专利名称：基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对大容量发电机组励磁系统具有灭磁保护功能的发电机高可靠 大电流灭磁方法，属于发电机励磁回路控制技术领域。
背景技术：
近年来，随着发电机机组单机容量的不断增大，同步发电机转子侧的励磁电流越 来越大，目前大容量机组在额定负载下的励磁电流通常高达4000-8000A。当这些发电机机 端出现三相短路故障、空载误强励等恶劣工况时，其故障时的励磁电流会远远超过额定负 载下的励磁电流，通常要求发电机最大灭磁电流能达到上万安培以上，对大电流灭磁技术 提出了更高的要求。因此，只有增加发电机灭磁回路中跨接器的通流能力，才能够满足大容 量机组严重工况下灭磁的需要。众所周知，当发电机发生内部故障或过电压时，为了把事故的影响减至最小，要求 灭磁系统能够以最快的速度把存储在发电机转子中的电磁能量安全转移出去，使发电机机 端电压快速地下降到零。所以，为了快速有效消除发电机转子中储存的巨大能量，快速可靠 的灭磁方法是十分重要的。目前，大容量发电机组的励磁方式普遍采用自并激励磁，图1为通用型正向可控 硅，反向二极管跨接器灭磁方法示意图，由发电机端弓I出励磁三相交流电源，经励磁变压器 与三相全控可控硅整流桥、发电机转子绕组构成主回路，在可控硅整流桥的输出端串联直 流灭磁开关，在发电机转子绕组两端并联电子跨接器进行灭磁。电子跨接器一般由线性电 阻(或SiC/ZnO等非线性电阻)与正反向可控硅(或二极管)串联组成的，其中正向可控硅 主要作用是限制正向尖峰过电压及为转子侧滑极时负序分量提供通路，反向可控硅(或二 极管)的主要作用是在需要灭磁时为转子电流提供通路，以消除转子中储存的巨大能量。下面对目前常用跨接器的几类可控硅(或二极管)用在灭磁回路直流侧的接线方 式作简单介绍1.正向可控硅，反向二极管灭磁图1为通用型正向可控硅，反向二极管跨接器灭磁方法示意图，图中Gl为可控硅， D2均二极管，该灭磁回路主要适用于灭磁电阻仅为非线性电阻ZnO的情况，适用面较窄。其 中正向可控硅主要用于过电压保护控制。由于ZnO的非线性特性比较明显，正常运行时漏 电流很小，一般仅有十几uA，因此反向无需再串联可控硅，仅需加装一个串联二极管。当转 子侧出现反压需要灭磁时，该二极管能够自然导通，从而与非线性电阻ZnO构成灭磁通路， 完成可靠灭磁功能。一般来说，该跨接器灭磁容量会受到二极管通流能力的限制。2.正向可控硅，反向可控硅灭磁图2为通用型正向可控硅，反向可控硅跨接器灭磁方法示意图，图中G1，G2均为可 控硅，该灭磁回路适用面较广，能够满足灭磁电阻为非线性电阻ZnO，非线性电阻SiC，线性 电阻等几种不同灭磁电阻的情况。灭磁电阻回路由正反向并联的可控硅控制其通断态。其 中正向可控硅主要用于过电压保护控制。反向可控硅的主要作用是灭磁，当转子侧出现反压需要灭磁时，控制回路马上发出控制脉冲，使反向可控硅能够触发导通，从而与非线性电 阻ZnO构成灭磁通路，完成可靠灭磁功能。一般来说，该跨接器中正反向可控硅均使用单个 可控硅，灭磁容量会受到可控硅通流能力的限制。另外，单可控硅跨接器灭磁方法没有考虑 冗余回路，一旦可控硅触发失败，往往存在着不能可靠灭磁的缺点。对常规容量机组来说，由于灭磁容量不大，以上两种跨接器是能够满足其灭磁要 求的。但是对大容量机组来说，常规的跨接器越来越不能适应大电流灭磁的需要。所以，为 了提高大容量机组的灭磁容量和可靠性，在灭磁系统跨接器上考虑采用并联多个高参数的 可控硅方法，大幅提高灭磁时的通流能力，才能够满足大容量机组严重工况下大电流灭磁 的要求；可是，跨接器上并联多个可控硅并非是一般电路的简单并联方法，需要解决好可 控硅均流、同步触发等技术问题才能保证整个回路的可靠灭磁。这些问题如果处理不好，将 会使灭磁不成功，给发电机机组带来灾难性的后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决大容量发电机机组灭磁电流过大，单个可控 硅跨接器无法满足最大灭磁工况灭磁要求，并克服目前单可控硅跨接器灭磁方法的不可 靠缺点，提供一种适合大容量机组的各种工况运行中，能够实现高可靠、高安全性灭磁的同 时，争取最短灭磁时间的发电机高可靠灭磁方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电 流灭磁回路，由发电机端引出励磁三相交流电源，经励磁变压器与三相全控可控硅整流桥、 发电机转子绕组构成主回路，在可控硅整流桥的输出端串联直流灭磁开关，在发电机转子 绕组两端并联电子跨接器进行灭磁，其特征在于所述电子跨接器包括灭磁电阻和与灭磁 电阻串联的正反向可控硅，所述正反向可控硅包括相互并联的一个正向可控硅和η个反向 可控硅，其中η ^ 2，每个可控硅分别由各自的脉冲回路触发。前述的基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路，其特征在于所述 灭磁电阻为线性电阻或非线性电阻(ZnO或SiC)。前述的基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路，其特征在于各脉 冲回路触发时间相同。本发明所达到的有益效果利用本发明的多可控硅冗余灭磁回路进行大电流灭磁，例如Gl、G2. . . Gn等多个 可控硅构成冗余灭磁回路，同时，触发控制回路采用冗余触发技术，对并联的多个可控硅进 行单独同步触发，从而保证每一个可控硅都能够可靠触发，并采用强触发、改善触发控制脉 冲等手段，能有效提高可控硅门极的触发功率，有效提高触发控制的可靠性；该灭磁回路不 仅有效解决了大容量机组大电流灭磁的技术难题，也显著提高了整个灭磁回路的可靠性。另外，本发明能很好的实现系统的级联扩展，保证两个及以上可控硅同时都工作， 真正做到大电流灭磁高可靠性，有效释放转子侧能量，保护发电机等主设备的安全。
图1为通用型正向可控硅，反向二极管跨接器灭磁方法示意图2为通用型正向可控硅，反向可控硅跨接器灭磁方法示意图；图3为本发明的多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁方法示意图； 图4为脉冲触发电路图。
具体实施例方式图3为本发明的多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁方法示意图，本发明中，主 回路跨接器采用反向多可控硅冗余灭磁回路，如将多个可控硅(Gl、G2...Gn等)并联，然后 与非线性电阻串联构成灭磁回路。脉冲控制回路中对并联的多个可控硅(Gl、G2...Gn等) 进行单独同步触发，从而保证每一个可控硅都能够可靠触发，实现多冗余并联的灭磁回路。本发明针对目前大容量发电机机组灭磁电流过大、单个可控硅无法满足最严重工 况时安全可靠灭磁要求的问题，在借鉴常规灭磁回路跨接器的基础上，大胆采用两个、甚至 多个可控硅相并联，用来提高整个灭磁回路的通流能力，即多可控硅冗余灭磁回路。该灭 磁回路的基本特点是第一，在灭磁控制回路中采用多个可控硅并联与非线性电阻回路串 联；第二，并联的可控硅采用同一厂家、相同型号的元件，并尽可能考虑采用高参数的可控 硅元件；第三，各可控硅特性参数也应尽可能匹配好，最好能通过相关实验确认其均流效果 良好，这一点非常重要，决不能简单地随便并联，否则均流效果难以达到要求，严重降低整 个回路的灭磁容量。采用多可控硅冗余灭磁回路，与常规单可控硅跨接器相比至少具有以 下两个优点一是通过多可控硅并联来克服目前单可控硅跨接器灭磁容量小的不足，有效 提高整个灭磁回路的通流能力，解决了大容量机组大电流灭磁的技术难题。二是通过多个 可控硅并联构成冗余回路，用来克服单可控硅跨接器灭磁时触发导通不成功的弊端，即使 出现个别可控硅导通不成功的情况，其他大多数并联的可控硅导通后依然可以构成灭磁回 路，不至于导致整个灭磁回路完全丧失灭磁功能，显著提高整个灭磁回路的可靠性。本发明对并联多可控硅的触发一般有以下两种控制方法，一种是采用一个脉冲回 路共同触发所有可控硅，另一种方法就是采用独立脉冲回路分别单独触发。如果并联的几 个可控硅简单地共用一个触发脉冲回路，这对可控硅触发的同步性要求过高，对脉冲回路 的功率要求也很高的，实际使用中不能使得并联的可控硅均导通，这是很可能导致导通的 可控硅损坏。所以为了配合多可控硅冗余灭磁回路，应采用多可控硅冗余触发控制策略，才 能真正解决好触发功率和触发可靠性两个方面的问题。该灭磁回路的基本特点是第一，采 用多个独立触发脉冲回路，各回路互不影响，分别冗余触发可控硅；第二，保证各脉冲回路 能够保持高度的同步，从而保证每一个可控硅都能够同时触发；第三，采用强触发、改善触 发脉冲波形等手段，有效提高脉冲回路的触发功率。图4为脉冲触发电路图，图4中器件说 明R:限制电流，同时为C构成放电回路；Dil 续流，释放线圈的能量；Di2 取脉冲的低电 平触发；RO 限流电阻；DOl 续流，释放线圈的能量；D02 消除负输出脉冲。本发明主要技术特点是独立脉冲回路、冗余触发。只有这样，才能保证每一个可控 硅都能够同时可靠地被触发导通，是多可控硅冗余灭磁技术能够成功应用的核心技术。应用本发明大电流灭磁的跨接器触发控制方法进行灭磁，通过多冗余(双冗余甚 至3个及以上支路多冗余)方法，有效解决触发控制回路及主回路匹配的难题。现场测试及工业化运行检验结果表明，利用该方法进行大机组的灭磁具有极高的 可靠性，不仅能够克服发电机各种运行工况下的安全隐患，还能实现高可靠性、高安全性、 快速性灭磁。有效解决了大型机组灭磁电流大，灭磁困难的业界技术难题。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换 或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路，由发电机端引出励磁三相交流电源，经励磁变压器与三相全控可控硅整流桥、发电机转子绕组构成主回路，在可控硅整流桥的输出端串联直流灭磁开关，在发电机转子绕组两端并联电子跨接器进行灭磁，其特征在于所述电子跨接器包括灭磁电阻和与灭磁电阻串联的正反向可控硅，所述正反向可控硅包括相互并联的一个正向可控硅和n个反向可控硅，其中n≥2，每个可控硅分别由各自的脉冲回路触发。
2.根据权利要求1所述的基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路，其特 征在于所述灭磁电阻为线性电阻或非线性电阻。
3.根据权利要求1或2所述的基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路， 其特征在于各脉冲回路触发时间相同。
全文摘要
本发明公开了一种基于跨接器多冗余触发控制可控硅的大电流灭磁回路，由发电机端引出励磁三相交流电源，经励磁变压器与三相全控可控硅整流桥、发电机转子绕组构成主回路，在可控硅整流桥的输出端串联直流灭磁开关，在发电机转子绕组两端并联电子跨接器进行灭磁，其特征在于所述电子跨接器包括灭磁电阻和与灭磁电阻串联的正反向可控硅，所述正反向可控硅包括相互并联的一个正向可控硅和n个反向可控硅，其中n≥2，每个可控硅分别由各自的脉冲回路触发。该灭磁回路不仅有效解决了大容量机组大电流灭磁的技术难题，也显著提高了整个灭磁回路的可靠性。
文档编号H02P9/12GK101977004SQ20101025648
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者许其品, 许其质, 郝勇, 陈遗志 申请人:国电南瑞科技股份有限公司