電力系統自動裝置原理水電學院電力系王德意3.4勵磁功率單元的保護與滅磁3.4.1功率單元的保護短路保護過電壓保護過熱保護3.4.2功率單元的滅磁逆變滅磁線性電阻滅磁非線性電阻滅磁3.4.1功率單元的保護短路保護短路保護：可控硅產生過電流的原因中以直流側短路最為嚴重。可控硅直流側短路時采用串聯快速熔斷器對可控硅進行保護，如圖中的FU1－FU6，這種保護措施具有分斷電流快而分斷所產生的電壓低的特點。

過電壓保護

勵磁系統產生過電壓的原因主要有換相過電壓、操作過電壓、發電機失步、相間短路、相對地短路時在勵磁繞組上產生的過電壓以及雷擊過電壓等。對于工作和操作過電壓危害，勵磁系統采取在整流器的交流側接△型阻容吸收電路，在可控硅兩端并聯阻容吸收電路和直流側阻容吸收回路的方法，組成交直流集中阻容吸收電路，對過電壓進行吸收；過電壓保護對于因雷擊或從電網侵入很大的浪涌電壓時，采用整流橋交流側的△接法的氧化鋅壓敏電阻保護電路；另外，對于在直流側快速開關斷開時，或當整流器某兩橋臂的可控硅在導通時突然阻斷(如過電流引起快速熔斷器熔斷)而在直流側產生的過電壓，采取在直流側并接壓敏電阻的方法予以保護。

壓敏電阻伏安曲線過電壓保護－轉子過電壓檢測及保護電路

對于較大容量的發電機組，應設有專用的轉子過電壓檢測及保護電路雙斷口開關FMK配壓敏電阻RM4、二極管D及可控硅KP。一組壓敏電阻RM5兼作過壓保護和滅磁之用。正常工作時，KP處于截止狀態，正向電壓主要降落在KP上，RM5承受電壓極小，荷電率極低，電阻Ra、Rb組成線性分壓器，在Ra上取得一較低電壓；RM4RM5DDWKPRaRbLQ接整流橋直流輸出發電機轉子FMKFMK+-轉子過電壓檢測及保護原理圖過電壓保護－轉子過電壓檢測及保護電路當過電壓襲來時，Ra上電壓升高，穩壓管DW導通，繼而觸發KP；KP導通使RM5并接于轉子兩端，限制并吸收過電壓。過電壓消失后，RM5兩端電壓下降，電流也急劇下降。當電流小于KP的維持電流時，KP自動截止，壓敏電阻又處于“浮置”狀態。

RM4RM5DDWKPRaRbLQ接整流橋直流輸出發電機轉子FMKFMK+-轉子過電壓檢測及保護原理圖過電壓保護－滑極過電壓保護當發電機因失磁或低勵造成失步后，轉子相對定子磁場產生滑行，這樣就會在轉子繞組中感應出頻率同滑差頻率的交流電壓信號，當交流電壓同可控硅輸出電壓同向時，該感應電壓能量會經過可控硅整流橋進行釋放，當交流電壓同可控硅輸出電壓反向時，因可控硅電流方向的不可逆性，該能量無釋放回路，感應電壓快速上升，會達到轉子繞組耐壓試驗電壓的數倍，嚴重威脅轉子和轉子所連設備的安全。在滅磁非線性電阻上加上過電壓觸發跨接器，當發生滑極運行時，轉子上的過電壓會觸發跨接器，導通非線性電阻釋放過電壓能量。

過熱保護

可控硅元件采用一體化功率組件，該組件將可控硅、整流管芯片與熱管散熱器組成一體，采用汽水分離式熱管散熱技術，傳熱迅速，使可控硅組件在額定工況下實現自冷散熱。在功率柜體頂部安裝了軸流式風機，組成冗余式強迫空氣冷卻系統。功率單元還配有溫度檢測報警裝置，溫度檢測報警裝置設有兩級報警信號，當可控硅功率組件溫度超過故障報警值時，溫度檢測裝置向調節器發出溫度故障報警開關量信號，調節器自動啟動強冷風機系統；當可控硅功率組件溫度繼續升高達到溫度事故報警值時，溫度檢測裝置向調節器發出溫度事故報警開關量信號，調節器向機組控制系統發勵磁系統事故信號，啟動事故停機過程，并切除勵磁功率單元。

3.4.2滅磁系統勵磁系統在發電機正常停機時采用逆變滅磁，無需跳滅磁開關，轉子磁場能量轉移到交流電源系統；在事故狀態下跳滅磁開關，將轉子磁場能量轉移到非線性電阻上滅磁。滅磁裝置可保證在任何需要滅磁的情況下（包括發電機空載強勵情況）都能快速可靠的滅磁

滅磁方式：逆變滅磁線性電阻滅磁非線性電阻滅磁逆變滅磁三相橋式全控整流電路逆變工作狀態：指將三相橋式全控整流電路的控制角限制在90°－180°內，而輸出平均電壓則為負值。由于電感是蓄能元件，因此在逆變工作狀態電路將直流電能變換為交流電能，并反饋回到交流電網中。在同步發電機勵磁系統中，實現快速滅磁和減磁。逆變角：180°減去可控硅的控制角，其始終小于90°。逆變滅磁逆變滅磁逆變滅磁逆變失敗：

三相全控橋運行在逆變工作狀態時，該關斷的前一只元件不能關斷而繼續導通，該導通的后一只元件不能開通而繼續截止。逆變失敗的原因：（1）觸發電路工作不正常。（2）可控硅元件損壞。（3）交流電源發生異常現象。（4）逆變角過小。逆變滅磁逆變滅磁線性電阻滅磁線性電阻滅磁：利用滅磁開關和線性滅磁電阻滅磁滅磁開關與滅磁電阻有機地組合，是勵磁系統在事故情況下能否可靠滅磁的關鍵。線性電阻一般為發電機轉子電阻 的3—5倍。

線性電阻滅磁并聯滅弧柵式線性電阻滅磁非線性電阻滅磁非線性電阻的特性:非線性電阻滅磁整個滅磁過程可分為三個時段，即：建壓、移能（換流）和耗能，三個環節緊緊相連；其中，磁場能量的轉移是滅磁成功的關鍵，若能量轉移不成功，氧化鋅非線性電阻

Rf不能參與滅磁，則整個磁場能量將由K單獨消耗，易燒壞開關。非線性電阻滅磁二極管D為正向阻斷二極管，它的作用有二：一是在正常運行時，轉子繞組兩端的電壓為上正下負，由于二極管D的反向阻斷作用，使得氧化鋅非線性電阻Rf

上不承受正向電壓，降低其正向荷電率，以延長Rf的使用壽命；二是保證只在發電機勵磁電壓UL反向時即下正上負時投入。氧化鋅非線性電阻Rf

的殘壓為1280V（電流為50A時）。

正常運行時，FMK合上，可控硅整流橋SCR輸出整流電壓Ud和整流電流Id，轉子電壓UL正壓即上正下負。葛洲壩6號機組滅磁系統

雙斷口磁場斷路器配高能氧化鋅非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁事故時，FMK跳閘，雙斷口同時斷開，觸頭拉弧并快速將電弧吹入滅弧罩內，在FMK雙斷口形成斷口電壓UK1和UK2，與此同時，轉子繞組因電流突然下降而在其兩端產生反電勢，即轉子電壓UL由正壓變為負壓，當UL大于或等于1280V時，勵磁電流IL開始流經Rf，轉子磁能由FMK開始往Rf上轉移，轉子電壓UL被限制在1280V以內，此時，磁場斷路器斷口電弧很快熄滅，轉子電流IL繼續并全部流過Rf并由Rf將磁場能量消耗掉，直到IL為零，滅磁成功。葛洲壩6號機組滅磁系統

雙斷口磁場斷路器配高能氧化鋅非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁曲線1為線性電阻滅磁過程曲線2為非線性電阻滅磁過程線性電阻和非線性電阻滅磁效果對比DZL電子組合型非線性電阻滅磁電子組合型磁場斷路器的工作原理：正常運行時，機械開關的主觸頭K1和輔助觸頭K2閉合，電子換流器和移能器因K1的短接而未工作（不承受電壓）。DHQ:電子換流器YNQ:電子移能器GB：過電壓保護ZNOPTCPTC+ZNODZL電子組合型非線性電阻滅磁PTC電阻通過的電流I遠遠大于SiC和ZnO通過的電流。圖中粗線為高能PTC和ZnO非線性電阻組合器件所呈現的V－A特性，我們利用這種特性制成的電子換流器（DHQ）和移能器（YNQ）并接在開關主觸頭的兩端，就能很好的實現開關的換流、建壓并吸收掉存儲在電感線圈中的能量。DZL電子組合型非線性電阻滅磁正常或事故跳開關滅磁時，先跳開開關主觸頭K1，磁場電流由K1主電路換流至K2支路（第一次換流），因K2支路中的電子換流器（DHQ）為初始電阻很小的高能PTC組件（約0.1Ω），以開斷1000A的磁場電流為例，在K1兩端產生的電壓僅為100V，所以K1能實現不燒損主觸頭的無電弧分閘；在磁場電流的作用下，PTC做功發熱，其阻值急劇上升、迅速阻斷并在其兩端建立起足夠的斷口電壓UK，當UK超過移能器中的高能ZnO非線性電阻的閥值電壓時，磁場電流開始第二次換流，由移能器消耗掉電感線圈中儲存的能量，實現快速滅磁。DZL電子組合型非線性電阻滅磁輔助觸頭K