专利名称：一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电机励磁回路控制技术领域，特别涉及一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置。
背景技术：
为了实现同步发电机快速安全灭磁，国内外广泛采用磁场断路器配合灭磁电阻的放电灭磁方式。目前发电机灭磁方式有交流灭磁方式(交流断路器串联在励磁整流电源侧，采用交流开关实现交流灭磁技术)和直流灭磁方式(磁场断路器串联在励磁直流回路中，采 用的是直流灭磁开关以及直流灭磁技术)，国内外发电机组灭磁方式均采用以上灭磁方式中的一种。采用交流侧的交流断路器灭磁方式是近年来在引进机组应用较广泛的灭磁方式。如广州蓄能水电站300丽抽水蓄能水轮发电机组，即应用了交流断路器灭磁，即采用励磁变二次侧的交流断路器进行灭磁。灭磁时首先进行逆变灭磁，达到设定的时间后在闭锁可控硅整流器脉冲同时跳交流断路器形成交流电压灭磁。直流灭磁是指跳开整流器直流侧灭磁开关的灭磁。对于采用放电灭磁方式的励磁系统来说，灭磁的首要任务是将灭磁电阻并联在转子两端，然后跳开灭磁开关进行换流，即将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中，换流成功就意味着灭磁基本成功。如果换流失败，放电灭磁就变成单纯的开关灭磁(也称串联灭磁)，此时的灭磁开关不仅要承担断流的任务，还要承担消耗磁场能量的任务。下面对目前常用的几类灭磁方法作简单介绍。I、直流(非线性电阻移能)灭磁对于容量在700MW左右的大型发电机组，其励磁电流通常在4000A以上，采用装设在励磁直流回路的直流断路器进行灭磁的传统灭磁方式，考虑到灭磁时对开关断口电压的要求过高从而导致直流断路器选型困难，有时必须采用由多个具有短弧直流接触器串联连接构成的组合直流断路器，三峡水电厂励磁系统采用由8个断口电压为500V的直流接触器串联组成的直流断路器。但是过多的机械操作机构，降低了灭磁系统得可靠性，多个串联的断口在开断时难以保证断口的同步性，降低了灭磁的可靠性。2、交流灭磁交流灭磁的原理图如图I所示。交流灭磁的分析假如在+ A和一 C可控硅导通时进行交流灭磁，即此时跳开MK，因Ib = 0，灭磁开关断口 MKb轻松开断。由于在脉冲正常情况下跳MK，触发脉冲每隔3. 3ms按照如下顺序施加于6只可控硅+ A、一 C、+ B、一A、+C、一 B。现在+A和一 C两管已经触发导通，在转子电感的续流作用下，励磁电流If继续通过这两个可控娃以及励磁变AC两相,使得开关断口 MKa和MKc不能关断熄弧,Ia = —Ic0接下来+ B可控硅被触发，但是此时B相阳极电源已经断开，故+B可控硅不能导通，电流仍经+ A和一C流通；再过3. 3ms — A被触发,这时一A的阳极电压已转为正向，故一A导通，—C截止；励磁电流If经一A及+ A短路续流,Ia = Ic = O, MKa和MKc熄弧开断。由于一 A和+ A可控硅导通压降很小，与之并联的灭磁电阻无法投入灭磁，Im = O0因转子回路时间常数很大，故If衰减缓慢，灭磁时间很长，起不到快速灭磁的保护作用。综上所述，在不闭锁脉冲正常的条件下进行交流灭磁，会造成励磁电流经同相可控硅短路，尽管交流灭磁开关也可以轻松分断，但灭磁电阻无法投入工作，放电灭磁变为续流灭磁，达不到快速灭磁的目的。
发明内容针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置，以解决交流灭磁的可靠性和直流灭磁对直流断路器的选型，提高灭磁的可靠性。为达上述目的，本实用新型采取如下方案一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置，该装置用于三相交流电源、励磁变压器与发电机转子构成的励磁回路中，该装置包括三相交流断路器、可控硅整流桥、直流断路·器、普通开关、非线性电阻以及可控硅晶闸管，其特征在于可控硅整流桥的输入端串联三相交流断路器S102，在可控硅整流桥的输出端连接一个直流断路器SlOl的一端，直流断路器SlOl的另一端分别与发电机转子绕组两端相连形成回路，在发电机转子绕组两端并联由非线性电阻与可控硅晶闸管、直流断路器SlOl的辅助常闭触头以及普通开关S107组成的跨接器，其中可控硅晶闸管与直流断路器的辅助常闭触头以及普通开关S107并联后与非线性电阻串联形成跨接器。优选的，所述非线性电阻是600A/US1/7P/2S型非线性灭磁和过电压吸收电阻。优选的，所述直流断路器SlOl是CEX98 5000 4. 2型整流柜输出侧多断口直流灭磁断路器。优选的，所述三相交流断路器S102是3AH3078-8型整流柜输入侧交流灭磁断路器。优选的，所述普通开关S107是3AH5102-2型灭磁电阻投入开关。本实用新型具有以下优点和积极效果该灭磁技术实际上是以直流灭磁为主，交流灭磁作为后备的冗余灭磁方案。交流灭磁方式的实施可以更快地使非线性电阻导通，实现快速灭磁，同时也缩短了直流断路器拉弧建压时间从而减小了触头的损伤，延长直流断路器使用寿命。即使直流灭磁失败，也能够通过交流灭磁方式实现快速灭磁。两种方式相互配合，保证了整个灭磁系统的可靠性。该方案已在三峡电站26台700MW机组励磁灭磁系统中成功运用。今后二十年内我国将有多台单机容量超过600MW的发电机机组投入运行，需要励磁制造厂家提供高可靠灭磁方案来降低电力生产企业设备维护成本，提高励磁设备运行的可靠性。该灭磁方案可直接用于新建机组或老机组的励磁系统灭磁改造，故推广应用前景广阔，市场巨大。
图I为现有技术中交流灭磁的原理图；图2为本实用新型中混合灭磁装置的结构图；图3为本实用新型中混合灭磁装置的逆变灭磁动作时序图；图4为本实用新型中混合灭磁装置的动作时序图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。随着励磁容量的不断增大，现有直流灭磁开关的选择也越来越困难，为了保证特大型机组的灭磁安全，可以将上述两种灭磁技术同时应用，也就是采用交直流灭磁的冗余方式。不仅在励磁直流侧设置有大型直流开关，而且在交流侧设置有交流开关。混合灭磁装置的结构如图2所示，其中，SlOl为直流断路器，S102为交流断路器，S107为普通开关，R为非线性电阻。该装置用于三相交流电源、励磁变压器与发电机转子构成的励磁回路中，该装置包括三相交流断路器、可控硅整流桥、直流断路器、普通开关、非线性电阻以及可控硅晶闸管。可控硅整流桥的输入端串联三相交流断路器S102，在可控硅整流桥的输出端分别连接一个直流断路器SlOl的一端，直流断路器SlOl的另一端分别与发电机转子绕组两端相连形成回路，在发电机转子绕组两端并联由非线性电阻与可控硅晶闸管、直流断路器SlOl的辅助常闭触头以及普通开关S107组成的跨接器，其中可控硅晶闸管 与直流断路器SlOl以及普通开关S107并联后与非线性电阻串联形成跨接器。在图2中，R可以是600A/US1/7P/2S型非线性灭磁和过电压吸收电阻，Al和A2可以是转子过电压保护即跨接器，SlOl可以是CEX98 5000 4. 2型整流柜输出侧多断口直流灭磁断路器，法国LENOIR ELEC产品，S102可以是3AH3078-8型整流柜输入侧交流灭磁断路器，S107可以是3AH5102-2型灭磁电阻投入开关。灭磁过程分为两种情况发电机正常停机灭磁和事故跳闸灭磁。发电机正常停机采用逆变灭磁。调节器接到停机命令后，将控制角设置到逆变角150°，通过整流桥逆变来消耗转子中储存的能量，并不跳磁场断路器，也不需要非线性电阻R投入工作。当励磁电流减为零后，调节器封闭整流桥触发脉冲，合上辅助灭磁的开关S107，然后跳开交流断路器S102，灭磁过程结束。此时S107与S102均无电流通过，动作时序如图3所示。发电机事故跳闸时，为了保证灭磁的安全可靠，采取以下灭磁方案和动作时序，其中动作时序如图4所示I)收到磁场断路器跳闸命令后，直流磁场断路器SlOl主断口先分断，辅助灭磁断口闭合，投入非线性电阻R。2)调节器闭锁可控硅整流器脉冲，合上辅助开关S107，以确保非线性电阻R投入。S107合上后联跳交流断路器S102。3)封锁晶闸管触发脉冲，使晶闸管处于自然续流状态，在半个周波20ms内，利用阳极电压的负半波辅助磁场断路器建压，使非线性电阻R导通，从而迅速消耗储存在转子中的能量，达到快速灭磁的目的，实现交流灭磁。4)灭磁过程中交流断路器S102和辅助开关S107作为直流磁场断路器SlOl的后备。收到跳闸令后，正常情况下直流磁场断路器SlOl在7(Tl00mS内能够分断，若直流磁场断路器SlOl拒动，辅助开关S107会在75ms内闭合，投入非线性电阻R，而交流断路器S102会在此后的65ms内断开，同样利用阳极电压的负半波辅助建压实现移能灭磁，保证了灭磁系统的可靠性。通过以上分析可以看出，应用本实用新型并按照时序控制方法进行灭磁，不仅能够克服发电机各种运行工况下的安全隐患，实现高可靠、高安全性灭磁，而且节省控制资 源，实现快速灭磁。
权利要求1.一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置，该装置用于三相交流电源、励磁变压器与发电机转子构成的励磁回路中，该装置包括三相交流断路器、可控硅整流桥、直流断路器、普通开关、非线性电阻以及可控硅晶闸管，其特征在于可控硅整流桥的输入端串联三相交流断路器S102，在可控硅整流桥的输出端连接一个直流断路器SlOl的一端，直流断路器SlOl的另一端分别与发电机转子绕组两端相连形成回路，在发电机转子绕组两端并联由非线性电阻与可控硅晶闸管、直流断路器SlOl的辅助常闭触头以及普通开关S107组成的跨接器，其中可控硅晶闸管与直流断路器的辅助常闭触头以及普通开关S107并联后与非线性电阻串联形成跨接器。
2.根据权利要求I中所述的混合灭磁装置，其特征在于，所述非线性电阻是600A/US1/7P/2S型非线性灭磁和过电压吸收电阻。
3.根据权利要求I或2中所述的混合灭磁装置，其特征在于，所述直流断路器SlOl是CEX98 5000 4. 2型整流柜输出侧多断口直流灭磁断路器。
4.根据权利要求I或2中所述的混合灭磁装置，其特征在于，所述三相交流断路器 S102是3AH3078-8型整流柜输入侧交流灭磁断路器。
5.根据权利要求I或2中所述的混合灭磁装置，其特征在于，所述普通开关S107是3AH5102-2型灭磁电阻投入开关。
专利摘要本实用新型公开了一种大型发电机组的交直流混合灭磁装置，该装置用于三相交流电源、励磁变压器与发电机转子构成的励磁回路中，该装置包括三相交流断路器、可控硅整流桥、直流断路器、普通开关、非线性电阻以及可控硅晶闸管，在发电机转子绕组两端并联由非线性电阻与可控硅晶闸管、直流断路器的辅助常闭触头以及普通开关组成的跨接器。该混合灭磁装置可直接用于新建机组或老机组的励磁系统灭磁改造，通过以直流灭磁为主，交流灭磁作为后备的冗余灭磁方案，保证了整个灭磁系统的可靠性。
文档编号H02H7/06GK202772553SQ201220358218
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者王波, 陈小明, 胡先洪, 何长平, 陆劲松 申请人:中国长江电力股份有限公司