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　　指出交直流綜合滅磁保護可作為大型水輪發(fā)電機轉子滅磁保護的優(yōu)選方案。

　　圖中：Ufr-勵磁電源FMK勵磁回路開斷裝置LQ―發(fā)電機轉子繞組F―發(fā)電機定子RV―氧化鋅壓敏電阻器2.1串聯滅磁方式在勵磁回路中，它的代表產品是DM2自動滅串聯滅磁方式主回路原理圖見。磁開關，它接線簡單、體積小，既斷流又吸能，在這種滅磁方式下，FMK磁場開關串聯在滅磁能量不大的中小型發(fā)電機組上起到了1前言滅磁保護是同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主保護。在發(fā)電機及其單元聯接的主變壓器出現故障時，它主要完成兩項任務，一是迅速斷開磁場回路，即斷開發(fā)電機轉子繞組和勵磁電源的聯系，使電源不再為轉子繞組提供能源；二是迅速轉移、吸收掉轉子中儲存的磁能，間時限制轉子兩端的過電壓，保護轉子的安全。

　　對滅磁保護的要求是：安全、可靠和快速。

　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，水輪發(fā)電機單機容量不斷提高，發(fā)電機的勵磁功率、轉子繞組時間常數及其儲能都不斷增大，因而滅磁的能容量大增。為提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在水輪發(fā)電機組上廣泛采用了快響應、篼頂值的自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)，這禾疑是一種進步，但同時也給轉子滅磁保護提出了新的更高要求。因此，滅磁保護技術也要有相應的發(fā)展和進步以適應新的變化。尋求新的有效的安全可靠的滅磁方案是擺在我們面前的嚴肅課題。

　　2國內主要滅磁保護方案及其特點國內目前應用于滅磁保護的方案主回路接線方式有很多種，但就其工作原理來看，主要是下面兩種：一定的保護作用。但隨著機組容量不斷增大及可控硅靜止勵磁系統(tǒng)的推廣應用，串聯滅磁方式已暴露出諸多問題，如滅磁能容量不足、小電流吹弧困難、開關弧壓較低、滅磁時間長。加之結構本身的缺陷，常發(fā)生拒動或誤動問題，事故率較高，已不能適應電力工業(yè)飛速發(fā)展的需要。

　　逆變滅磁也是串聯滅磁方式的一種。大型水輪發(fā)電機多采用機端自并勵系統(tǒng)，這種勵磁系統(tǒng)在正常停機時可以采用逆變滅磁，但不能作為發(fā)電機的事故滅磁保護的主要手段來使用，因為在發(fā)電機內部短路情況下，整流群輸人端的電壓顯著降低，從而大大減慢了滅磁的速度。

　　2.2并聯滅磁方式并聯滅磁方式主回路原理圖見。

　　并聯滅磁方式是八十年代初隨著ZnO非線性電阻的應用而發(fā)展起來的新型滅磁方式。這種方式的特點是把斷流和吸能兩大功能分開：磁場斷路器只起斷流、移能作用，本身不吸能，負擔大大減輕，燒開關的幾率大大減小；滅磁吸能、限壓的任務由氧化鋅非線性電阻來承擔，滅磁速度快，接近理想恒壓滅磁。這是一種較理想的滅磁方式，國內現用的較多。但是，這種滅磁方式也對磁場斷路器提出了更高的要求，即要求磁場斷路器既要斷流容量大、速度快，又要具有分斷電壓高的特點，以滿足斷流移能的需要。顯然現有的DM2等磁場開關是不能勝任的。

　　為此人們開展了磁場開關的改造，雖經努力，成效不大。也有不少圍繞磁場開關的各種輔助措施，如在開關兩端并接高壓熔斷器、并聯人工過零換流回路等方案。這些輔助措施在一定程度上減輕了磁場開關的負擔，但不能獨立使用，也增加了一些控制環(huán)節(jié)，且離不開磁場開關的可靠性。若開關拒動，這些輔助措施的方案也就無能為力。

　　近十幾年來，也研制出一些磁場斷路器，如DM系列磁場斷路器在開斷速度、通流容量、開斷電壓、安全可靠性等方面性能都較優(yōu)，用于300MW以下的水輪發(fā)電機轉子滅磁保護效果很好，但對600MW以上（三峽780MW）水輪發(fā)電機組來說，現有的DMX直流磁場斷路器則顯得通流容量不足，開斷電壓偏低（現有的DMX最大額定電流3500A，最大開斷電壓3水輪發(fā)電機轉子滅磁保護存在的問題3.1國內發(fā)電機自并激可控硅靜止勵磁系統(tǒng)，其勵磁變壓器一次側和二次側大都沒有設置斷路器，一次側直接接在發(fā)電機的出口端，二次側和整流器連接，在滅磁過程中，發(fā)電機的巨大能量仍通過整流變反饋給滅磁系統(tǒng)，給直流磁場斷路器的開斷增加了沉重的負擔，這也是滅磁事故多發(fā)的主要原因之一。

　　3.2前面說過，國內已普遍使用并聯滅磁方式，也收到了較好的效果，但安全可靠性仍不十分理想，事故也時有發(fā)生，究其原因，主要是集中在直流磁場斷路器的斷流移能環(huán)節(jié)上，主要問題有：3.2.1國內現有的直流磁場斷路器（開關）除DMX系列磁場斷路器外，大多通流容量較小，斷開弧壓較低，弧壓穩(wěn)定性差，難以勝任斷流、移能滅磁的需要。

　　3.2.2專用直流磁場斷路器市場用量少、成本篼，生產廠商不愿作大的投人，因此在技術性能改進、工藝質量提高上都受到限制。

　　3.2.3機械式直流磁場斷路器從原理上存在著固有缺陷。其開斷過程是電弧的形成、擴展、燃燒、熄滅的過程。有電弧就會有燒蝕、損毀；有機械動作就會有磨損，機械卡澀、拒動、誤動在所難免，這是無法從根本上解決和消除的。

　　3.3在滅磁保護系統(tǒng)設計中，參數選擇不合理，配合不當也是導致滅磁事故發(fā)生的原因之一'. 3.4滅磁手段單一，缺少后備。

　　針對現有滅磁保護存在的問題，作者認為應在大型水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的交流側設置交流磁場斷路器，研制新型快速的、分斷電壓高的電子型直流磁場斷路器。采用交直流綜合滅磁保護技術，以提高大型水輪發(fā)電機轉子滅磁保護的安全、可靠性和快速性。

　　4交直流綜合滅磁保護方案介紹新型交直流綜合滅磁保護主回路原理接線圖如所示，它由交流磁場斷路器AMK，電子型直流磁場斷路器DDL和氧化鋅非線性電阻吸能元件RV組成。斷流移能任務可由交流斷路器、電子斷路器單獨完成或共同完成。兩種斷路器可各自獨立完成工作，又互為備用，既保留有交流滅磁的特點，又可彌補單獨使用交流斷路器滅磁的不足。兩種斷路器可各自獨立或共同完成斷流任務，因而可大大提篼滅磁保護動作的可靠性。吸能滅磁的任務由氧化鋅非線性電阻完成。

　　4.1交流斷路器滅磁技術交流斷路器滅磁主回路原理圖如所示，其基本原理是：在勵磁變壓器低壓側和整流器之間設置三相交流斷路器。在需要滅磁時，首先切除可控硅整流器的觸發(fā)脈沖，然后跳開交流斷路器。此時，發(fā)電機轉子相當于一個恒流源，它通過切脈沖時導通著的兩只可控硅和勵磁變壓器二次側繞組形成一個閉合回路。在這個回路中既有轉子繞組形成的恒流源，又有勵磁變壓器的二次側輸出的交流恒壓源。在交流斷路器開斷時，斷口產生的弧壓和勵磁變壓器交流輸出電壓疊加，作用于閉合的主回路中。當滿足條件l/K+，轉子電流就會全部轉換到ZnO吸能元件中，隨即開關斷口電弧熄滅，完成斷流任務。當勵磁變壓器陽極電壓峰值大于ZnO滅磁殘壓時，即使不跳開交流斷路器，轉子電流也能夠轉移到ZnO滅磁電阻中去，轉子儲能由ZnO非線性電阻吸收。可見，利用勵磁變壓器陽極電壓，交流斷路器的開斷弧壓可以大大降低。

　　試驗波形圖見。

　　交流磁場斷路器滅磁主回路原理圖當然，用具有直流開斷能力的交流斷路器作為直流磁場斷路器使用也是可行的，為了獲得足夠高的開斷弧壓，可將交流斷路器的主觸頭作串聯連接。

　　快速隔斷勵磁系統(tǒng)與交流電源聯系，有利于氧化鋅非線性電阻的快速吸能滅磁。

　　斷路器工作在交流回路，分斷過程中，有反向半波陽極電壓的幫助，交流斷路器的開斷弧壓大大降低。因而電弧燒蝕及其弧觸頭的損耗較輕微，安全性好。

　　交流斷路器用量大，成本低，生產廠家多，投資開發(fā)力度大，因而技術成熟、產品質量高、操作機構靈活、可靠性高。

　　結構緊湊、模塊化、體積小、價格低。

　　必須切脈沖，增加了控制環(huán)節(jié)；當發(fā)生可控硅擊穿短路時，橋臂直通，交流斷路器不起作用，只有續(xù)流，延長了滅磁時間；當發(fā)電機內部、出口、勵磁變發(fā)生短路故障時，交流電壓很低，交流斷路器可能無法正常斷流。

　　4.2電子型直流磁場斷路器滅磁技術為從根本上解決機械式磁場斷路器的固有缺陷，筆者認為應更新觀念、改變思路、勇于創(chuàng)新，采用功率電力電子元器件研制新型磁場斷路器取代機械式斷路器。

　　電子型直流磁場斷路器滅磁主回路原理圖如所示。

　　電子斷路器（圖中虛線框部分）由大功率主可控硅管KP1和KP2（可增減并聯數和增加串聯數）、輔助可控硅管KP3、換流電抗器L、儲能電容器C、控制觸發(fā)電路CF和電容器充電電源Vc組成。由控制觸發(fā)電路CF的G1、G2脈沖來控制斷路器的接通。由控制觸發(fā)電路CF的G3脈沖來控制斷路器的關斷，此時，KP3導通，預先It存有電能的電容器C通過換流電抗器U主可控硅管KP1和KP2、輔可控硅管KP3放電，給主可控硅管施加反向電流，強迫其電流過零關斷，實現斷路器的分斷。

　　電子斷路器從工作原理，工藝結構、控制方式上完全不同于機械式斷路器，它沒有電弧，沒有機械傳動部分，從原理上消除了電弧燒蝕，機械卡澀，拒動誤動的可能性，關斷時間短，僅數百微秒，斷流速度快、分斷電壓高，極有利于換流移能的需要。電力電子技術的發(fā)展為我們提供了大容量、高耐壓、高可靠性的開關元件，大功率容量的電子斷路器有著很好的發(fā)展前景。

　　電子斷路器滅磁的特點電子斷路器滅磁無弧光、無聲響、無機械傳動部分、壽命長、安全可靠性高。

　　通流容量大，單管可達5000A；斷流速度快，小于lms；分斷電壓高，單管可達5000V；有利于快速滅磁的需要。

　　控制功率小、自動化程度高、可承擔頻繁的通斷操作，尤適用于少人值守、無人值班電站和調峰機組。

　　完善的狀態(tài)監(jiān)視和自診斷系統(tǒng)極易實現與程控系統(tǒng)或計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通訊聯接，進一步提高了其安全可靠性。

　　研制的電子斷路器自1990年在白山電廠紅石電站投運以來，已有9臺電子斷路器組成的滅磁過電壓保護裝置先后在小山電站、蓮花電站、豐滿發(fā)電廠投入運行，電子斷路器的額定電流，開斷電壓不斷提高，蓮花140兆瓦機滅磁模擬試驗開斷電流達3196安培，滅磁能量達2.54兆焦，滅磁試驗波形圖見。紅石機組用電子斷路器已安全運行10余年，其它機組上的電子斷路器也已安全運行4一5年，滅磁保護動作的成功率都是100%，獲得了顯著的社會、經濟效益。深受4.3氧化鋅非線性電阻吸能元件（閥片）氧化鋅非線性電阻元件伏安特性平坦，漏電流極小，浪涌吸收能量大，響應速度快，用作滅磁吸能限壓元件，可以得到接近理想的滅磁效果。十幾年來，我們組裝的近千臺滅磁裝置在國內外各電廠運行良好。第一臺300MW水輪發(fā)電機組滅磁裝置已安全運行十余年。退役后的閥片經微機測試，特性變化不大，并且仍能順利通過老化試驗。這說明，只要選用性能穩(wěn)定，質量上乘的氧化鋅閥片，做到合理設計，串并組合、均流均能較一致，閥片壽命是很長的，滅磁、限壓吸能是支全可靠的。閥片的微機測試及組合技術獲中科院科技進步三等獎。氧化鋅非線性電阻滅磁技術獲中科院科技進步二等獎和安徽省科技班步一等獎。

　　S結論5.1交流磁場斷路器滅磁，較機械式直流磁場斷路器滅磁無論是在自身的內在質量上，還是在滅磁工作的環(huán)境條件上都具有明顯的優(yōu)勢，安全可靠性較篼。

　　5.2電子斷路器克服了機械式直流磁場斷路器的固有缺陷，優(yōu)點突出，可作為后者的替代產品，應予以優(yōu)選、推廣。

　　5.3交直流綜合滅磁保護方案，兩種斷路器有不同的工作原理，不同的結構形式和不同的控制方式，各自獨立工作，相互配合，組成冗余滅磁保護系統(tǒng)，可以把滅磁保護的可靠性提篼一個等級。

　　5.4大型水輪發(fā)電機轉子滅磁保護采用交直流綜合保護，安全、可靠、快速，性能價格比最優(yōu)，可作為三峽等大型水輪發(fā)電機轉子滅磁保護的優(yōu)選方案。