专利名称：发电机高可靠灭磁方法
技术领域：
本发明涉及一种对发电机励磁系统具有灭磁保护功能的发电机高可靠灭磁方法，属于发电机励磁回路控制技术领域。
背景技术：
当发电机内部故障或发生过电压时，为了把事故的影响减至最小，要求灭磁系统要以最快的速度把发电机转子的电磁能量转移出去，使发电机电压快速地降到零。近年来，随着发电机机组容量的不断增大，发电机转子灭磁也实现了从耗能型向移能型转变，从线性灭磁转化为非线性灭磁。
目前，励磁方法普遍采用自并激励磁，其通用型励磁系统主回路电气原理如图1所示，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，在励磁变压器的副边，即可控硅整流桥的输入端串联三相交流灭磁开关，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由非线性电阻与可控硅、二极管组成的跨接器，其中可控硅与二极管反向并联后与非线性电阻串联，直流灭磁开关的辅助常闭触头跟二极管及可控硅并联。
下面对目前常用的几类灭磁方法作简单介绍。
1、直流(非线性电阻移能)灭磁采用图1中的“直流灭磁开关+非线性电阻+直流灭磁开关辅助常闭触头”即可实现直流(非线性电阻)移能灭磁，灭磁时，直流灭磁开关分断，利用产生的电弧，建立起足够的弧压，利用这一电压来导通非线性电阻，将发电机转子电流转移给非线性电阻回路，通过电阻发热消耗掉发电机转子的磁能。这类灭磁方式的主要问题是直流灭磁开关选型比较困难，若小机组选大的开关，成本比较高，选小的开关满足不了工况要求；而大型尤其是巨型水力发电机机组的直流开关选择更为困难，同时针对越来越大容量的机组，直流开关建压及熄弧能力也存在局限性及安全性的问题，并且由于灭磁方式单一，同时还存在着开关拒动的隐患。
2、交流灭磁采用图1中的“三相交流灭磁开关+跨接器+封闭可控硅脉冲”即可实现交流灭磁。交流灭磁的基本原理是利用交流电源负半周辅助换流，为了实现交流灭磁，需要配合采用封闭可控硅脉冲措施，即在三相交流灭磁开关分断的同时，闭锁掉整流桥可控硅的脉冲输入。这类灭磁方式的主要问题是当交流侧电压低(如机端短路)或封闭可控硅脉冲失败时，将不能实现灭磁。
针对大容量机组对于灭磁系统的可靠性及安全性要求更高的问题，单纯依靠直流灭磁开关或三相交流灭磁开关性能的提升，很难满足要求，迫切需要一种在大容量机组条件下能够可靠、安全灭磁的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服目前交、直流灭磁方法的缺点，提供一种发电机高可靠灭磁方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下一种发电机高可靠灭磁方法，用于如下励磁回路在由三相交流电源、励磁变压器与三相可控硅整流桥、发电机转子构成的回路中，可控硅整流桥的输入端串联三相交流灭磁开关，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由非线性电阻与可控硅、二极管组成的跨接器，其中可控硅与二极管反向并联后与非线性电阻串联，直流灭磁开关的辅助常闭触头与可控硅及二极管并联，其特征是在发电机事故停机工况下按下列时间顺序控制灭磁(1)、励磁调节器在从机组保护装置得到励磁跳闸命令的同时，程序启动逆变灭磁；(2)、与此同时，将该跳闸命令发给交流灭磁开关和直流灭磁开关；(3)、Δt1时间后，励磁调节器逆变执行，置脉冲控制角为逆变角；(4)、调节器逆变Δt2时间后，用软件或硬件方式闭锁调节器的输出脉冲，其中Δt1的范围为大于零毫秒且小于或等于10毫秒，Δt2的范围为大于4毫秒且小于或等于10毫秒。
本发明的有益效果如下考虑到直流灭磁开关、交流灭磁开关动作时间通常都有几十个毫秒，将直流灭磁、交流灭磁、逆变灭磁、非线性电阻移能灭磁等方法、以及封闭可控硅脉冲措施加以综合应用，设计出精确而可靠的灭磁动作时序控制方法，在大容量机组的各种工况运行中，以最短灭磁时间实现发电机高可靠、高安全性灭磁
正常停机时，为逆变灭磁，直流灭磁开关不动作，交流灭磁开关起隔离作用。
在事故紧急停机情况下时序控制首先逆变，在直流侧建立反压，有助于转子电流向非线性电阻的转移。对于阳极电压足够高的机组，逆变就可以把发电机转子电流顺利地转移到非线性电阻中去，完成灭磁；当调节器失控时，时序控制进行封闭可控硅脉冲，利用可控硅阳极电压的负半波配合开关动作建立的弧压，导通非线性电阻，将发电机转子电流转移到非线性电阻中去；当可控硅的阳极电压不够高时，时序控制进行交流灭磁，交流灭磁开关的弧压可以叠加到阳极电压上，使得在阳极电压的负半周直流开关分断时，保证能建立足够非线性电阻导通的电压，实现转子电流向灭磁电阻的转移；如果封闭可控硅脉冲的措施也失败了，根据时序控制，则跳开交流灭磁开关的同时如果调节器脉冲消失，则等同于封闭可控硅脉冲配合交、直流灭磁开关灭磁；如果跳交流灭磁开关后脉冲仍然存在，则首先在最长10毫秒后转换为续流灭磁，此时直流灭磁开关只需要产生大于非线性灭磁电阻残压的弧压就可以完成发电机转子电流向非线性灭磁电阻的转移；即使励磁调节器失控，封闭可控硅脉冲失败，交流灭磁开关和直流灭磁开关有任何一个拒动，仍然可以完成灭磁。
通过以上分析可以看出，应用本发明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。
图1为通用型发电机励磁系统电气原理示意图。
图2为本发明灭磁时序法控制下的发电机事故紧急停机灭磁时序图。
具体实施例方式
如图2所示，发电机组事故停机时(以50赫兹为例)，跳闸令同时发给励磁调节器控制逆变(逆变比跳闸令延迟约6-7ms)，同时在调节器的1到2个控制周期的逆变灭磁后按本发明的灭磁时序方法控制灭磁，图中，Δt1为调节器收到逆变令到逆变开始的时间；Δt2为逆变开始到脉冲封锁的时间，Δt3为交流灭磁开关动作的时间，Δt4为直流开关主断口动作时间，Δt5是直流开关常闭辅助断口先于主断口的动作时间。典型的时值如下Δt1为6至7毫秒，Δt2为6至7毫秒，Δt3为60毫秒，Δt4为60至8 0毫秒，Δt5为1至2毫秒。
实施例中，设转子两端的电压为U0，直流灭磁开关断口电压为Uk，整流桥输出电压为Uz；流过直流灭磁开关的电流为Ik，励磁变压器副边输出电流分别为Ia、Ib和Ic；整组非线性电阻的伏安特性表达式为U＝1005.4i0.05。灭磁的初始条件为励磁电流为10863A，可控硅阳极的额定电压取1243V，发电机转子电阻取0.1144Ω，转子电感取0.943H。
权利要求
1.发电机高可靠灭磁方法，用于如下励磁回路在由三相交流电源、励磁变压器与三相可控硅整流桥、发电机转子构成的回路中，可控硅整流桥的输入端串联三相交流灭磁开关，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由非线性电阻与可控硅、二极管组成的跨接器，其中可控硅与二极管反向并联后与非线性电阻串联，直流灭磁开关的辅助常闭触头与可控硅及二极管并联，其特征是在发电机事故停机工况下按下列时间顺序控制灭磁(1)、励磁调节器在从机组保护装置得到励磁跳闸命令的同时，程序启动逆交灭磁；(2)、与此同时，将该跳闸命令发给交流灭磁开关和直流灭磁开关；(3)、Δt1时间后，励磁调节器逆变执行，置脉冲控制角为逆变角；(4)、调节器逆变Δt2时间后，用软件或硬件方式闭锁调节器的输出脉冲，其中Δt1的范围为大于零毫秒且小于或等于10毫秒，Δt2的范围为大于4毫秒且小于或等于10毫秒。
2.根据权利要求1所述的发电机高可靠灭磁方法，其特征是Δt1的范围为6至7毫秒，Δt2的范围为6至7毫秒。
全文摘要
发电机高可靠灭磁方法，在发电机事故停机工况下按下列时间顺序控制灭磁(1).励磁调节器在从机组保护装置得到励磁跳闸命令的同时，程序启动逆变灭磁；(2).与此同时，将该跳闸命令发给交流灭磁开关和直流灭磁开关；(3).Δt1时间后，励磁调节器逆变执行，置脉冲控制角为逆变角；(4).调节器逆变Δt2时间后，用软件或硬件方式闭锁调节器的输出脉冲，其中Δt1的范围为大于零毫秒且小于或等于10毫秒，Δt2的范围为大于4毫秒且小于或等于10毫秒。将直流灭磁、交流灭磁、逆变灭磁、非线性电阻移能灭磁等方法、以及封闭可控硅脉冲措施加以综合应用，设计出精确而可靠的灭磁动作时序控制方法，实现了各种工况下的发电机高可靠性灭磁。
文档编号H02H7/06GK101090199SQ200710019840
公开日2007年12月19日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者朱晓东, 许其品, 刘国华 申请人:国网南京自动化研究院, 南京南瑞集团公司