發電機勵磁系統控制劉連光華北電力大學電氣工程學院1發電機勵磁系統控制劉連光1一.勵磁系統的構成與工作原理§1.1勵磁控制系統的構成形式§1.2勵磁控制系統的主要任務§1.3對勵磁控制系統的基本要求§1.4勵磁系統的保護措施2一.勵磁系統的構成與工作原理§1.1勵磁控制系統的構成§1.1勵磁控制系統的構成形式

根據勵磁電源的不同類型，勵磁系統可以分為三種方式：（1）直流勵磁機方式：用具有整流子的直流發電機作為勵磁電源。一般該勵磁機與同步機同軸，一起由原動機帶動旋轉，因而勵磁功率獨立于交流電網，不受電力系統非正常運行狀況的影響。（2）交流勵磁機方式：用交流勵磁機取代直流勵磁機，經半導體可控整流后供給給發電機勵磁。其勵磁功率同樣獨立于交流電網，因此又稱他勵半導體勵磁系統。根據半導體整流器是靜止的還是旋轉的該勵磁系統又可分為他勵靜止半導體勵磁系統和他勵旋轉半導體勵磁系統。（3）靜止勵磁方式：用接于發電機出口或廠用母整個母線上的變壓器作為交流勵磁電源，經半導體整流后供給給發電機勵磁。因該勵磁方式在個勵磁系統中無旋轉元件，常稱為“全靜止勵磁方式”。由于勵磁功率取自交流電網本身，故又稱之為自勵半導體勵磁系統，它受電力系統非正常運行狀況的影響要注意分析。3§1.1勵磁控制系統的構成形式根據勵磁電源的不同§1.1勵磁控制系統的構成形式一.直流勵磁機系統

直流勵磁機系統的接線有自勵式和他勵式[由圖1—1(a)、(b)]。在自勵式接線中，應用并激直流發電機作為勵磁機，利用剩磁自勵；在他勵式接線中，除主勵磁機外，還有副勵磁機，副勵磁機供給主勵磁機的勵磁。勵磁機、副勵磁機大多與主機同軸旋轉。自勵和他勵接線中(圖1—1)，勵磁回路部裝有調節電阻R，改變R大小，即可改變直流勵磁機的電壓，從而改變發電機的勵磁電流。有的接線圖中，在勵磁回路中加入旋轉放大器或者引入附加控制電流，改變放大器電勢或控制電流大小，也可調節勵磁。直流勵磁機勵磁優點：1)勵磁機一般和發電機同軸相連，勵磁系統中發生短路或電壓發生劇變時，主機的慣性很大，勵磁機轉速不受影響，能夠照常勵磁；2)勵磁機可以改變極性，在切斷負荷時能快速去磁；3)當系統發生故障時，在發電機勵磁繞組上感應的交流電形成閉環回路，不會發生轉子過電壓。4§1.1勵磁控制系統的構成形式一.直流勵磁機系統4§1.1勵磁控制系統的構成形式直流勵磁機勵磁缺點：1)整流子集電環電刷的維護工作量較大，且往往是故障的根源；2)同軸高速勵磁機由于受到機械強度和換向困難等限制，極限容量在300一500kw之間，所以不能用于大型機組(150Mw)；3)直流勵磁機有較大的時間常數，因此電壓響應速達度較慢。5§1.1勵磁控制系統的構成形式直流勵磁機勵磁§1.1勵磁控制系統的構成形式二.靜止勵磁系統1.自并勵勵磁系統圖1—2表示自并勵半導體勵磁系統原理圖。勵磁變壓器LB接在發電機機端，通過可控硅整流裝置KZ供給發電機勵磁。當發電機電壓變化時，自動電壓調節器ZLT可以改變可控硅KZ的控制角α的大小，保證機瑞電壓恒定。自并勵半導體勵磁系統的優缺點如下；(1)制造簡單、經濟、布置方便。(2)由于沒有轉動部分，工作可靠、維護簡單。(3)由于沒有勵磁機的時滯，反應速度快，有高速響應特征(響應時間一般小于0.05s)。6§1.1勵磁控制系統的構成形式二.靜止勵磁系統6§1.1勵磁控制系統的構成形式(1－1)(1－2)(4)在負荷變化而引起速率變化時，端電壓只反應速率的一次方；而同軸勵磁機時，勵磁機的電壓反應速率的一次方，因而發電機的端電壓要反應速率的二次方。因此，這種系統對抑制水輪發電機甩負荷引起的過電壓特別有利。(5)系統發生短路時，端電壓下降，從而使強勵能力受影響，在最不利的情況下可能引起失磁。(6)由于短路電流迅速衰減，帶時限的繼電保護可能會拒絕動作。2.自復勵勵磁系統根據勵磁變壓器和串連變壓器的組合方式又可以分為交流側和直流側串連、并聯幾大類。(1)直流側疊加自復勵勵磁系統

圖1—3表示直流側并聯和串聯自復勵勵磁系統的原理圖。從圖上可看到，發電機的勵磁電流Ifd或勵磁電壓Ufd由兩部分組成：并聯時[圖1－3(a)]得式1－1，串連時[圖1－3(b)]得式1－2。7§1.1勵磁控制系統的構成形式(1－1)(1－2)§1.1勵磁控制系統的構成形式8§1.1勵磁控制系統的構成形式8§1.1勵磁控制系統的構成形式當發電機空載運行時，定于電則If＝0，僅由自勵部分KZ供給空載勵磁電流，改變可控橋KZ的控制角可以調節發電機的端電壓。當發電機帶負荷運行時，可控橋KZ和二極管GZ共同供給發電機的勵磁。當負荷增加時，GZ供給的部分自動增加；當發電機端短路時，可控橋KZ失去交流電源，IXZ或UKZ等于零，但這時由于復勵橋GZ供給勵磁的部分增大，如果參數選擇適當，就可對發電機進行強行勵磁，使定子短路電流和勵磁電流衰減很慢而越于較高的穩定值,從而改善了短路過程的動態性能。值得提出的是，直流側疊加自復勵勵磁系統和交流側疊加時不同，無論并聯或串聯，勵磁電流或電壓都是在直流側算術相加，而不是在交流側相量相加，所以，直流側疊加自復勵勵磁系統不具有相補償的特性。直流側疊加自復勵勵磁系統廣泛應用于中小型機組。它的主要優點是，可以降低對硅元件反向電壓或電流的要求；缺點是，可控橋和復勵橋在各種運行狀態下不容易很好地配合，可能產生一方被封鎖或一方被堵塞的現象。例如并聯疊加時，勵磁電流是IKZ和IGZ之和，兩者都不能反向。當發電機發生近端短路時，自勵電流IKZ很小，可能被封鎖而送不出去，復勵橋電9§1.1勵磁控制系統的構成形式當發電機空載§1.1勵磁控制系統的構成形式流IGZ雖然很大，如果串聯比選擇不適當，IGZ可能小于轉于繞組中的暫態電流，強勵電流送不出去，因而造成IGZ被堵塞，產生很高的尖峰過電壓。串聯疊加時與上述情形有所不同，交流側是兩個電壓源經過各自的整流橋串聯運行，復勵橋的電流IGZ等于可控橋電流IKZ。在機端三相短路的情況下，復勵橋的輸出電壓UGZ高，可控橋失去電源，UKZ接近零，但可控橋鋁保持最后的導通狀態，所以直流回路中仍能流過強勵電流，不產生配合和堵塞的問題。由子上述原因，直流側串聯自復勵勵磁系統要比直流側并聯自復勵勵磁系統的應用廣泛得多。10§1.1勵磁控制系統的構成形式流IGZ雖然很大，如果串聯§1.1勵磁控制系統的構成形式(2)交流側疊加自復勵勵磁系統圖1－4表示的交流側串連自復勵勵磁系統的原理接線圖：一部分由勵磁變壓器LB二次側供給，另一部分由串連變壓器GLH供給。發電機運行方式改變時，其電壓電流都有變化，由于加在整流橋的陽極電勢Ea兩部分電壓的相量和，所以Ea能夠不隨發電機運行方式的改變而保持恒定。這樣，在自復勵勵磁系統中，自并勵勵磁系統的缺點在很大程度上被克服，也就是自復勵勵磁系統能夠使自勵勵磁系統具有他勵勵磁的特性。

11§1.1勵磁控制系統的構成形式(2)交流側疊§1.1勵磁控制系統的構成形式圖1－5表示交流側并聯自復勵勵磁系統原理圖，和交流串連相同，發電機勵磁電流由兩個交流電源LB和GLH經過整流器GZ供給，所不問的是LB和GLH在交流側并聯。發電機空載時，GLH無輸出，LB經過可控電抗器和整流器GZ供給發電機空載勵磁電流。有負荷時，GZ交流側的電流IL由兩部分組成：由LB供給的I’μ和由GLH供給的ILH，用式子表示如式1－3。（1－3）12§1.1勵磁控制系統的構成形式圖1－5表示§1.1勵磁控制系統的構成形式ILH和發電機定子電流成比例。當發電機負荷或功率因數變化時，ILH也跟著變化，所以這種系統能夠自動補償電樞反應而調節發電機的電壓，起到相復勵的作用。I’μ落后于發電機端電壓Ut90o,它的大小和可控電抗器的電抗值x有關。從圖1—5可以看到,自動電壓調節器ZLT可根據電壓偏差，通過可控整流橋KZ控制電抗器的飽和程度，改變X值，以改變I’μ的大小，從而保證電壓能得到很好的調整。總之．在交流側疊加自復勵勵磁系統中，兩個電源連接方式雖然有并聯和串聯的不同，但所起的作用是相同的。電壓源來自發電機端電壓，電流源來自發電機的電樞電流，兩個電源組合可起到相補償的作用，即能抑制由于負荷變化而引起的電壓變化。如果負荷增加，則可強力的快速勵磁；如果發生短路，則可利用強大的短路電流本身來提高系統的穩定性。并聯和串聯不同之點在于：并聯時，應當是兩個電流源并聯，而勵磁變壓器LB本身是個電壓源，所以在并聯時必須串聯一個高阻抗的電抗器X才能轉化成電流源。此時串聯變GLH本身是個電流源，它的互感抗很大，空載電流小，不必具有空氣隙；另一方面，它正常運行時和電流互感器相似，接近短路狀態，所以不容許二次側開路，否則容易產生13§1.1勵磁控制系統的構成形式ILH和發§1.1勵磁控制系統的構成形式過電壓。交流側應當是兩個電壓源串聯，而此時串聯變GLH本身是個電流源，電流源要轉化為電壓源必須并聯一個低值電抗，為此串聯變GLH必須制成具有空氣隙的低電抗Xμ。正常運行時，它接近空載狀態，二次側開路也不會產生過電壓。14§1.1勵磁控制系統的構成形式過電壓。交流側應當是兩個電§1.1勵磁控制系統的構成形式3.交流勵磁機系統同步電機用同軸旋轉的交流發電機作為勵磁電源，經過靜止的二極管成可控硅整流，向主發電機供給勵磁電流，這種型式稱為交流勵磁機系統，也稱為他勵靜止半導體勵磁系統。根據整流器是二報管還是可控硅又可分為：他勵靜止不可控勵磁系統和他勵靜止可控勵磁系統。圖1－6表示他勵靜止半導體勵磁系統原理圖。交流勵磁機JZ主發電機同軸旋轉，交流電經可控橋KZ或二極管橋GZ整流，然后送至主發電機轉子繞組。交流勵磁機JL的勵磁采用自勵[圖1－6(a)]，或由副勵磁機JFL供給[圖1－6(b)]，副勵磁機可采用永磁機或采用自動恒壓裝置[圖1－6(b)]。他勵靜止可控勵磁系統中，ZLT可直接通過可控橋KZ調節發電機的勵磁，它不包括勵磁機的時滯，調節器和可控硅反應極快，幾乎是瞬間響應，稱為快速勵磁系統。在他勵不可控勵磁系統中，ZLT調節勵磁機JL的可控橋KZj，調節勵磁機的輸出電壓，從而調節發電機的勵磁，所以調節過程要經過交流勵磁機的時滯(約十分之幾秒)。為減小勵磁機的時間常數，勵磁機通常制成高頻的。根據資料，同一額定值的交流勵磁機，其勵磁繞組15§1.1勵磁控制系統的構成形式3.交流勵磁機系統15§1.1勵磁控制系統的構成形式16§1.1勵磁控制系統的構成形式16§1.1勵磁控制系統的構成形式磁繞組開路時間常數T’d0。與交流勵磁機頻率的關系如圖1-7所示。從圖上可看到，頻率由50Hz至300Hz此時，T’d0可縮小到四分之一。頻率愈高，匝數愈小，電機的體積和重量愈小。但頻率增至300Hz以上時，由于磁極數目增多，磁通被擠在一起，鐵耗和雜散功率損耗增加很多；從圖上也可看到，此時T’d0的縮小已不明顯。所以．在我國交流勵磁機的頻率一般用100～150Hz(T’d0值小于Is，約為0.6～0.8左右)。副勵磁機容量小，可制成400～500Hz的。17§1.1勵磁控制系統的構成形式磁繞組開路時間常數T’d0§1.1勵磁控制系統的構成形式在圖1－6(a)勵磁系統中，有的國家在交流勵磁機上裝設兩段定子繞組，一段是主繞組，另一段是輔助繞組；可控橋也有兩組，即工作組和強勵組。正常運行時，勵磁電流由工作組供給短路故障時，投入強勵組，輔助繞組供給強勵電流，ZLT控制工作組和強勵組的觸發脈沖。交流副勵磁機本身的勵磁通常采用可控硅自勵桓壓方式，即先借外部電源起勵，當建立起一定電壓后轉為自勵，并靠勵磁調節器保持其端電壓恒定。運行經驗證明：自動恒壓裝置是個薄弱環節，不太可靠，因為副勵磁機帶三相可控整流橋負荷后，每個周波內電壓波形相對于換流位置有六個缺口。換流缺口的寬度和深度與負荷的大小有關，也和換流電抗有關。因此，波形畸變嚴重，影響調節器的運行，出現現調節不穩定、無功擺動太大等現象。改善波形的措施有：現調節不穩定、無功擺動太大等現象。改善波形的措施有：1)加大副勵磁機的容量；2)應用永磁機作副勵磁機；3)增加帶通濾波器。綜上所述，交流勵磁機靜止半導體勵磁系統系他勵性質、可靠性高、具有高初始響應特性，所以在我國中大型機組上已得到廣泛應用。18§1.1勵磁控制系統的構成形式在圖1－6(a)勵磁系統§1.1勵磁控制系統的構成形式4.他勵旋轉半導體勵磁系統（無刷勵磁）和其他他勵系統相同，用同軸旋轉的交流勵磁機作為勵滋電源，但勵磁機的電樞繞組是旋轉的，而它的勵磁繞組是靜止的，因此，旋轉電樞輸出的多相交流電與裝在同軸輪架上的整流器直接連接，這樣整流后的直流電流不經過滑環和電刷，可直接與發電機的勵磁繞組相連。簡單地說，這種勵磁系統的整流器是旋轉的，直接和發電機勵磁繞組連接，沒有滑環和電刷，所以又稱無刷勵磁系統。圖1－8為他勵旋轉半導體勵磁系統原理圖。19§1.1勵磁控制系統的構成形式4.他勵旋轉半導體勵磁系統§1.1勵磁控制系統的構成形式勵磁機采用150Hz旋轉電樞交流發電機，副勵磁機采用永磁機。為了降低勵磁機的時間常數，主勵磁機的鐵心不用整體結構，而用全疊片結構。這種勵磁系統的優點如下：(1)沒有滑動接觸，結構緊湊，占地而積小，成本低。(2)可靠性高，運行維護簡單，不會由于勵磁電流過大使滑環發生冒火花等現象。與此同時，無刷勵磁也帶來一些新問題，其中主要的有：(1)由于二極管裝在旋轉圓盤上，因此，必須考慮能承受強大離心力的機械強度。(2)由于勵磁電源到發電機轉子繞組都是旋轉的，所以不可能直接測量發電機勵磁繞組的任何量，也不可能直接對主整流橋進行檢測，必須采用間接的特殊測量手段，比如，可以在交流勵磁機磁場繞組(靜止的)的橫軸方向裝上一組線圈，用來感應電樞反應磁場中的高次諧波，感應的高次諧波電壓在飽和前正比于電樞電流，這樣就可反映發電機勵磁電流的大小。20§1.1勵磁控制系統的構成形式勵磁機采用150Hz旋轉電§1.1勵磁控制系統的構成形式

(3)快速滅滋。由于無刷勵磁在結構上裝不上滅磁開關，所以快速滅磁迄今未得到很好解決。在旋轉二極管型式中，滅磁時只能將交流勵磁機快速滅滋，使發電機磁場電流自然衰減，這樣滅磁速度很慢。曾有人建議在發電機端裝設三相短路開關。當發電機內部故障時，投入三相短路開關和限流電抗器，造成人為的較小短路電流，依靠主發電機的電樞反應而迅速滅磁。這種滅磁方式雖然速度很快，但一些技術經濟問題尚未解決，還未得到實際應用。如果用旋轉可控硅代替旋轉二極管，可以應用逆變滅磁，但問題在于如何將靜止的自動電壓調節器的觸發脈沖以無觸點方式加在旋轉可控硅的控制極上，所以實際上還是旋轉二極管型式用得比較多．除此之外，在無刷勵磁系統中，任一元件故障或需更換都必須使機組停電，因為此時開法利用備用勵磁。為可靠起見，在設計和選擇整流元件額定電流時往往考慮有20％的裕度，這樣即使部分整流元件故障和損壞也不致影響發電機的正常運行。總之，無刷勵磁系統是一種有發展前途的勵磁型式，大容量的巨型機組都傾向于應用這種勵磁型式。21§1.1勵磁控制系統的構成形式(3)快速滅§1.2勵磁控制系統的主要任務一.控制電壓和無功分配

在電力系統正常運行時，勵磁控制系統能夠維持發電機的端電壓在整定水平。當發電機因負荷變化而機端電壓發生變化時，勵磁系統能夠使之維持在給定水平并保證一定的精度要求。當水輪發電機向長距離線路空載合閘，即向長線路充電時，由于電容性電流產生的助磁電樞反應，在一定條件下可能引起發電機的自勵磁，從而產生很高的端電壓，這事勵磁控制系統能夠使發電機的勵磁電流減少乃至反向，從而抑制了發電機的自勵磁。同樣當機組甩負荷時，通過勵磁系統的調節作用，能限制機端電壓，使之不致過分升高。另外，當幾臺發電機直接并列運行時，由于調節器引入調差單元，能夠使發電機具有下降的外特性，因而穩定地分配各機組的無功功率。由于上述基本任務的重要性，必須保證勵磁系統可靠地工作。22§1.2勵磁控制系統的主要任務一.控制電壓和無功分配§1.2勵磁控制系統的主要任務二.提高電力系統穩定性

1、提高靜態穩定性在單機—無窮大系統中，如果發電機沒有勵磁控制，則正常運行時，發電機的空載電勢Eq保持不變，那么該系統的靜穩極限為式中：Uc為無窮大系統電壓；Xc為發電機至無窮大系統間的電抗。該系統的功率曲線見圖2中的曲線1。如果發電機具有常規的勵磁系統（通常是指帶直流勵磁機的勵磁系統，或者交流勵磁機帶二極管整流的勵磁系統），則可保持Eq’不變，因此有23§1.2勵磁控制系統的主要任務二.提高電力系統穩定性§1.2勵磁控制系統的主要任務如果發電機配置快速勵磁系統（例如線性最優勵磁調節器，帶PSS的快速勵磁系統等），則可接近于保持發電機端電壓Ut不變，因此有公公式圖1－9調節勵磁對功率特性的響24§1.2勵磁控制系統的主要任務如果發電機配置快速勵磁系統（§1.2勵磁控制系統的主要任務它們的功率特性曲線分別對應于圖2中的曲線2和3，粗略的比較一下，這只是單機-無窮大系統靜穩極限的數量級上的粗略比較，勵磁系統對于提高電力系統的靜態穩定性的作用卻是很明顯的。在多機系統中調節勵磁也具有類似的作用。

2.提高動態穩定性常規勵磁系統對于電力系統的動態穩定性不起多大作用。后面將會看到，帶PSS的快速勵磁系統能夠阻尼系統的低頻振蕩，從而提高了電力系統動態穩定性。

3.提高暫態穩定性總的來說，調節勵磁對暫態穩定的影響沒有對靜態穩定那樣顯著。25§1.2勵磁控制系統的主要任務它們的功率特性曲線分別對應于§1.2勵磁控制系統的主要任務總的來說，調節勵磁對暫態穩定的影響沒有對靜態穩定那樣顯著。勵磁系統對于提高暫態穩定而言，主要表現在快速勵磁和強行勵磁作用上。電力系統中發生斷路故障時，由于控制輸入機械功率的常規調速系統的動作太慢，主要靠快速繼電保護切除故障，以減少加速面積；而故障切除之后，快速勵磁和強行勵磁可以增大發電機的電勢，因而增大輸出的電磁功率，增大了制動面積，防止發電機搖擺角過度增大，以利于暫態穩定性的提高。但是發電機勵磁回路具有較大的時間常數，即使是快速勵磁系統，也只能在故障后0.4～0.6s，使轉子達到最大磁通。由大量的計算結果可知，故障后發電機擺到最大角度的時間往往只有0.5～0.6s，所以快速勵磁和強行勵磁所能增加的制動面積是很有限的，其結果是只能稍許降低第一個振蕩周期的搖擺角度。此外，配置有PSS的快速勵磁系統，可以阻尼第一搖擺之后的后26§1.2勵磁控制系統的主要任務總的來說，調節勵磁對§1.2勵磁控制系統的主要任務續振蕩和低頻振蕩，有利于提高暫態穩定性。三.給電力系統運行帶來的其他好處在短路故障期間以及故障切除之后，性能良好的勵磁控制系統可以盡量維持電力系統的電壓、加速電壓的恢復，從而改善了系統中電動機的運行條件。類似地，它改善了并列運行的同步發電機在失磁后轉入異步運行時電力系統的工作條件。此外，它還可以提高帶時限的繼電保護裝置的工作靈敏性和動作準確性。

27§1.2勵磁控制系統的主要任務續振蕩和低頻振蕩，有利于提高§1.3對勵磁控制系統的基本要求對發電機勵磁控制系統，按照我國的標準有以下幾點要求：（1）運行要高度可靠、結構要簡單、檢修維護要方便。這需要在電路設計、元器件選擇、裝配工藝等方面采取相應的措施。（2）保證勵磁控制系統的運行穩定性，可以采取轉子電壓軟負反饋等穩定措施。（3）發電機穩態電壓精度不低于0.5%~1.0%。無功調差范圍：汽輪發電機組為±10%，水輪發電機組±15%。（4）發電機端電壓隨頻率的變化要小，當頻率變化為1%時，電壓變化小于±0.25%。（5）具有良好的動態品質：在10%階躍信號輸入時，發電機端電超調量不超過50%（快速勵磁系統不超過30%）；振蕩次數不超過28§1.3對勵磁控制系統的基本要求對發電機§1.3對勵磁控制系統的基本要求3～5次；調節時間：汽輪發電機組不大于10s，水輪機組不大于5s。甩額定負荷時，超調量不大于15%~20%。（6）發電機在各種運行方式下，滅磁開關應能可靠滅磁，并且不產生過高的電壓。由于發電機是被控制對象，給定后不能再換，必須依靠勵磁電源和調節器來滿足整體要求，所以對它們也分別提出要求。對勵磁電源的要求有兩條：

（1）勵磁電源要有足夠調節容量，以適應各種運行方式的要求。（2）勵磁電源要提供足夠的強勵倍數和電壓上升速度，我國規定強勵倍數取2倍，直流勵磁機方式可降低為1.8倍；強勵允許時間：空冷方式的機組為50s，水內冷等其他方式只能為10s（水輪機組可為20s）；電壓上升速度（電壓響應比）不小于2倍/s。

29§1.3對勵磁控制系統的基本要求3～5次；調節時間：汽輪§1.3對勵磁控制系統的基本要求對勵磁調節器的要求是：（1）具有較小的時間常數，勵磁調節器總的等值時間常數不大于0.05s。（2）為保證閉環控制系統的穩定性和良好的動、靜態性能指標，應采取適當的控制規律和必要的校正措施，如PID控制、轉子電壓軟負反饋等?？焖賱畲畔到y應配置PSS或多變量控制裝置，以利于電力系統穩定性的要求。實現勵磁控制多功能的其他控制規律。（3）采取必要的限制措施以保證整體系統的可靠性，例如防止轉子過電壓的勵磁過電壓限制；防止轉子過載的轉子過電流限制；防止失磁的最低勵磁電流限制等。30§1.3對勵磁控制系統的基本要求對勵磁調節器的要求是§1.4勵磁系統的保護措施一.過電壓來源

過電壓可以按照它們的來源、能量、幅值和頻率來區分。通常可根據它們的來源分為四大類。

(1)電源側的過電壓。來自交流電網入侵的大氣過電壓與操作過電壓，其能量通常較大，通過電容耦合和電磁感應傳輸到變壓器的整流橋側。輸電線路遭受雷擊或靜電感應過電壓時，若主網中過電壓保護不完善，則可能通過勵磁電源變壓器傳到副方。勵磁電源變壓器高壓側合閘，由于電容間的耦合，低壓側也可能產生過電壓。此外，變壓器高壓繞組的漏抗與低壓繞組的分布電容(以及抑制電容)組成的振蕩電路，在變壓器合間瞬間，即突然加一個階躍電壓的瞬變過程中，也將產生過電壓。31§1.4勵磁系統的保護措施一.過電壓來源31§1.4勵磁系統的保護措施

(2)當從高壓側斷開空載勵磁變壓器時，如果沒有足夠大的吸能容器件來吸收變壓器的磁場能量，激磁電流及與其成比例的磁通量突然消失，將使變壓器繞組感應很高的瞬變過電壓。此過電壓的實際倍數與斷路器及變壓器的結構有關。如果斷路器熄滅小電流電弧能力較強，變壓器鐵芯非冷軋砍鋼片，激磁電流的百分值較大，或變壓器繞組為老式的非糾結式，其繞組電容較小，則產生過電壓的倍數更高。最高可達正常反向峰值電壓的8～10倍，一般為4～5倍。因此必須采取措施來吸收儲存在變壓器磁場中的能量，以避免當斷開變壓器激磁電流時產生大能量的過電壓沖擊。另外，當整流裝置的負載被切除，或整流裝置直流側開關斷開時，在交流電源回路的電感上，特別是整流變壓器的漏抗上，將因電流突然中斷而產生過電壓。32§1.4勵磁系統的保護措施(2)當從高壓側斷開§1.4勵磁系統的保護措施

(3)換相過電壓(或稱關斷過電壓)。處于導通狀態下的硅元件，有積蓄載流子存在，當施加反向電壓時，原積蓄載流子的電荷量Qf(通常稱Qf為反向恢復電荷，快速元件的Qf很少，而大功率、高電壓的硅元件的Qf可達數百微庫，并隨結溫的升高而增加)從硅元件流出形或反向恢復電流iR。此恢復電流迅速截斷時，在電路中流過此電流的電感上會感應出高電壓，即所謂積蓄效應引起的過電壓，又稱關斷過電壓或換相過電壓。(4)直流側的過電壓。來自整流橋阻塞負向磁場電流通路引起的正向過電壓，以及磁場勵磁電流突然中斷引起的反向過電壓(對正常勵磁電壓的正向而言)。33§1.4勵磁系統的保護措施(3)換相過電壓(§1.4勵磁系統的保護措施

二.過電壓保護通?？赡懿捎玫母鞣N過電壓保護，如圖1－10所示。對于每一套可控硅勵磁系統視具體情況選擇其中幾項，以構成合理的保護，使其既簡單可靠，吸收暫態能量大，限制過電壓的能力強，又不影響正常運行，且壽命長，功耗低。為抑制大氣過電壓，保護變壓器，通常在變壓器原邊繞組上裝設避雷器(圖1－10中A)。為抑制投入變壓器時由于繞組間存在分布電容而引起副邊繞組過電壓，可在變壓器中設置屏蔽層或在變壓器Y形中點和地之間裝設接地電容C1，或在副邊出線與地之間合理接入抑制電容C2(圖4中B、C)?？蓪⒏边呥^電壓u2抑制到較低的數值。為抑制切除空載變壓器的勵磁系統電流i0而引起的過電壓，可采用電容器、硒堆或壓敏電阻等這類貯能或耗能元件，以吸收變壓器中貯存的能量，如圖表中的D、E、F和G。34§1.4勵磁系統的保護措施二.過電壓保護3§1.4勵磁系統的保護措施同樣可以采用上述的阻容、硒堆和壓敏電阻等保護器件抑制直流側過電壓。此外，工程上還采用可控硅開關自動投入電阻的方法，以抑制轉子過電壓(圖1－10中的I)。35§1.4勵磁系統的保護措施同樣可以采用上述的阻容、硒堆和§1.4勵磁系統的保護措施三.轉子過電壓保護通常采用的幾種保護方式綜合如圖1－11所示，可概括為如下幾類：36§1.4勵磁系統的保護措施三.轉子過§1