目前,國內外發電機的事故滅磁,多數仍采用磁場斷路器及非線性電阻的滅磁系統在電站的實際運行中,滅磁時燒毀磁場斷路器的事故己屢見不鮮導致這些事故的主要原因之一,是由于在某些滅磁工況下滅磁時,磁場斷路器不能分斷發電機轉子的直流電源回路(轉子與勵磁功率整流器的連接回路),即磁場斷路器未能滿足發電機在某些運行工況下滅磁時對磁場斷路器分斷能力的要求分析表明,發電機在不同的運行方式下進行滅磁時,加于磁場斷路器主觸頭上的電流、電壓是不相同的,即對磁場斷路器分斷能力的要求不同。磁場斷路器的分斷能力,應按滿足發電機在所考慮的嚴重滅磁工況下滅磁的要求進行選擇,才能使發電機在這些工況下可靠地滅磁1滅磁過程中磁場斷路器主觸頭的電流及電壓對所示的采用SC或線性滅磁電阻的發電機自并勵系統,在發電機磁場斷路器QF主觸頭斷開后的燃弧過程中,主觸頭的電弧電流A與轉子電流If及滅磁電阻上的電流Ir有如下關系:燃弧過程中流過主觸頭的最大電流Am(也是滅磁過程中流過主觸頭的最大電流)為滅磁開始時轉子反向感應電壓出現前流過主觸頭的電流,此時Ir=0,故:主觸頭分離后,觸頭兩端的電壓W為:當滅磁采用非線性電阻時,A電流時的非線性電阻阻值;u為非線性系數,0 1.3Ugr/nb,Ugr為發電機額定電壓,nh為勵磁變壓器原方、副方的電壓比當計算取3個分段時,滅磁開始時的轉子電流/f(0)= /3)近似計算時,也可用發電機在1.3倍額定電壓、誤強勵時轉子的穩態電流/f0)作為滅磁開始時的轉子電流。 滅磁過程中勵磁功率整流器最大輸出電壓Udm為滅磁開始時的轉子電壓,即在滅磁開始時的機端電壓Ug(0)下勵磁系統發生誤強勵時的功率整流器的輸出電壓Ug(0)為滅磁開始時的轉子電流/f(0)所對應的機端電壓,可從發電機空載特性上由/f(0)查得這樣,空載誤強勵滅磁過程中磁場斷路器主觸頭所承受的最大電流及最大電壓按滅磁過程中磁場斷路器主觸頭所承受的最大電流及最大電壓的計算與空載誤強勵滅磁工況類似保護跳閘前,計算采用發電機負載特性(并采用T/計算),發電機跳閘后用空載特十性近似計算時,也可考慮采用發電機在轉子過電流保護的整定電流所對應的定子電壓下誤強勵時的轉子電壓所對應的轉子穩態電流作為滅磁開始時的轉子電流在發電機三相短路的暫態過程中,定子短路電流將在轉子繞組上產生感應電流感應電流由非周期的次暫態分量A//和暫態分量A/f/以及周期分量A/fc組成在短路發生后,它們分別以發電機的T,/',T,/及Ta時間常數隨時間衰減由于發電機的動作時,轉子中的感應電流雖有所衰減但仍然較大若發電機滅磁時短路故障未切除,磁場斷路器需分斷的電流為定子短路電流在轉子上的感應電流與勵磁功率整流器供給的轉子電流的總和機端三相短路時轉子繞組中感應電流的計算可參見在工程設計時也可參照ANSUIEEEC37.18標準,對凸極發電機機端三相短路滅磁開始時的轉子電流,該標準推薦取/f(t)=/f(0)=機端三相短路時,勵磁功率整流器的輸出電壓為0,但若在磁場斷路器主觸頭燃弧過程中切除短路點,機端將出現較高的恢復電壓并在較小的時延內達額定值機端短路時勵磁系統處于強勵狀態,且勵磁調節器將使強勵狀態保持到機端電壓恢復至較高的電壓水平因此,在工程設計中,可按機端電壓為額定、勵磁系統強勵狀態來考慮此時勵磁功率整流器的輸出電壓這樣,機端三相短路時,磁場斷路器主觸頭所承受的最大電流及最大電壓可計算為:表1表2是某兩個電站發電機的幾種滅磁工況的計算結果表1滅磁過程計算結果(電站1)滅磁工況主觸頭整流器輸出滅磁電壓備注額定空載滅磁額定負載滅磁正常強勵跳閘滅磁空載誤強勵滅磁(115°C)保護延時0負載誤強勵滅磁(115°C)保護延時0機端三相短路滅磁(115C)取V,勵磁變壓器電壓比:18kV/1.014kV;括號內數字對應保護無延時計算結果表2滅磁過程計算結果(電站2)滅磁工況主觸頭整流器輸出滅磁電壓備注額定空載滅磁額定負載滅磁正常強勵跳閘滅磁空載誤強勵滅磁(115C)保護延時ft負載誤強勵滅磁(115C)保護延時ft機端三相短路滅磁(115C)取kV/0.932kV;括號內數字對應保護無延時計算結果載電流值給出,同時應說明所給出的額定分斷能力試驗電路的特性,如試驗時斷路器的負載形式及時間常數等。同一電器,在不同的分斷電壓下或不同的由表1表2可見,勵磁系統正常時,機端三相短路滅磁為發電機最嚴重滅磁工況考慮勵磁系統故障時(誤強勵),對所計算的電站1,發電機最嚴重滅磁工況為負載誤強勵滅磁工況;對所計算的電站2,發電機最嚴重滅磁工況為空載誤強勵滅磁工況2磁場斷路器分斷能力與低壓電器中有關分斷能力定義的關系目前,一般發電機磁場斷路器屬低壓電器系列按照低壓電器標準,低壓電器的分斷能力有額定分斷能力及短路分斷能力兩種定義。額定分斷能力(ratedbreakingcapacity)是在規定的分斷條件下所能分斷的電流值有關產品標準或技術文件應明確地規定分斷條件h(g試驗電路的特性壓額定短路分斷能力(ratedshort-circuitbreakingcapacity)是在產品標準或制造廠規定的電壓額定頻率以及一定的功率因數或時間常數)下電器能夠分斷的短路電流值電器額定分斷能力的試驗,是在斷路器帶規定的負載及某一電壓下進行。短路分斷能力則是在斷路器負載接線端短路時進行。 在電器的產品標準或技術文件中,額定分斷能力是以電器在某一電壓(即恢復電壓)下可分斷的負的負載電流是不同的電器產品標準或技術文件中給出的額定短路分斷能力,是在某一電壓(即恢復電壓)下電器可分斷的短路電流值。 對一般低壓電器,額定分斷能力的試驗電路按IEC或GB標準用電感電阻串聯負載進行,回路時間常數按標準規定選擇(例如時間常數為15ms)對磁場斷路器,按ANSI/IEEEC37.18標準的規定,額定分斷能力的試驗負載應按實際發電機的磁場回路或等效回路進行。 發電機滅磁時,磁場斷路器是在帶有轉子及滅磁電阻負載的條件下進行分斷,在磁場斷路器主觸頭電弧熄滅后,主觸頭兩端仍承受著轉子及勵磁功率整流器的輸出電壓(即恢復電壓)從磁場斷路器分斷時的這種工作環境可見,發電機在滅磁時所要求的磁場斷路器的分斷能力是斷路器的額定分斷能力,即磁場斷路器應按其額定分斷能力滿足發電機嚴重滅磁工況的滅磁要求進行選擇3磁場斷路器額定分斷能力的選擇由上面的分析可見,發電機滅磁對磁場斷路器分斷能力的要求隨發電機滅磁工況的不同在數值上有很大的差別。故在選擇磁場斷路器時,應首先分析并確定發電機應考慮的嚴重滅磁工況,然后計算出在這種嚴重的滅磁工況下滅磁時磁場斷路器主觸頭所承受的最大電流Am及最大電壓Ubm所選擇的斷路器的額定分斷能力,應不低于在分斷電壓(即恢復電壓)為Ubm時分斷負載電流為Ibm的分斷能力,并且所選斷路器產品給出的額定分斷能力應為按ANSUIEEEC37.18標準規定的試驗條件所確定的分斷能力例如,對本文所計算的電站1,當磁場斷路器的額定分斷能力不考慮勵磁系統故障的滅磁工況時,應按機端三相短路滅磁要求選擇磁場斷路器,其額定分斷能力應不低于在4316V的分斷電壓下分斷8175A的負載電流值。當磁場斷路器按考慮勵磁系統故障(誤強勵)進行選擇時,應具有不低于在5 137V的分斷電壓下分斷11 530A的負載電流值的額定分斷能力對采用ZnO滅磁電阻的勵磁系統,由式(6)可見,所選擇的磁場斷路器在所考慮的嚴重滅磁工況下滅磁時,可保證轉子電流可靠地向ZnO滅磁電阻轉移應當指出,對米用ZnO滅磁電阻的勵磁系統,在磁場斷路器觸頭分開至ZnO滅磁電阻導通前,斷路器的負載僅為轉子繞組;ZnO導通后斷路器的負載方與類同。故對采用ZnO滅磁電阻的磁場斷路器,其產品額定分斷能力的試驗必須考慮斷路器負載的這種變化。 一般而言,不需要考慮多重故障重疊的更嚴重的情況來選擇磁場斷路器的額定分斷能力,如轉子過負荷時發生機端三相短路、誤強勵時兼出現機端三相短路等4問題與建議a對于磁場斷路器的額定分斷能力及其他參數的選擇計算,我國尚無較全面的標準;與額定分斷能力的選擇相關的對發電機滅磁時間的要求也未見到有關的標準或規范為規范磁場斷路器的設計及使用,建議根據我國的情況并國內外有關的標準(如ANSI/IEEEC37.18),制定出我國相應的標準或規范磁場斷路器的額定分斷能力是設計、選擇及使用磁場斷路器的重要參數,在ANSUIEEE C37.1吸低壓電器標準中對該參數己進行了明確的定義,并給出了該參數的測試方法及要求但在國內外的某些磁場斷路器的產品技術規范中,并未按這些標準的規定給出磁場斷路器的參數。在設計選用時,應先弄清楚產品技術規范中所給出的參數的含義及其測試條件,才能保證選擇正確。 國內勵磁系統故障(誤強勵)至今仍不少見,而國產的磁場斷路器的分斷能力較低,當所選的磁場斷路器的額定分斷能力不能滿足所考慮的嚴重滅磁工況下的滅磁要求時,為保證滅磁系統工作的安全可靠性,建議可作下列考慮:適當地延長滅磁時間,以降低滅磁時非線性電阻上的電壓,目前國內水輪發電機的滅磁時間大多要求為1s左右,而國外一些公司有米用2s~3s滅磁時間的建議;對有可能產生誤強勵的勵磁系統,可考慮改進動作滅磁的啟動回路,或設誤強勵時動作滅磁的速動保護,以避免誤強勵時在轉子嚴重過流情況下的滅磁