[发明专利]大型发电机转子灭磁及过压保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型发电机转子灭磁及过压保护装置。

背景技术

目前大型发电机组的容量不断增加，转子励磁电流也越来越大，转子绕组所储存的磁场能量也随之增大，因此发电机转子灭磁及过压保护装置的性能和可靠性已对大型发电机组的安全稳定运行起着决定性作用，目前常规发电机转子灭磁及过压保护装置的核心部件灭磁电阻都选用线性电阻或非线性电阻，此电阻为转子灭磁过程及过电压保护过程所共用，线性灭磁电阻稳定可靠造价低，但灭磁时间长，不利于事故停机时迅速灭磁，非线性灭磁电阻可以大幅缩短灭磁时间，一般选用氧化锌（ZnO）或碳化硅（SiC）材质非线性电阻，氧化锌电阻具有开关特性，漏电流小，可直接并联于转子绕组两端，采用氧化锌电阻的灭磁及过压保护装置，灭磁迅速有效，在过电压消失后电压低于阀值时回路可自关断，但氧化锌电阻的特性随时间的延长变化很大，其损坏后为短路状态也对发电机的安全运行造成了威胁，而且随着发电机容量的增大已经很难选到与之相配的高电压阀值的氧化锌电阻，碳化硅电阻的伏安特性介于线性电阻和氧化锌电阻之间，其灭磁时间也在二者之间，具备二者的长处，特性稳定，碳化硅电阻无明显阀值电压，大型机组越来越多地选碳化硅灭磁电阻，但碳化硅电阻的漏电流较大，用作过压保护的电阻时，在正向过电压消失后回路无法实现自关断，发电机只能停机，这是国内发电厂用户所无法接受的。

这样在现有国内外普遍采用的发电机灭磁和过压保护装置中，其灭磁电阻的选择就面临着既要快速灭磁、保证过压恢复后回路能自关断，同时又需要灭磁电阻特性稳定可靠，能保证发电机安全运行的矛盾。

发明内容

本发明的目的是实现既能迅速灭磁，又能保证稳定可靠，同时可实现正向过电压动作后不停机的大型发电机转子灭磁及过压保护装置。本发明的技术方案为：励磁系统可控硅整流桥输出直流的正极接灭磁开关，灭磁开关选用直流单断口开关HPB45，灭磁开关断口的另一端接发电机转子绕组的正极，发电机转子绕组负极接到可控硅整流桥的负极，在发电机转子绕组正负极并联以碳化硅（SiC）非线性电阻为主的灭磁及反向过压保护回路和以氧化锌（ZnO）非线性电阻为主的正向过压保护回路，灭磁及反向过压保护回路的结构为，反向跨接器（CROWBAR）的一端接转子绕组的正极，另一端接碳化硅非线性电阻，电阻另一端经过导通检测器接到转子绕组的负极；正向过压保护回路的结构为，正向跨接器（CROWBAR）的一端接发电机转子绕组的正极，另一端接氧化锌（ZnO）非线性电阻，电阻另一端经过导通检测器接到转子绕组的负极，反向跨接器的控制电路由开关的状态控制并联在反向可控硅两端并输出控制脉冲给可控硅，可控硅的阴极接到转子绕组的正极，阳极接到碳化硅电阻；正向跨接器的控制电路并联在正向可控硅两端输出控制脉冲给可控硅，可控硅的阳极接转子绕组正极，阴极接氧化锌电阻。

结合不同灭磁电阻的特点，本发明选取碳化硅电阻用作灭磁及反向过压保护用泄流电阻，选取氧化锌电阻用作正向过压保护用泄流电阻，创造性地选用两组不同材质的非线性电阻，组合在一起共同完成发电机灭磁及过压保护功能，这就是本发明的核心设计思想。

在发电机紧急停机时，灭磁开关跳开，转子绕组等效为大电感，在发电机正常运行时，转子绕组中通直流励磁电流，电流方向向下，电压为上正下负，当灭磁开关跳开后，三相全控桥整流电源与转子绕组已不构成回路，但转子绕组的电感特性试图维持电流恒定不变，这样转子绕组上的电压极性发生变化，变为下正上负，此时必须要存在一个电气回路为电感中的电流进行续流，否则在转子绕组上会形成很高的反向电压与整流桥的电压叠加后将在灭磁开关的断口处燃弧烧毁灭磁开关，在本发明中灭磁开关在断开同时发信号给反向跨接器的控制电路，由控制电路产生控制脉冲使反向可控硅导通，从而接入碳化硅非线性电阻，这里由可控硅和碳化硅电阻构成了灭磁时转子绕组的续流回路，电阻为灭磁电阻，选用碳化硅（SiC）材质，可以做到快速灭磁又稳定可靠。

当发电机在运行时由于异常工况而产生转子反向过电压时，或灭磁开关的断开信号没有正确传递到控制电路而导致转子绕组产生反向高压时，可由控制电路进行电压检测，如果电压高于过压设定值，控制电路将发出控制脉冲使可控硅导通接入碳化硅电阻泄流，从而限制过电压幅值，如果灭磁开关跳开引起的反向过压是灭磁过程，灭磁结束后回路中电流为零，可控硅截止，系统按要求停机，如果是发电机运行中的反向过压，在过压消失后，将由整流电源恢复系统的正向电压，此时可控硅则由于电压反向而截止，系统恢复正常运行，灭磁回路和反向过压保护回路，共用碳化硅电阻。