【正文】 求；大機(jī)組（尤其是超大機(jī)組）水電選開關(guān)就非常困難。3）電子開關(guān)并聯(lián)移能滅磁在前些年，國內(nèi)一些廠家將滅磁開關(guān)建壓任務(wù)，轉(zhuǎn)移到了電力電子器件上來。主要是利用電容的放電過程，使可控硅的電流到零，并形成反壓使之關(guān)斷。具體回路如下： 電 力 電 子器 件 組 件 控 制 回 路換 流 回 路圖 234 電子開關(guān)并聯(lián)滅磁這類方式開關(guān)動(dòng)作時(shí)間快，因此開關(guān)在關(guān)斷過程中所需要的遮斷能容就小。并且電壓的建立速度快，利于快速滅磁；但是開關(guān)動(dòng)作的可靠性取決于電子回路工作的可靠性。與機(jī)械開關(guān)比較它沒有觸頭磨損，易于維護(hù)，成本也低。但目前在大電流系統(tǒng)中不宜采用。它存在兩個(gè)問題：發(fā)熱問題及器件選型問題。然而值得注意的是，隨著電力電子器件的快速發(fā)展，高電壓大電流的全控器件也會(huì)在不久投入商業(yè)運(yùn)行。電力電子器件將在滅磁中發(fā)揮更大的作用。但是長期通流帶來的發(fā)熱仍是采用這種方法需解決的首要問題。為克服上述兩種滅磁方式的缺點(diǎn)，人們開始在材料科學(xué)領(lǐng)域探索，尋找一種既不發(fā)熱，又可以建壓的材料。將 PTC 電阻或鉬棒與開關(guān)并聯(lián)，利用材料在溫度升高時(shí)電阻急劇增加的特點(diǎn)，建立比較高的電壓，打通滅磁電阻回路，實(shí)現(xiàn)滅磁。也可以采用超導(dǎo)材料串入回路，在需要滅磁時(shí)使超導(dǎo)材料失超。但是若要建立比較高的電壓，超導(dǎo)體的長度相應(yīng)比較 32 長，體積比較大。由于以上滅磁方式的缺陷，業(yè)內(nèi)人士希望能夠?qū)⒖煽毓枵鳂蛑苯雨P(guān)斷，將機(jī)械開關(guān)移至勵(lì)磁變低壓側(cè)。這樣解決了勵(lì)磁系統(tǒng)具有明顯開路點(diǎn)的問題、又解決了機(jī)械并聯(lián)滅磁方式開關(guān)難選擇的問題。4)交流滅磁滅磁對于汽輪發(fā)電機(jī)來講，要相對容易一些。主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的電感的值比較小，阻尼繞組作用比較明顯。因此，交流滅磁在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用比較多。交流滅磁是將直流開關(guān)難開斷、難建壓的問題，轉(zhuǎn)移到勵(lì)磁源的交流側(cè)。如下圖：圖 235 交流滅磁接線圖圖 236 交流滅磁時(shí)，勵(lì)磁電壓錄波圖交流滅磁是利用可控硅陽極電源負(fù)半周輔助實(shí)現(xiàn)的一種滅磁方式，交流滅磁勵(lì)磁電壓波形如圖 236 所示。滅磁開關(guān)既可以安裝在交流側(cè)也可以安裝在直流側(cè)，但都必須配合封脈沖的措施(由于交流滅磁開關(guān)跳開過程中同步電源缺相而導(dǎo)致的自動(dòng)封鎖脈沖等效于封脈同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 33 沖)，否則都不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。當(dāng)滅磁開關(guān)裝在交流側(cè)時(shí)，可以利用在滅磁開關(guān)打開的過程中一相無電流而自動(dòng)分?jǐn)嗟奶攸c(diǎn)，并借助可控硅的自然續(xù)流將可控硅陽極的交流電壓引入到滅磁過程中去。即使在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流換流到滅磁電阻支路前，有可控硅的觸發(fā)脈沖使得某個(gè)橋臂的兩個(gè)可控硅直通，形成轉(zhuǎn)子回路短接滅磁，仍然可以保證交流側(cè)滅磁開關(guān)的分?jǐn)喽鴮?shí)現(xiàn)自然續(xù)流滅磁。當(dāng)然這樣滅磁時(shí)間會(huì)比較長，按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) Td0 進(jìn)行衰減，而且滅磁過程中最多只能利用滅磁開關(guān)兩個(gè)斷口的弧壓。當(dāng)滅磁開關(guān)安裝在直流側(cè)時(shí)，必須配合封脈沖措施，否則不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。滅磁開關(guān)安裝在直流側(cè)的好處是滅磁過程中可以充分利用滅磁開關(guān)串聯(lián)斷口的弧壓。事實(shí)上，封脈沖是一種簡便易行的方法，而其作用非常顯著，因此在采用交流滅磁的場合，封脈沖措施是必須的。值得注意的是，交流滅磁需要考慮以下兩種情況：第一，需要考慮機(jī)端三相短路。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路時(shí)，只能夠靠滅磁開關(guān)的斷口弧壓滅磁，如果滅磁電阻換流需要的電壓大于交流滅磁開關(guān)的斷口電壓，則不能成功滅磁，就會(huì)損壞交流開關(guān)。考慮到這種情況，一般在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置電子跨接器或機(jī)械跨接器，甚至兩者都設(shè)置。第二，需要考慮到可控硅整流橋臂是否存在可控硅損壞，是否有橋臂短路的情況，以及在交流側(cè)短路的異常情況下可否可靠滅磁。當(dāng)然，采用封閉母線的發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)端短路可以認(rèn)為基本不存在，一般勵(lì)磁變到整流橋之間短路幾率也比較小。若整流裝置交流側(cè)故障，只要整流橋臂熔斷器選擇合理，是能夠降低此類故障幾率的，所以這些異常工況也不必考慮。即使機(jī)端短路也能夠利用短路點(diǎn)比較低的電壓進(jìn)行電流轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)滅磁。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能比較小，電感比較小，加之阻尼比較大，參與滅磁過程作用比較大，采用短接轉(zhuǎn)子滅磁，也是能夠接受的。所以在配備了跨接器的情況下，可以單獨(dú)采用交流滅磁。然而通常建議在水輪發(fā)電機(jī)滅磁中不選擇單獨(dú)的交流滅磁。而是選擇機(jī)械開關(guān)并聯(lián)移能滅磁或下面介紹的冗余滅磁方案。5)冗余滅磁所謂冗余滅磁，是同時(shí)采用兩種及兩種以上的方法滅磁，如在交流、直流側(cè)分別設(shè)置開關(guān)，在滅磁過程中同時(shí)分?jǐn)?，共同建壓，在跳滅磁開關(guān)的同時(shí)封鎖脈沖，利用封脈沖后可控硅續(xù)流形成的交流電壓輔助滅磁等等，這類滅磁方式的好處是，當(dāng)一種滅磁不能正常 34 工作時(shí)，另外的滅磁方式仍然能夠可靠地實(shí)現(xiàn)滅磁，當(dāng)多種滅磁都正常時(shí)，可以大大降低對開關(guān)的要求。如三峽滅磁設(shè)計(jì)甚至可以在兩重以上故障情況下可靠滅磁。實(shí)現(xiàn)交直流冗余滅磁可以采用多種方法，不同的方法結(jié)果可能相差很大，或者需要高性能的交/直流滅磁開關(guān)作為必要的保障。采用以下的滅磁時(shí)序可以最大限度地降低對交/直流滅磁開關(guān)的要求，實(shí)現(xiàn)多種工況下的可靠滅磁，即：正常情況下采用逆變滅磁；故障時(shí)首先采用約 12 個(gè)調(diào)節(jié)器控制周期的逆變滅磁，然后采用硬件封脈沖手段閉鎖調(diào)節(jié)器輸出脈沖，如果有交流滅磁開關(guān)可以同時(shí)跳交流滅磁開關(guān)（一般情況交流滅磁并非必須設(shè)置交流滅磁開關(guān)，但對于大型發(fā)電機(jī)配備交流滅磁開關(guān)是有益的） ，最后延時(shí) 6 到 7 毫秒（對于 50 赫茲而言）跳直流滅磁開關(guān)。滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則由于當(dāng)今大多采用氧化鋅非線性電阻滅磁，所以以下的討論都是基于氧化鋅非線性電阻。采用碳化硅滅磁時(shí)與氧化鋅非線性電阻滅磁設(shè)計(jì)的原則類似。而對于線性電阻的滅磁，所要考慮的僅僅是滅磁電阻以及電阻功率的選取，標(biāo)準(zhǔn)中有確切規(guī)定，在此也不作詳細(xì)論述。、滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮工況滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需考慮的工況，目前在國內(nèi)有些爭議。一是建議按照額定負(fù)載下，發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路的工況考核滅磁系統(tǒng)電流、能容以及需要建立的弧壓。二是認(rèn)為在空載發(fā)電機(jī)勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)的工況來考核。通常認(rèn)為最危險(xiǎn)的工況是空載勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)。此時(shí)開關(guān)面臨應(yīng)對整流輸出直流電壓和滅磁殘壓的疊加，并且電流也上升到失控強(qiáng)勵(lì)的電流（此電流值不會(huì)比三相短路電流小） ，而且可以證明此時(shí)發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存的能量比三相短路的能量要大。因而采用此工況是合適的。具體參見附錄[4]。滅磁系統(tǒng)的任務(wù)是以盡快的速度消滅磁場能量，使發(fā)電機(jī)電壓消失，使事故程度降低到最小。那么滅磁設(shè)計(jì)的原則就是：a)能夠轉(zhuǎn)移電流實(shí)現(xiàn)滅磁、b)安全轉(zhuǎn)移能量、c)快速消耗能量，其重要性依次遞減。所以，選擇滅磁方式、考核滅磁參數(shù)和配置首要的前提是考慮能夠在最惡劣工況下滅磁，否則快速都是空談。、滅磁設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問題ZnO（這里以及文中其他地方所提到的 ZnO 均是指低場強(qiáng)高能量的非線性 ZnO 電阻）與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 35 SiC 相比有較強(qiáng)的非線性特性，在滅磁過程中磁場電壓幾乎不變，滅磁速度快，可以使發(fā)電機(jī)的滅磁更接近于理想滅磁，因此在我國得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對 ZnO 滅磁設(shè)計(jì)中值得注意的問題展開討論。在滅磁主回路確定的前提下，ZnO 滅磁的設(shè)計(jì)中主要考慮的問題包括：滅磁能容的估算、滅磁閥片最大允許通流能力、滅磁裝置最大允許電流、滅磁電阻的殘壓、滅磁電阻正反向荷電率、并聯(lián)支路滅磁電阻的均流和均能等。1）滅磁容量的計(jì)算根據(jù) ZnO 閥片的試驗(yàn)結(jié)果，ZnO 閥片的最大能容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其標(biāo)稱容量。ZnO 非線性電阻的能容量不是設(shè)計(jì)中最重要的因素，因?yàn)?ZnO 容量基本能夠滿足滅磁支路最大允許電流時(shí)的能容，而非線性滅磁電阻的損壞主要是由短時(shí)過電流以及長期老化引起。以火電 135MW自并激機(jī)組為例，根據(jù)能容的計(jì)算，一般都在 2MJ 以下，而發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流一般在1300A 以上。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機(jī)最大可能產(chǎn)生的勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流的 3 倍，即 3900A 以上。一般非線性滅磁電阻的并聯(lián)支路數(shù)在 32 路以上，甚至不少于 40 支路，當(dāng)采用兩個(gè)閥片串聯(lián)時(shí)，則閥片數(shù)量不少于 80 片。而閥片的實(shí)際能容都在 30KJ 以上，大多數(shù)閥片的最大能容在 5060KJ 以上。也就是說，當(dāng) ZnO 并聯(lián)支路數(shù)滿足要求時(shí)，一般閥片的總能容都遠(yuǎn)遠(yuǎn)在滅磁能容的計(jì)算值之上。這里有兩點(diǎn)值得大家注意：第一，在我們在考慮最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)，滅磁閥片的能容不應(yīng)該簡單地考慮閥片的標(biāo)稱能容，而應(yīng)該考慮閥片的最大能容，在此基礎(chǔ)上考慮均能、均流因素以及一定的裕量。也就是說，在考慮發(fā)電機(jī)最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)，閥片的每片能容按 30KJ 計(jì)算是可行的。第二，理論上同樣配比的材料燒制出的閥片的能容與閥片的體積成正比，所以同樣截面的 ZnO 閥片，殘壓較高的閥片應(yīng)該具有較大的能容。2）滅磁閥片的最大通流能力使用 ZnO 非線性電阻，必須了解 ZnO 閥片自身的最大通流能力，并做好各個(gè)支路的均流措施，以保證在最惡劣的工況滅磁時(shí)，流過滅磁裝置的任何一個(gè) ZnO 支路的最大電流值不超過它允許通過的最大電流值。我國目前生產(chǎn) ZnO 的廠家生產(chǎn)的閥片標(biāo)稱電流一般都在 100A，而實(shí)際的最大通流能力一般都不小于 200A，但在采用 ZnO 非線性電阻時(shí)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中的均流和安全裕量，一般按每支路 100A 考慮，并根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流確定所需要并聯(lián)的 ZnO 非線性電阻的支路數(shù)。例如，當(dāng)一個(gè)機(jī)組的額定勵(lì)磁電流為 3000A 時(shí)，考慮到最嚴(yán)重的情況下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流可能達(dá)到 3*3000=9000A，據(jù)此選擇并聯(lián)的 ZnO 支路數(shù)應(yīng)該不少于 36 9000/100=90。3）滅磁裝置最大允許電流滅磁裝置的最大允許電流應(yīng)該大于三倍的發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流，只有這樣才能保證當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生空載誤強(qiáng)勵(lì)或者三相短路這樣的最惡劣的工況時(shí)，流過每個(gè) ZnO 非線性電阻支路的電流都不大于其最大允許電流，即保證在任何工況下能夠?qū)崿F(xiàn)可靠滅磁。確定了滅磁裝置的最大電流以后，我們便可以根據(jù)滅磁閥片的最大通流能力和并聯(lián)ZnO 支路的均流情況選擇合理的支路數(shù)，從而保證每個(gè) ZnO 支路都是安全的。所以 ZnO 各個(gè)并聯(lián)支路的均流是個(gè)很重要的指標(biāo)，因?yàn)槿绻?ZnO 并聯(lián)支路均流不好，即使 ZNO 閥片的通流能力很強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)行在較大的滅磁工況時(shí)，可能會(huì)因?yàn)?ZnO 支路的均流問題，而使得一些支路流過的電流超過其允許的最大電流而損壞，而另一些支路卻只有很小的電流通過，沒有能夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。4）滅磁電阻的殘壓在設(shè)計(jì) ZnO 非線性滅磁時(shí)，要考慮到 ZnO 非線性電阻通過較大電流時(shí)的殘壓。僅僅知道 10 毫安的殘壓是不充分的，事實(shí)上也沒有太大的意義。作為滅磁裝置的設(shè)計(jì)人員最應(yīng)該關(guān)心的是 ZnO 通過較大電流時(shí)各個(gè)支路的殘壓是否非常接近，為了使并聯(lián)的 ZnO 支路能夠在比較惡劣的工況下有好的均流效果，ZnO 的殘壓在最大允許工作電流附近應(yīng)該盡可能相等。因?yàn)槿绻?ZnO 支路僅僅在 10 毫安時(shí)殘壓非常接近，那么在滅磁電流很小時(shí)，并聯(lián) ZnO支路可能有較好的均流效果，而當(dāng)滅磁電流較大時(shí)，則會(huì)因?yàn)?ZnO 各支路在大電流時(shí)的殘壓有較大差別而導(dǎo)致并聯(lián) ZnO 支路均流惡化。事實(shí)上我們知道，在小電流時(shí)即使并聯(lián) ZnO 支路均流很差也是無關(guān)緊要的，因?yàn)楦鱖nO 支路通過的電流都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其允許通過的最大電流，不會(huì)對 ZnO 造成損壞，也不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的老化不均勻；更重要的是，正常情況下的滅磁均采用逆變滅磁，因此采用 ZnO 滅磁時(shí)，小滅磁電流的工況少有發(fā)生。而真正采用 ZnO 滅磁往往是在故障情況下，一般此時(shí)的滅磁電流都比較大。所以，正如滅磁電阻能容不應(yīng)該簡單地考慮標(biāo)稱能容一樣，滅磁設(shè)計(jì)更多的應(yīng)該考慮大電流的工況。5）滅磁電阻的荷電率非線性電阻的荷電率包括正向荷電率和反向荷電率，但對滅磁電阻來說一般正向荷電率都比較高，為可控硅陽極電壓的最大值，所以在 ZnO 非線性滅磁電阻的支路里都有反向二極管以阻止 ZnO 非線性電阻的正向泄露。當(dāng)然當(dāng)二極管的泄露電流比較大，而 ZnO 的并聯(lián)支路又比較少時(shí)，如果平均每個(gè) ZnO 支路的泄露電流大于 50 微安，還應(yīng)在 ZnO 支路旁并同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 37 聯(lián)線性電阻以減小 ZnO 支路的泄露電流，防止 ZnO 的老化。由上述可得，非線性電阻荷電率一般考慮的多為反向荷電率。而對于過電壓保護(hù)支路的 ZnO 非線性電阻，由于它的殘壓設(shè)計(jì)都比滅磁的非線性電阻要高，所以其反向荷電率不需要考慮，而只需考慮正向荷電率。所以，在滅磁設(shè)計(jì)中，對于滅磁支路，還應(yīng)注意校驗(yàn)可控硅整流輸出的反向電壓的最大值是否大于 ZnO 非線性滅磁電阻允許長期施加的電壓值，即要保證滅磁用 ZnO 非線性電阻的反向荷電率不大于 。換句話說，當(dāng)調(diào)節(jié)裝置的控制角小于空載控制角時(shí)，可控硅整流裝置輸出電壓的最小瞬時(shí)值（即負(fù)的最大值）不應(yīng)該大于滅磁用 ZnO 閥片 10 毫安時(shí)殘壓的 60%。對于過壓保護(hù)支路，則需要校驗(yàn)可控硅陽極電壓的最大值是否大于 ZnO 過壓保護(hù)電阻允許長期施加的電壓值，即要保證過壓用 ZnO 非線性電阻的正向荷電率不大于，或可控硅陽極電壓的最大值不大于 ZnO 閥片 10 毫安殘壓的 60%，如果不能滿足條件，則需要在 ZnO 過壓保護(hù)支路的正方向增加跨接器。6）并聯(lián)的 ZnO 非線性電阻支路的均流和均能首先應(yīng)當(dāng)說明的是，均流是指無論何種滅磁工況下，同一臺機(jī)組采用的 ZnO 并聯(lián)支路間的電流近似相等；均能則是指無論何種滅磁工況下，同一臺機(jī)組所有參與滅磁的 ZnO 閥片單位體積吸收的能量近似相等