励磁培训讲义

励磁培训讲义

培训讲义

四川德阳东方电机控制设备有限公司编

二00五年八月

前H

东方电机操纵设备有限公司前身早在1964年诞生于东方电机厂内，当时分成

设计、工艺、检查、采购与生产车间的形式分别隶属于各个职能部门。国家的每个

五年计划中，东电操纵人都承担了发电操纵设备的研发攻关任务，先后研制生产了

磁放大器式励磁调节装置、晶体管式励磁调节装置、晶闸管整流型励磁装置、集成

电路励磁调节装置与微机型励磁调节器，是国内要紧制造生产企业之一。研发、生

产出的近五百套产品，有效地保证了国内如乌江、龚嘴、葛洲坝、铜街子、映秀湾、

龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡、宝珠寺、大朝山等大、中型水电站与出口美

国、加拿大、伊朗、叙利亚、土耳其、菲律宾、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿尔巴

尼亚、缅甸、危地马拉等国家众多电站机组的正常运行，为国家的电力制造业与电

力工业的进展做出了奉献。

但由于操纵设备生产基地建设的初衷是解决国内水力发电设备成套供货问题，

同时受计划经济体制的影响，当时国内使用的是发电设备成套供货模式。由于水电

开发工程建设周期普遍很长，加之操纵设备技术更新进展很快，随发电设备主机配

套供货的当时认为成熟、可靠、有运行经验的产品，往往在机组投运时，操纵设备

在技术上便已显落后。此外，由于长期受计划经济体制的影响，励磁产品基本上都

使用的是成套供货模式，整个东方电机没有单独的辅机销售人员，这无形之中使产

品的研发与产品对市场的习惯都相对滞后，不能很好地满足用户需求。

为了扭转这种局面以习惯市场需求,2000年东方电机股份有限公司出资注册成

立了全资子公司一东方电机操纵设备有限公司。

东方电机操纵设备有限公司是东方电机股份有限公司集销售、设计、工艺、采

购、制造、质量检验到用户服务等各环节于一体成立的发电操纵设备专业公司。公

司成立的这五年多时间以来，始终以“始于用户所需，终于用户满意”为经营理念，

改革、完善劳动用工制度，建立严明高效的内部管理机制，全面实施目标成本操纵;

努力开拓市场，以元器件全球采购、装置免保护设计与产品实现“智能式”操作与保

护为理念，升级完善现有产品，强化产品标准化、系列化工作，广泛与国际一流公

司合作，提升技术水平，通过建立完善的质量保证体系，加强质量过程操纵，提高

服务意识与服务质量，公司技术开发、经营、生产取得了长足进展。公司的快速成

长与进展，从另一个角度充分说明了东方电机操纵设备多年的技术储备与经验底蕴

正逐步被市场认同；同时，大型国有企业作风严谨，功底扎实的优良传统与“重合

同、守信誉”的良好信誉保障，也重新赢得用户的信任与青睐。

公司概貌

公司生产作业面积近8000m2,电气产品科研、试验基地2600m2。设计手段先

进，配有多台HP工作站，引进了美国EDS公司UGII及ANSYS等大型工程软件

包。生产、试验设备精良，拥有加工设备116台，各型动态试验机组四套，进口的

发电机电力系统仿真装置，可进行励磁系统闭环试验、并网试验、PSS试验。2004

年公司为了满足三峡项目励磁系统、燃气轮机项目励磁系统、SFC系统厂内生产、

试验的要求，投资600多万元进行厂房改造与试验设备的升级更新，使生产能力大

幅提高，改造后将拥有2600m2全新的、设备齐全与全封闭净化的科研、装配与试

验厂房，用于电气设备生产与试验，拥有的七个专用励磁试验工位，能保证每月同

时产出三峡同类型机组励磁系统两套。

公司以人为本，一支高素养的职工队伍，是企业走向成功的基础。东方电机操

纵设备有限公司拥有一支朝气蓬勃高素养的科技人才队伍，300多名职工中，大专

以上学历占总人数的三分之二，其中博士研究生2名，硕士研究生33人（含工程

硕士15人）。教授级高级工程师5人，享受政府特殊津贴的专家2人、高级工程师

47人，工程师65人。

公司从事与励磁产品有关的专业技术人员共45人，全部拥有大学本科以上学

历，具有10年以上工作经验并承担过大型工程项目的高级工程师占62%,工程师

占31%,其中包含中国电机工程学会大电机专委会励磁分专业委员会副主任委员与

委员（兼任秘书）各1名、顾问委员（原主任委员、副主任委员）2名。中国电机

工程学会大电机专委会励磁分委会长期挂靠在我公司，为励磁技术的进展作出了应

有的奉献。

为了公司长期进展的需要，公司成立了技术委员会，成员构成除公司内部各专

业专家外，还聘请了国内各专业的多名知名专家为非执行委员。公司技术委员负责

对公司执行的重大工程项目与科研开发项目进行项目评审、审批与技术监督。

公司设有技术开发部，负责公司新产品的开发，技术工程部负责公司工程项目

组织实施与全过程管理。励磁专业设有专业总设计师，在总工程师的领导下，负责

励磁产品的开发与设计的全部技术问题，同时针对三峡项目、燃机项目等国家重点

项目，设立专门的项目小组，负责全部工作。

公司在产品设计上贯彻“始于用户所需，终于用户满意”的设计理念，始终把

高可靠性与免保护性做为用户的最基本需要，严格按照有关的国家标准与国际标准

与技术协议与用户要求，以国际惯例与当前行业中成熟可靠的技术与操纵理论为基

础，来进行系统的设计与配置。以全球采购的原则来采购所需的元器件与部件，同

时只选用标准的、成熟的、通过运行证明是可靠的元器件与部件，以保证系统可靠

性及免保护性，并为用户备品备件提供帮助与支持。

“九五”、“十五”期间公司受国家有关部门的委托，负责三峡机组励磁系统国

产化研究，以期达到国内能自主生产类似于三峡等级巨型机组励磁系统的水平。在

新产品的科研开发上投入了大量经费，长期与国内著名高等院校（如清华大学、华

中科技大学、浙江大学、四川大学、重庆大学等）与国外著名公司（如ABB、GE、

Siemens,R-R等）进行技术交流、科研合作、技术引进与人员培训等全方位合作，

使公司的技术水平与产品制造能力大幅度提高。

为了让我们与用户之间有很好的交流，我们特编写这本“励磁培训讲义”。目的

是让用户熟悉与掌握我们产品的性能与使用方法，同时也介绍励磁系统的一些基本

概念，加深对我们产品功能、特性的全面熟悉，使我们的产品更好的为用户服务。

目录

第一章概述

1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用

1.2同步发电机励磁系统的进展简介

1.3同步发电机励磁系统的分类、构成与特点

第二章自并激励磁系统

2.1自并激励磁系统主电路的接线方式

2.2自并激励磁发电机的起励

2.2.1他励起励

2.2.2残压起励

2.3自并激励磁发电机短路过程的分析及短路电流计算

2.3.1自并激励磁发电机短路电流的特点

2.3.2自并激励磁发电机短路电流的计算

2.4自并激励磁发电机对继电保护的影响

2.5自并激励磁系统与电力系统稳固

2.5.1静态稳固

2.5.2动态稳固

第三章同步发电机励磁系统主回路的分析与计算

3.1励磁变压器的分析与计算

3.1.1励磁变压器的分析

3.1.2励磁变压器的计算

3.1.3计算操纵角a

3.2三相整流桥晶闸管的选择

3.2.1晶闸管额定电压的选择

3.2.2晶闸管额定电流的选择

3.3同步发电机的灭磁

3.3.1常值电阻灭磁

3.3.2非线性电阻灭磁

3.3.3逆变灭磁

3.3.4灭磁方式的探讨

第四章励磁装置的保护

4.1过电压的来源及保护方式

4.1.1过电压的来源

4.1.2抑制过电压的措施

4.2过电流保护

4.3自并激励磁系统轴电压的保护

4.3.1轴电压的来源

4.3.2轴电压的防护

第五章微机励磁调节器

5.1励磁调节器的分类

5.2东方GES系列励磁调节器

5.3PCC励磁装置产品介绍

5.3.1概述

5.3.2PCC型的要紧特点

5.3.3PCC型微机励磁调节器有下列要紧功能

5.3.4PCC型微机励磁调节器的要紧技术指标

5.3.5工作原理

5.3.6软件介绍

5.3.7励磁变压器

5.3.8晶闸管整流装置

5.3.9灭磁及过压保护装置

5.3.10起励方式

第六章东方GES型发电机励磁装置电站（厂）的试验与调整

附录一：

某电站发电机组自并激励磁系统建议计算书

附录二：

宝珠寺水电厂电力系统稳固器（PSS）试验报告

第一章概述

1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用

1.1.1发电机励磁的含义

发电机是将机械能转变为电能的机器，但它务必具备有三个条件：

a有磁场（转子）

b有导线（定子）

c有使导线切割磁力线的动力（水、汽轮机）。

因此，所谓发电机励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势的磁场。

E=BVI

E—发电机内电势

B一转子产生的磁通密度

V—发电机导线切割磁力线的速度

I一发电机定子导线的长度

从上式中可见，当V、I不变时，E是随B的改变（亦即随转子电流的大小）而

改变。故而研究发电机励磁就是要操纵转子电流使发电机满足电力系统各类工况的

要求。

1.1.2发电机励磁的调节作用

a提高电力系统稳固运行的能力

电力系统不管受到任何扰动，通过调节同步发电机的励磁，使系统稳固运行的

能力有所提高。

当电力系统受到小干扰或者大干扰，导致同步发电机转速出现小的或者者大的

变速状态，使静稳固性或者动稳固性亦或者暂态稳固性将受到不利的影响。这时，

励磁操纵将使这种影响得到抑制或者消除，保持同步发电机的同步稳固。

b维持电力系统的电压水平

发电机的内电势E与发电机端电压U、发电机的负载电流I及发电机电抗x的

关系可由如下公式表示：

E=U+jlX

当电网的负载增大时，亦即发电机电流I增大。从上式中可看出，如E不变,

则发电机端电压U下降。如装有励磁调节器，则励磁电流（即转子电流）可随负载

的增加而增加，亦即E增加而使发电机端电压U维持在一定的水平上。相反，在发

电机甩负荷后，自动励磁调节器可与时减少励磁电流以限制机端电压不致过份升高。

自动调节发电机的励磁，能够维持供电系统的无功功率或者功率因数保持恒定。电

压恒定是供电质量的一个重要标志。

c提高发电机功率极限与电力系统传输功率的能力

d改善电力系统及同步发电机的运行状态：

■提高继电保护装置的可靠性；

当系统发生短路故障时，通过调节励磁（强励），使短路电流衰减得很慢，甚至

不衰减。这就保证了短路电流使继电保护装置在整定值及时间内准确可靠地动作。

•平衡并网运行时各台发电机之间无功功率，使之合理分担系统所需无功；

•当系统短路故障消除，自动调节励磁使其加快系统电压恢复；

•通过操纵励磁，除保持同步发电机的恒压运行外，还能够使系统作恒无功或

者恒功率因数运行，以提高电力系统运行的经济性。

1.2同步发电机励磁系统的进展简介

同步发电机传统的励磁方式是使用同轴的直流发电机作为励磁机，提供发电机

的励磁电流。通过励磁调节器改变直流发电机的励磁，从而改变供给转子的励磁电

压，以调节同步发电机的励磁电流。众所周知，这种励磁方式存在很多问题，如直

流励磁机受制造容量限制；整流子与炭刷保护较烦恼；励磁调节响应较慢。这些问

题使得这种励磁方式无法习惯电力系统进展的需要。

半导体励磁就是为习惯电力系统进展需要而出现的一种新的励磁方式，半导体

励磁是使用大功率的硅整流器或者晶闸管构成整流电路，用电子整流方式将交流变

换成直流，取代直流励磁机用机械整流方式获得直流励磁电源。

从五、六十年代以来电力电子技术、计算机及现代操纵理论等新兴科学相继在

电力系统中得到应用并进展，这就为充分发挥励磁操纵的作用，解决同步发电机与

电力系统的稳固运行制造了条件。国内外的科技工作者相继研制成功强力式励磁调

节器、电力系统稳固器、最佳励磁操纵器与自习惯操纵器等，特别是微机被应用于

同步发电机励磁系统中，使半导体励磁技术有了一个质的飞跃。由于微机的应用使

励磁调节功能得到了更大的扩展，为进展更大的同步发电机单机容量、电网的进展

与提高电力系统稳固性、可靠性成为可能。

我公司在八十年代初就投入到微机励磁调节器的研制工作中去，相继研制成功

单微机励磁调节器、双微机励磁调节器与三微机励磁调节器，并应用于同步发电机

的励磁系统中去，取得了很好的效果。

1.3同步发电机励磁系统的分类、构成与特点

1.3.1同步发电机励磁系统的分类

同步发电机励磁系统可分成两大类，如下表所列

带

直流励磁机加晶闸管电路操纵直流电机的励磁电流

旋

他1加静止硅整流器

转

励

部交流励磁机2加静止晶闸管整流器

方

件

式

的3加旋转硅整流器（无刷励磁）

励4加旋转晶闸管整流器（无刷励磁）

磁

全励磁变压器加静止晶闸管整流器

自

静励磁变压器加

励1分别带可控或者不可控整流器在直流侧相并联

态方复励变压器

2变压器与变流器在交流侧并联后加可控或者不可控整流

励式

磁器

励磁变压器加1分别带可控或者不可控整流器在直流侧相串联

复励变压器

2变压器与变流器在交流侧串联后加可控或者不可控整流

器

1.3.2同步发电机励磁系统的构成与特点

1.3.2.1同步发电机励磁系统的构成

a励磁系统主回路：由励磁电源、晶闸管整流器、灭磁回路、起励回路与过

流、过电压保护回路构成。

b自动励磁电压调节器：由测量、给定比较、综合放大、移相触发、脉冲放

大、加上各类限制器、补偿器、功率稳固器等各类功能模块构成。

1.3.2.2同步发电机各励磁系统的特点

1.3.2.2.1他励励磁系统

他励励磁系统的特点是用同轴的交流励磁机作为主整流器的电源。励磁电源独

立，不受电力系统运行情况变化的影响。

根据所用整流器情况的不一致，他励系统可分成下列几种形式

a交流励磁机带静止硅整流器励磁方式

这种励磁方式中，由于励磁机电枢及整流器均静止不动，其输出与同步电机励

磁绕组滑环上的电刷相连接，因此又称之静态励磁系统。整个系统中，有与发电机

同轴旋转的100HZ交流主励磁机，400Hz的中频永磁式副励磁机，习惯上将这种

励磁简称之“三机”励磁系统。我公司20世纪90年代生产的200MW,300MW

火电机组上，要紧应用的就是这种励磁系统。如下图所示：

主励磁机的输出经硅二极管整流后供给发电机的励磁，而主励磁机的励磁则取

自于同轴的永磁励磁机。它是由传统的直流机励磁方式演变而来的，相当于用静止

的半导体整流器代替了转动的机械整流器，这不但解决了整流子与碳刷运行保护问

题，而且由于交流励磁机的制造容量能够不受限制，故能习惯大型发电机励磁要求。

这种励磁方式具有下列特点：

•励磁系统完全独立，不受电力系统运行状态的影响；

•用交流励磁机供电，励磁电源可靠，保护工作量较小；

­励磁调节反应速度较快，强励顶值电压易于满足电力系统稳固性的要求；

•副励磁机带晶闸管整流桥负载后，受每个周波内晶闸管换流的影响，输出

电压的波形要产生畸变，给励磁装置的运行带来不利的一面，须在装置中采取措施

进行避免；

•存在转动部件保护烦恼。

b交流励磁机加旋转硅整流器励磁方式（无刷励磁）

这种励磁方式的原理与上述他励静止整流励磁方式相同，但结构不一致。交流

励磁机的直流励磁绕组固定不动，励磁机的交流电枢绕组、硅整流器与主机励磁绕

组一起，在一根转轴上旋转，因而发电机的励磁绕组与硅整流器处于相对静止的位

置，直接电连接在一起，没有了将静止部件中的电流引入旋转部件的滑环电刷结构，

故称无刷励磁。

无刷励磁的要紧优点是：

•没有整流器（子）、滑环、碳刷，不需要进行这方面的保护工作，也无机械

换向事故，运行的可靠性提高了；

•没有碳粉与铜沫引起电机线圈污染，故电枢绕组绝缘的寿命较长；

・没有滑环容量的限制，励磁机的容量能够作的很大，与“三机”励磁系统

相比，相近的励磁调节性能，随着单机容量的进一步增大，无刷励磁更优越些；

•在易燃、易爆的环境条件下，无刷励磁不可能因滑环的滑动电气接触而产

生火花造成恶性事故。由于取消了整流器（子）与滑环，在带有腐蚀气体场所，只

要对绝缘采取措施，亦可运行。

无刷励磁在运用过程中也存在着下列几个方面的问题：

•无刷励磁要紧是从发电机及励磁系统的整体性出发形成的，其投入、切除

及运行，均以整机为单元，因而对励磁系统内的各组件要求很高，而旋转整流器及

其辅助设备（熔断器，电阻，电容等），在运行中要承受强大的离心力，对这些部件

间的机械连接与电连接是一个极大的考验，要求有很高的保护检修水平；

•发电机的励磁是通过调节交流励磁机的励磁来间接调节的，而交流励磁机

作为一个机电组件，其时间常数较大，使励磁系统的反应速度降低；

•发电机的转子电流、电压不能直接测量；

•由于发电机转子与硅整流器在一根轴上旋转，目前尚无法在发电机磁场回

路中装入灭磁开关及灭磁电阻，当发电机内部及外部故障，需要立即进行停机灭磁

时，无刷励磁不能马上直接对发电机磁场回路进行灭磁，而是通过对主励磁机磁场

回路进行灭磁来间接对发电机进行灭磁，灭磁时间较长，对事故的迅速处理不利，

这是这种励磁方式的最大缺陷；

•对旋转元器件的故障检测与报警技术有待进一步完善；

•发电机转轴上增加了旋转硅整流器盘及其辅助部件，转轴长度势必增加，

这样又增加了整个汽一电机轴系的长度与重量，这对整个轴系的稳固是不利的。

1.3.2.2.2自励励磁系统

这类励磁系统的共同特点是励磁电源取自发电机自身，用励磁变压器或者与励

磁变流器共同供给整流装置变换成直流后，再供给发电机本身，这种励磁系统称之

自励励磁系统。

按励磁功率引出方式的不一致，自励励磁系统可分为自并激励磁系统、自复激

励磁系统二种，常用的、且应用也最广的是自并激励磁系统。

a自并激励磁方式（电势源静止励磁机系统）

这是自励励磁系统中接线最简单的一种励磁方式。其典型原理图如下所示：

自并激励磁系统原理图

励磁电源由一台接于机端的励磁变压器取得，经变压器ET降压后，接入晶闸

管整流器SCR,通过晶闸管整流成直流后，供给发电机磁场绕组。自动励磁调节器

从发电机机端取得信号，操纵晶闸管的导通角，从而按需要操纵发电机励磁电流。

自并激励磁方式的要紧特点是：设备与接线比较简单；由于无转动部分，具有

较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机组轴系长度；励磁调节速

度快。由于励磁电源相对不独立，故而需要起励电源；由于整流输出的直流顶值电

压受发电机端或者电力系统短路故障形式（三相、二相或者单相短路）与故障点远

近等因素的影响，因而被怀疑是否能满足强励的要求等等。目前这些技术问题都已

相继得到解决。

b自复激励磁方式（复合源静止励磁机系统）

励磁电源除来自机端的励磁变压器外，还取自于与发电机定子回路串联的励磁

变流器，这就是自复激励磁，其原理图如下所示：

交询串魅期静止频系统飕图

按照励磁电源在交流侧或者是直流侧复合，自复激又可细化为四种励磁方式:

•直流侧并联自复励方式；•直流侧串联自复励方式；

•交流侧并联自复励方式；•交流侧串联自复励方式。

其中交流侧串联自复励方式最常用，故而介绍此种励磁方式。

这种励磁系统中晶闸管的阳极电压是与定子电流成比例的励磁变流器（串联变

压器）的二次电压与机端供电的励磁变压器二次电压相量与，通过晶闸管桥整流输

出的励磁电流能反应定子电压、定子电流与功率因数的变化。用自动励磁调节器操

纵晶闸管的触发角来调节励磁电流的大小。

其要紧特点为：

时间常数小，反应迅速，调节灵敏；当发电机近端短路时，能迅速强励，机组

不易失磁；励磁系统受电网干扰小；与自并励相比较，接线较复杂，设备较多；励

磁变流器副方尖峰过电压问题较严重；同样需要起励电源。

注：实际上还有其它许多类型的励磁系统，但应用面不广或者者技术很落后，

这里就不一一介绍了。

第二章自并激励磁系统

目前由于自并激励磁系统自身的优点，已在国内、外水、火电的大、中、小型

同步发电机组上得到广泛的应用，因此对该励磁系统进行着重的介绍。

2.1自并激励磁系统主电路的接线方式

这是自励励磁系统中接线最简单的一种励磁方式。其典型原理图如下所示：

自并激励磁系统原理图

励磁电源由一台接于同步发电机机端的励磁变压器取得，经变压器ET降压后，

接入晶闸管整流器SCR,通过晶闸管整流成直流后，供给发电机磁场绕组。自动励

磁调节器从发电机机端取得信号，操纵晶闸管的导通角，从而按需要操纵发电机励

磁电流。

励磁变压器通常使用环氧浇注、干式、自冷型式，有温控报警，其高压侧不设

自动开关，副边根据需要可设、可不设开关或者自动开关。高压侧接线务必包含在

发电机的差动保护范围之内。副边出线口装有电流互感器TA,作为励磁调节器的测

量转子电流信号。

励磁变压器绕组的联接组别通常为丫/d—11,也有使用D/y—11,目的为了消

除由于晶闸管整流换向引起波形畸变所产生高次谐波中的三次谐波及其三倍的高次

谐波之影响。

2.2自并激励磁发电机的起励

当机组启动后，在转速接近额定值时，机端电压为残压，其值通常较低（约为

额定电压的1%~2%）。这时由于同步电压太低，调节器可能还不能正常工作，晶闸

管不能开放，故而没有励磁电流送出使发电机建立电压。因此，务必采取措施，先

供给发电机初始励磁，以便发电机能够建立起一定的电压，完成起励过程。

起励措施有两类。第一类是他励起励，第二类是残压起励。

a他励起励

其基本作法是另设起励回路，由另外的电源供给初始励磁电流。起励电源能够

是厂用蓄电池（直流），也能够是厂用交流电。厂用交流电通常通过起励变压器降压

后，由二极管整流变成直流。然后通过限流电阻与直流接触器，将起励回路接入发

电机磁场回路。对使用厂用蓄电池电源的，起励回路中须接入一正向二极管，防止

发电机建压过程中的反充电。起励时，起励接触器闭合，励磁电流送入发电机磁场

绕组，发电机电压逐步升高。当电压升至额定电压的10%~30%时，起励回路断开，

进行自励。

起励电源容量与电流的选择，通常遵循这种原则：起励电流选择为发电机空载

额定励磁电流的10%左右，持续时间5~6秒。

b残压起励

当发电机残压较高（约5%以上）时，可利用残压起励。这要求励磁调节器在同

步信号为5%以上时，能输出触发脉冲，使在起励初始阶段，整流桥中的晶闸管完

全导通。然后在励磁调节器的操纵下，将发电机的电压升至所整定的电压。

目前使用微机励磁调节器后，关于同步信号可降低至2%〜5%左右时即可残压

起励。当残压不能满足起励要求，通过几秒钟的延时，自动投入他励起励方式。

2.3自并激励磁发电机短路电流的特点及计算

2.3.1自并激励磁发电机短路电流的特点

由于自并激励磁的励磁电源取自于发电机机端，因此当自并激励磁发电机发生

短路时其短路电流与常规励磁发电机发生短路时的短路电流有一些共同点，也有其

特殊性。共同点为：一是两种励磁方式的发电机短路电流的超瞬变分量是相同的，

由于超瞬变分量由发电机阻尼绕组的参数决定，与励磁方式无关；二是两种励磁方

式的短路电流的瞬变分量的起始值相等，由于它是由励磁绕组磁链守恒原理决定的，

也与励磁方式无关。其特殊性为：瞬变分量衰减的时间常数二者不一致，而且当近

端三相短路时，自并激励磁发电机的短路电流会一直衰减到零，没有一个稳固值。

注：常规励磁是指使用半导体励磁调节器的直流励磁机方式与交流励磁机带硅

整流器的励磁方式。这两种励磁方式都存在着励磁机励磁绕组的时间常数，因此整

个励磁系统的时间常数较大。

2.3.2自并激励磁发电机短路电流的计算

目前使用自并激励磁系统的发电机在机端至主变的引线均使用封闭母线，使机

端发生短路的概率很小。故以主变高压侧发生三相短路时这一最为严重故障工况来

计算其短路电流。

几个假设：

•根据发电机组的额定容量SGN,取主变容量ST为1.1XSGN,主变压器的阻

抗为UK%=14%

•短路前机端电压为UGN

•短路前发电机为空载即

Ed=Ed'=Ed"=1

•短路切除时间速动为0.5s,后备保护动作切除时间为3s。

a发电机短路电流计算

XT=UK%^-

$TN

r:却

"X”XT

b三相突然短路瞬间阳极电压的计算

'IdoXTUG(p

UTTfT2=----------------------

KJT

式中：

KfT——励磁变压器变比

uG（p—发电机额定相电压

C三相突然短路瞬间励磁系统提供的转子电压。伙的计算

if#=xl.35xcos50-

d计算短路临界切除时间（Id衰减到10%尿时）

其中：Tk——自并激励磁发电机短路时，励磁回路等效时间常数。

Uf0

其中:

。户一一为机组额定电压下励磁系统的强励顶值电压（强励倍数为2+域代码已更改

Kv0--为机组额定电压下励磁系统的强励顶值电压与机组空载额定励

磁电压之比（空载强励倍数）

定子短路电流id随时间变化的公式一

实际应用证明，按照我公司对励磁变压器选择的参数能满足在主变高压侧三相

短路时0.15〜0.5s速动切除短路点与后备保护3s内动作切除短路点后，发电机能

自动建压恢复运行。

2.4自并激励磁发电机对继电保护的影响

自并激励磁发电机发生近端短路（特别是三相对称短路）时，短路电流迅速衰

减，这对继电保护动作来说，在强励能力不足的情况下会使其后备保护无法动作。

因此对自并激励磁系统务必采取相应的措施。目前在大、中型水、火电机组上机端

到主变压器的引线（包含到励磁变压器的高压侧的引线）均使用封闭母线，这就使

具有自并激励磁系统的发电机发生近端短路（包含三相短路）的概率达到非常非常

小，几乎为零。假如短路发生在主变高压侧（以三相短路为例）根据实例计算（下

一章讲解）能保证继电保护在0.15〜0.5s速动，后备保护在3s内动作时短路电流

衰减在1.5〜1.7倍以上。另外也可使用过电流起动“经历”带时延的低电压保护。

当发生短路时电流突增，电压突降，电流继电器起动后仍然保持着它的作用（经历），

假如在整定的时间内电压还不恢复，电压继电器一直在起动状态，则动作于跳闸。

2.5自并激励磁系统与电力系统稳固

先介绍电力系统稳固的基本术语：

•静态稳固：指电力系统的负载（或者电压）受到微小扰动时，系统本身保

持稳固传输的能力。这要紧涉及到发电机转子功角过大而使发电机同步能力减少的

情况。

•动态稳固：要紧指系统遭受大扰动之后，同步发电机保持与恢复到稳固运

行状态的能力。失去动态稳固的要紧表现形式为发电机之间的功角及其它量产生随

时间而增长的振荡，或者者由于系统非线性的影响而保持等幅振荡。这一振荡也可

能是自发性的，其过程较长。假如在大扰动事故后，使用快速与高增益的励磁调节

系统所引起的振荡频率在0.2〜3Hz之间的自发振荡，属于动态稳固范畴。

2.5.1自并激励磁系统对静态稳固的影响：

由于自并激励磁系统的反应灵敏、调节速度快，关于同步发电机遭受微小扰动

时，根据理论分析与实验证明，自并激励磁系统的发电机可稳固运行在极限功率角

3max为110°〜130°的范围内（常规励磁系统极限功率角8max为90°）-

2.5.2自并激励磁系统对动态稳固的影响：

当电力系统遭受大扰动（如突然短路并切除）之后，机端电压下降，励磁系统

给出顶值电压进行强励，并平息振荡。过去人们认为，自并激励磁系统在短路时强

励能力不足，动稳固极限低。但是应该从短路地点、短路种类作具体分析。关于远

方短路，电压下降不多不影响强励倍数。关于近端不对称短路，特别是单相短路，

也不影响强励倍数。关于主变高压侧（目前在大、中型发电机组的出口端到主变副

边都使用封闭母线，故而近端不太可能发生三相短路）三相短路，由于主变有一个

短路阻抗，因而机端电压不可能降到零，故而还有一定的强励作用，另外在大、中

型发电机组中，本身有一定的固有强励倍数，因而只要在0.15〜0.7s内切除短路点，

自并激励磁系统随着电压的恢复，强励能力也就恢复。

第三章同步发电机励磁系统主回路的分析与计算

同步发电机励磁系统主回路包含有：励磁变压器、晶闸管功率装置、灭磁装置

及过电压保护装置（保护装置在第四章单独阐述）。

3.1励磁变压器的分析与计算

3.1.1励磁变压器的分析

在自并激励磁系统中励磁变压器是一个很重要的设备，通常使用干式、环氧浇

注型的变压器，也有提出使用纸绝缘，那末它与环氧浇注型有何不一致，下面作一

些简单的介绍。

变压器分成干式与油浸式两种绝缘冷却方式。而干式变压器又可分为环氧浇注

型（包含带填料与不带填料的，注型式与绕包式等），其绝缘耐温等级为B、F、H

级，以F级应用最多；另一类型则是浸渍式（包含绕组绝缘材料用NOMEX纸的与

不用NOMEX纸的等类型），其绝缘耐温等级通常为H级。

3.1.1.1两大类型干式变压器的比较

a机械强度与耐受短路的能力：

环氧浇注式线圈的整体机械强度好，耐受短路的能力最强，由于其高、低压绕

组是在模具内进行整体浇注，经加热固化成型，从而形成一个机械强度很高的圆柱

体，由于没有垫块这类支撑点，因此导线不可能承受弯曲应力。不管对突发短路时

的轴向电动力或者幅向电动力均有很强的耐受能力，因而机械强度高能够认为是环

氧浇注干变的最大优点。不管从运行实践或者突发短路试验结果都证实了这点。

浸渍式干变要紧使用饼式线圈，低压导线与铁心之间靠撑条支撑。而作为饼间

绝缘介质的空气其绝缘强度又大大低于环氧树脂，因此轴向绝缘尺寸较大，相应饼

间电容较小，因而在冲击过电压作用下的过电压分布特性较差，其机械强度与耐受

短路电动力的能力就大大不如环氧浇注式干变。根据发达国家的经验，使用NOMEX

纸、VPI（真空压力浸渍）工艺的开敞通风式H级干变，其BIL（基准冲击水平）

值最高仅能达150千伏，相应只能制造33千伏级的干变。相反，国际公认的环氧

浇注干变的BIL值可达250千伏，即能够制造到66千伏级的干变。

由于环氧浇注式干变使用层式线圈，沿其轴向可设置多个散热风道，故能够制

造大容量的干变。目前国际公认：环氧浇注式干变的最大容量可达2万千伏安，而

浸渍式干变仅能达到0.8-1万千伏安。因此，要生产高电压、大容量的干变，非环

氧浇注式莫属。

b损耗及过载能力：

从理论上来说，干变的过载能力是与其热容量成正比，而与其负载损耗成反比

的，使用饼式线圈的浸渍式，其自身的散热性能并不优于环氧浇注式，因此，绝不

能简单地说浸渍式干变的过载能力就一定优于环氧浇注式。

环氧浇注式干变的环氧树脂耐电压强度较之空气要高出许多（约3.5~4倍），

其线圈包封为2mm树脂层，在同等绝缘水平条件下，浸渍式干变线圈的段绝缘距

离、主风道距离与饼间绝缘距离较环氧浇注式干变大15%。因而在同等耐电压绝缘

水平与尺寸条件下，根据对比计算分析与制造试验验证，浸渍式干变的损耗较环氧

浇注式干变大15〜20%。另一方面，在同等绝缘水平与尺寸条件下，相同的绝缘等

级（H级），由于环氧浇注干变的额定损耗与额定温升低，具有节约能源环保的优点，

同时由于额定温升低，其过载能力强。

只有当不仅线匝的绝缘使用NOMEX纸，而且所有绕组的绝缘件（如撑条，垫

块等）也都使用NOMEX纸件来制造时，这样的浸渍式干变才具有较强的过载能力。

这是由于NOMEX纸是C级绝缘材料，其耐热温度可达220℃,故用它来制造H

级（耐热温度为180"C）的干变，一开始就存在有20%左右的过载热裕度之故。但

是NOMEX纸的价格昂贵，我国目前生产H级浸渍式干变的厂家，往往只是在匝绝

缘中使用它,而绕组的其他绝缘件都使用通常的H级材料。因而对这样的H级干变，

就不能一概认为它具有较强的过载能力。

目前国产的浸渍类干变都是H级的，由于其损耗标准较高，这对节能降耗不利。

从理论上来说，H级产品较之F级能够尺寸更小，重量更轻，但实际上从各厂的产

品样本看，这两种类型产品并无多大差异。

c防潮及耐腐蚀性能：

环氧浇注式干变的防潮及耐腐蚀性能比较好，特别适用于在极端恶劣的环境下

工作；相反，传统浸渍式干变的要紧缺点就是防潮性能差，且容易吸尘，在投入运

行前需要预热等。即使在使用NOMEX纸与真空压力浸漆等新工艺后，尽管这些缺

点能够一定程度得到克服，但一些本质上的问题却依然存在。

d局部放电与运行寿命：

由于环氧浇注式的线圈通过真空处理与浇注成型，匝间与层间无气泡，在同类

产品中，其局部放电最低；此外环氧浇注式干变的机械强度高，在短路电动力的作

用下不可能变形，且防尘、防污性能好。故运行寿命长。根据国外的报导，其运行

寿命较之OVDT类干变要长。

以往影响环氧浇注变压器运行可靠性与寿命的要紧问题是浇注线圈的开裂。但

是随着薄绝缘玻璃纤维增强结构的使用与原材料的进步与浇注工艺的改进，目前这

一问题已很好解决。当然一旦树脂混料不均匀或者浇注工艺有缺陷时，仍有开裂或

者内部出现气泡而使局部放电增大等事故产生。相反，浸渍式干变却无需担心开裂，

在使用NOMEX纸后，由于匝绝缘较薄，绕组内部的温度分布也比较均匀。

浸渍式干变的最大优点是无需浇注设备与模具，初期投资可大大节约，另外，

产品设计的灵活性也较大，特别是生产油浸式变压器厂转产这类产品较容易。

e运行保护：

环氧浇注式的运行保护工作量可认为是很小的，特别是能够立即从备用状态下

投入运行而无需预热去潮。这是由于它的防潮、防尘性能好，无需预热。因而可立

即投运并带负荷运行。浸渍式线圈的表面是靠真空压力浸漆（VPI）后的薄的复盖

绝缘层来绝缘的，因此这种变压器在停运状态下，就容易因吸潮而降低其绝缘水平，

在投运后可能引起局部放电增大，甚至发生绝缘击穿等严重事故。因此，为可靠起

见，当停运一段时间后再重新投运时务必先行预热去潮后，才能投运带负荷，这样

势必造成停电后投运时间的延长，对可靠性造成一定影响，且保护工作量也较大。

3.1.1.2关于“环保特性”

a从材料的环保特性到产品制造与运行的环保特性

NOMEX纸作为已有多年使用业绩并经认证的一种材料，其环保特性是获得认

可的。至于其他一些H级材料及浸漆生产过程，在环保特性方面的优越性如何，现

仍缺乏足够的根据。

对环氧树脂材料而言，本身既是无毒的且在制造过程中也不污染环境，在环氧

树脂浇注干变制造中，环氧树脂复合材料要紧应用在线圈浇注绝缘、铁心绑扎涂覆、

与各类绝缘成型件。环氧树脂浇注干变结构设计时，选用环氧树脂作为固体绝缘，

这种绝缘技术本身给予了变压器运行时无油化、难燃防火的环保特性；环氧树脂固

体绝缘干式变压器，在运行中没有温室气体泄漏，无油污，难燃防火，环氧树脂配

方中没有卤素与硫元素，即使着火燃烧也不可能有卤素化合物与硫化物的产生，燃

烧时要紧分解产物为氏0、C02等，没有毒害气体产生，故不可能对人员与环境有

任何危害，即使燃烧也不可能放出有害气体。

应当指出的是，薄绝缘环氧树脂浇注式干变，在燃烧时所释放的能量与NOMEX

纸及用其它H级绝缘材料制造的浸渍类干变相比，也是较小的。2000年曾将一台

薄绝缘环氧树脂浇注式630kVA的干变在法国顺利通过Fi级的燃烧试验，这证明它

满足最新国际标准中对干变燃烧特性的要求的。另外，我国的一些大型工程中还直

接从欧洲一些著名厂家进口了一批大容量环氧浇注式干变，而这些干变都是通过了

燃烧特性、环境特性与气候试验这三项特殊试验的。这说明环氧树脂干变的使用是

符合环保要求的。

b产品寿命终结后回收降解处理的环保问题

根据近年来对欧洲与美国所做的调查，国外厂家都明确表示：两种产品的回收

处理是相似的。

产品寿命终结后的最终处置原则是回收利用可再生资源，环保处理废弃物料。

对环氧树脂浇注干式变压器而言，就是拆解变压器，回收钢结构件及硅钢片；分解

线圈，回收铜（铝）导体；剩余的少量环氧树脂绝缘材料进行环保处理，这包含有三

种途径：焚烧（发电）、地下填埋、粉碎后用作建筑材料。它的废弃物处理不可能造

成对环境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。

3.1.1.3市场前景展望

目前就世界范围来看，环氧浇注干变要紧应用于欧洲与亚州的中国、日本、韩

国与东南亚等广大地区，而浸渍式干变则要紧是美国应用较多，这与NOMEX纸的

产地是美国等特殊国情有关。总的来说，就全世界而言，环氧树脂式的市场占有率

要显著高于浸渍式干变。迄今，我国的环氧浇注式干变不管是工厂规模、产量或者

是技术水平都已达到世界先进水平，2002年其总产量约为20000MVA,约占我国

干变市场份额的95%。从全世界来看，预期今后在相当一段时间内，这两大类型的

干变都将共存，也正如前所述，它们也各有其优缺点。但由于我国这10多年来在

环氧树脂干变制造技术上所取得的成就，与它本身所固有的许多优点，并考虑到使

用部门早已熟习了这类干变的运行保护，因而，从保证运行可靠性，减少备品、备

件的品种与提高运行、检修效率等方面来看，今后还是会大量使用环氧浇注式干变,

这也与欧洲等发达国家的先例是完全一致的。

3.1.2励磁变压器的计算

3.1.2.1交流副边线电压UT2计算

U_2（K“U"+-U）

“1.35（cosamln+cos£zmlncos/t）0.8

式中：

Ku——在机组额定电压UGN下提供的励磁顶值电压倍数

一一机组的额定励磁电压

n——电流流经的串联硅元件数

\U-----个硅元件的正向压降

Yk——强行励磁时整流器的重选角

0.8——通常标书要求机组电压在80%UGN提供2倍强磁顶值电压，因此

在UGN下提供强励顶值，其UT2应除以0.8

cos九可按下式计算

COSK=1一号X；

其中：

k,一一强励电流与额定励磁电流之比，要求为2倍

X；——励磁变压器换相电抗（标么值），初步计算可取0.05〜0.08在此

取006

amn——最小操纵角，取5°。

t/r2=1.01x0.9888(Ku11肘+nAU)

1.01是考虑励磁变到功率柜之间的电缆压降，通常可取的百分之一值。

3.1.2.2励磁变二次侧额定线电流

式中：

1f：=1.11抑(因标准规定在1.1倍额定励磁电流下应能长期运行)

Ka=1.05~1.15(考虑谐波电流分量裕度)通常取Ka=1.1

rN------额定状态下的重选角，通常可在25.8°-18.2°或者

0.45~0.3172弧度内取。我们使用0.4弧度或者23°。

〃2=11*0.79/加'(A)

，

=0.8691拴

=0.869X1.1/加

=0.9561加

3.1.2.3励磁变容量

-3

ST=43UT2IT2XIO(KVA)

注：若为三个单相励磁变，应将力除以3,并将原边机端线电压也除以有，

作为单相励磁变的原边电压。三个单相的接法为Y/d11。

3.1.3计算操纵角a

UJ-+71AM

a=COS'

1.35。骁（1+COS%）

式中:

a——在某一工况下的操纵角

Uf一—在某一工况下的励磁电压

3一—晶闸管的正向压降

uT2——励磁变压器副边线电压

Yk——在某一工况下的重选角

cos九可按下式计算

cos九=1一号X；

其中：

k,——在某一工况下的励磁电流与额定励磁电流之比

X1一一励磁变压器换相电抗（标么值），计算时可取0.06

3.2三相整流桥晶闸管的选择

选择计算前提：

a使用三相全波全控桥式电路；

b使用“n-1”冗余设计原则（n>2）；

c各支路串联元件数选为1；

d各并联支路电流均流系数不小于0.9；

e整流元件峰值电压大于2.75倍励磁变副边线电压的峰值。

3.2.1晶闸管额定电压的选择

正向阻断峰值电压USCR

）（）

USCR^2.75（V2Z7T2=3.9t/r2V

3.2.2晶闸管额定电流的选择

正向平均电流ISCR

1fM1.486x/加

ISCR>-------除------------=...............—（A）

（n-l）jt,V3xl.57^（H-1）

式中：

I]M=KIifN=21---强励顶值电流（20秒）

&=2倍一一强励顶值电流倍数

n——整流桥并联数（假如不要求n-1的原则，则上式中n-1改成n）

ki——均流系数ki=0.9（若n-1等于1则ki=1）

kh----柜内散热系数kh<0.7（取kh=0.55）

3.3同步发电机的灭磁

灭磁的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电

机的励磁，并将蓄藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。

快速灭磁有两种方式：一种是耗能型的，马上磁场能量消耗在磁场开关装置中，

应用最为广泛的是DM—2型与DW10M型。目前已基本不使用DM—2型磁场开关，

因其自身有一些致命的缺点。DW10M型在要求不高的小型机组上还能够使用。另

一种灭磁方式是移能型的，马上磁场能量由磁场断路器转移到线性或者非线性电阻

耗能元件中。现已大量应用在各类类型的发电机组中。

通常认为水轮发电机组由于转子本体的阻尼作用较小，在灭磁时励磁回路中的

磁场能量几乎为灭磁装置全部汲取，因此需要快速灭磁，以阻止事故的扩大。

在使用交流励磁机或者自励晶闸管励磁系统中，灭磁方式多数使用磁场断路器

加SiC（进口）或者ZnO非线性电阻灭磁，并与逆变灭磁配合使用。

关于汽轮发电机，鉴于转子本体具有很强的阻尼作用，由阻尼绕组全电感及电

阻所决定的阻尼绕组时间常数TD远大于由阻尼绕组漏电感及电阻之比所决定的超

瞬变时间常数Td",因此，尽管使用快速灭磁系统，也只能加速纵轴励磁绕组回路

中的转子励磁电流的衰减，而不能使蓄藏在发电机转子本体与横轴阻尼绕组中的能

量迅速消失，且往往这部分在一定的条件下占的比例还比较大，比如一台400MW

的汽轮发电机在功率因数为1时，其横轴磁通分量为87%,纵轴磁通分量为48%,

因此得不到快速灭磁的效果。故而关于大型汽轮发电机多使用简化的灭磁方式：

a无刷励磁系统

因无法在发电机励磁绕组回路中接入灭磁装置，故只能在交流励磁机励磁绕组

侧进行灭磁，而发电机励磁回路则经旋转整流器按相应发电机时间常数进行自然灭

磁。

b交流主、副励磁机的静止整流器励磁系统

国外均以在交流主励磁机励磁回路设置磁场开关作为典型灭磁方式。国内则多

以在发电机主励磁回路设置两或者三断口磁场断路器及线性电阻作为要紧灭磁方

式。

C静止自励系统

国外使用磁场断路器加线性电阻或者SiC非线性电阻的灭磁方式。国内也使用

磁场断路器加线性电阻或者SiC（进口）或者ZnO非线性电阻的灭磁方式。在正常

灭磁时，通常使用逆变灭磁。

下面介绍三种常用的灭磁的方法：

3.3.1常值电阻灭磁

这种灭磁方式运用范围较广，其原理是：发电机正常运行时，磁场开关处于闭

合状态。当发电机需要灭磁时，磁场开关常闭主触头闭合，在磁场回路接入灭磁电

阻，紧接着磁场开关常开主触头断开，切断磁场电源回路。发电机磁场的储能，通

过转子绕组电阻与灭磁电阻进行消耗，转子回路的电流呈指数规律衰减。衰减的快

慢取决于，灭磁电阻的大小及灭磁时转子滑环间最高容许电压。

如取灭磁时转子滑环间最高容许电压为发电机额定励磁电压的5倍，则灭磁电

阻Rm为励磁绕组电阻的5倍，并以转子绕组电流hd衰减到初值的1%所通过的时

间为灭磁时间Tm,则可计算出灭磁时间为：

Tm=O.77「o

其中：

方0——发电机定子绕组开路时转子绕组时间常数

需要指出的是，假如发电机的励磁电源取自交流励磁机，则发电机灭磁时，突

然断开励磁机电枢回路，相当于励磁机甩负荷，会在励磁机磁场回路感生出很高的

过电压，因而在励磁机的磁场回路也应装设灭磁电阻，其电阻值通常选取励磁机励

磁绕组电阻的10倍左右，并通过磁场开关联动投入。

3.3.2非线性电阻灭磁

利用放电电阻灭磁的方案，由于受转子容许过电压的限制，放电电阻不能取得

太大，灭磁时间还是较长。假如使用非线性电阻作为放电电阻，则灭磁性能就好得

多。非线性电阻的特性是，其两端电压衰减速率远远小于其电流衰减速率。当通过

其电流较小时，它呈现的动态电阻较大，通过其电流较大时，它呈现的动态电阻较

小。适当选择非线性电阻的特性与阻值，能够在灭磁初瞬使转子电压不超过容许值,

在其后的灭磁过程中，电压变化率基本上接近于恒定，即电压值基本不变，灭磁曲

线接近理想灭磁曲线，灭磁时间就短得多了。

非线性电阻根据阀片的材质不一致可分为碳化硅（SiC）与氧化锌（ZnO）非线性

电阻，就其非线性特性而言，氧化锌非线性电阻优于碳化硅非线性电阻，且氧化锌

非线性电阻具有较小的泄漏电流与较陡的非线性特性。

非线性电阻其端电压。与通过非线性电阻电流/的函数关系可表示如下：

U=CIP

式中：

c——非线性电阻位形系数，与阀片的材质、几何尺寸与电阻串、并联组

合方式有关

P——非线性电阻系数，与电阻阀片的材质有关

«一—非线性电阻系数，与电阻阀片的材质有关。它与己的关系为：

1

a=——

P

氧化锌非线性电阻a=20〜40,即2=0.025〜0.05；碳化硅非线性电阻a=2-

4,即夕=0.25〜0.5

如取灭磁初瞬转子过电压值倍数为5倍，使用氧化锌非线性电阻灭磁，其非线

性系数夕=0.025,则此种灭磁方式的灭磁时间为：

Tm=0.187北0

应说明的是，上述的灭磁时间是基于理想灭磁过程得出的结论。

3.3.3逆变灭磁

在灭磁过程中，假如向转子励磁绕组施加一个比较大的负值恒定电压，则可认

为转子电流基本上按直线率下降，灭磁时间就会加快，而转子过电压又在容许范围

内。这正是晶闸管全控桥的一个特性，即在灭磁时把晶闸管操纵角a后退到最小逆

变角6min的位置，使整流桥由“整流”工作状态过渡到“逆变”工作状态，这样加

到转子励磁绕组上的就是一个恒定的负值电压。

逆变状态的深浅受晶闸管最大操纵角（逆变角）的操纵，逆变角的大小直接决

定了逆变时励磁绕组两端负值电压的大小。当靠近发电机出口短路，在强励之后进

行逆变灭磁时，逆变产生的负值电压与灭磁初瞬时的励磁电压比值a取为1,则灭

磁时间为：

Tm=0-7《。

当发电机在额定工况下进行逆变灭磁时励磁电压比值a取为1.5,则灭磁时间

为：

Tm=0.51rd0

由此可见，逆变灭磁比非线性电阻灭磁的灭磁时间要长些，但过电压倍数也低

些。当逆变进行到励磁绕组中的剩余能量不能再维持逆变时，三相全控桥的电流为

零，逆变便结束。

通常说来，逆变灭磁总是与磁场开关加非线性电阻灭磁方式配合起来使用，发

电机正常停机时使用逆变灭磁，事故停机使用磁场开关加非线性电阻灭磁方式。而

对带静止硅整流器的“三机”励磁系统，事故停机时对主励磁机磁场使用逆变灭磁,

对发电机磁场使用其他方式灭磁。但对带副励磁机的无刷励磁系统，不管是正常、

还是事故停机，对主励磁机磁场的逆变灭磁，则是一种要紧的灭磁方式。

3.3.4灭磁方式的探讨：

随着电力系统的扩大与同步发电机单机容量的增长，快速切除故障电流是确保

电力系统稳固与安全运行的必要条件。当发电机内部或者外部（发一变组接线时，

包含与主断路器连接的母线）出现短路或者接地故障时，快速切断励磁电源，并在

尽短的时间内消耗掉储藏在励磁绕组中的能量，快速可靠的灭磁及转子过电压保护

装置起着至关重要的作用。这样对磁场断路器开断电压的要求越来越高，而目前

国内外高弧压、高可靠性的直流磁场断路器选用比较困难，性能价格也不尽人意。

葛洲坝二江电厂6#机1999年4月3日及2000年5月14日、18日连续三次烧

毁直流磁场断路器，都是由于其弧压不够所致。这样就提出一个新的灭磁方式“交

流灭磁”，交流电压灭磁的原理就是将晶闸管整流装置交流侧电压引入直流侧，使

晶闸管的输出电压Ud成为一个交变电压。当Ud<0时，在不需要磁场断路器建立很

高的电压情况下，就能迅速将转子中的能量转移到ZnO阀片中消耗掉，而达到灭磁

的目的。交流电压灭磁实现方法也很简单，只要在磁场断路器分闸之前，切除晶闸

管上的触发脉冲，如今由于发电机转子是一个大电感线圈，其电流不能突变，最后

开通的一组晶闸管将始终保持开通状态，相当于一个闭合的开关，这样交流电压就

被引入直流回路。它是利用交流阳极电压的负半周电压帮助开关换流灭磁，因而

它可使用价格比较低廉的交流断路器作为磁场断路器。但当发电机定子出口处短

路时，对机端自并励的励磁系统，其整流阳极电压近乎降到零，变不成“动力”。

为了确保在这种情况下也能成功换流，要求磁场断路器的弧压务必大于灭磁电阻

残压，即不依靠于阳极电压负半周的帮助，也能独立换流成功。这样又回到原先

的问题上，由于通常交流断路器的开断弧压不高，大约在1500〜1200V之间，

这就不能满足在事故状态下的灭磁。

根据以上的阐述，''交流灭磁”有一定的进展前途，但交流断路器过低的弧

压实难满足移能换流灭磁的要求。因此出现了对交流断路器的弧罩进行改造，把

栅片减薄加密，增加间隔数量，以提高弧压。但由于空间限制，栅片仅能在一定

范围内增加，且弧压的提高也有限；成本也要增加。又如早年的“人工过零”、“换

流熔丝”与近年的“无源灭磁”、“大型PTC”、“线性、非线性电阻混合灭磁”等

等一系列辅助帮忙措施，目的就是让灭磁过程中交流断路器只起开断作用，而灭

磁所需的高弧压由辅助帮忙措施中的器件来完成。下面将对“大型PTC”作一简

要的阐述。其它的一些措施各自均有一些优缺点，目前使用得比较少，不再赘述。

PTC是一种陶瓷材料制成的正温度系数热敏电阻。其在常温下阻值很小，能

够作为导体使用；但如电流过大，引起温度升高，到某一居里点其阻值就急剧上

升，近似绝缘，电路就被开断。电流下降后PTC冷却下来又恢复导通，并不损

坏。利用这种特性能够制成“万次熔丝”，已