勵(lì)磁電壓

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勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)電壓

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交流側(cè)過(guò)電壓

1）經(jīng)由主變壓器或發(fā)電機(jī)端傳輸?shù)絼?lì)磁系統(tǒng)的大氣過(guò)電壓。

2）勵(lì)磁變壓器分?jǐn)嘁鸬倪^(guò)電壓。

2）換相過(guò)電壓。（由于勵(lì)磁變壓器存在漏抗，功率整流器元件換相使電流中斷引起的過(guò)電壓）

2

直流側(cè)過(guò)電壓

1）發(fā)電機(jī)在失步和失步后拉入同步的過(guò)程中引起的轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓。

例如，由于勵(lì)磁系統(tǒng)故障，使發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁，此時(shí)在定子繞組中將要產(chǎn)生很大的進(jìn)相沖擊電流，相應(yīng)地在轉(zhuǎn)子回路中便產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的電流突變量；另外由于發(fā)電機(jī)因失磁而失步時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組中因轉(zhuǎn)差而產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)此轉(zhuǎn)差頻率的感應(yīng)電勢(shì)出現(xiàn)負(fù)半周時(shí)，促使轉(zhuǎn)子電流迅速減小，上述兩種情況的綜合，使轉(zhuǎn)子電流銳減，甚至?xí)罐D(zhuǎn)子電流過(guò)零變負(fù)。由于整流元件的反向阻斷特性，轉(zhuǎn)子電流只能正向流通，不能反向。當(dāng)轉(zhuǎn)子電流衰減到零的過(guò)程中，在轉(zhuǎn)子繞組兩端便產(chǎn)生了正比于di/dt的暫態(tài)電勢(shì)，反向加在整流橋的兩端和轉(zhuǎn)子繞組的兩端。

2）發(fā)電機(jī)外部短路切除后的電壓恢復(fù)過(guò)程引起的轉(zhuǎn)子過(guò)電壓。

短路切除，發(fā)電機(jī)定子電流由短路電流變?yōu)樨?fù)荷電流時(shí)，定子電樞反應(yīng)突然減小，于是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)的電流突變量，它甚至力圖使轉(zhuǎn)子電流反向，致使整流橋反向阻斷產(chǎn)生反向暫態(tài)過(guò)電壓。在最不利的情況下，椐計(jì)算轉(zhuǎn)子過(guò)電壓可達(dá)10倍的空載勵(lì)磁電壓，但小于異步運(yùn)行時(shí)的最大過(guò)電壓值。

3）發(fā)電機(jī)非同期并列引起的轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓。

非同期并列在定子繞組中產(chǎn)生的沖擊電流可能使轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生反向突變量；在非同期并列拉入同步的過(guò)程中，因存在著滑差，故可能使轉(zhuǎn)子電壓反向。這兩方面的共同作用，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流反向，產(chǎn)生反向暫態(tài)過(guò)電壓。

4）從定子線圈耦合過(guò)來(lái)的大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。

由于轉(zhuǎn)子表面良好的屏蔽作用，這種耦合過(guò)電壓較低，一般對(duì)轉(zhuǎn)子無(wú)危險(xiǎn)。

5）發(fā)電機(jī)快速滅磁過(guò)程中斷開(kāi)轉(zhuǎn)子回路時(shí)產(chǎn)生的的過(guò)電壓。

這類(lèi)過(guò)電壓主要由滅磁裝置自身抑制，使之不超過(guò)安全允許范圍，但也需考慮萬(wàn)一滅磁裝置失靈，可能引起的過(guò)電壓。

由上述可知，前三項(xiàng)產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓的原因是反向電流受阻所致，為此，限制過(guò)電壓的措施關(guān)鍵在于當(dāng)產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，設(shè)法為反向電流開(kāi)辟一條通路。

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操作過(guò)電壓

1）由高壓電源供電的勵(lì)磁變壓器，當(dāng)一次側(cè)開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，由于變壓器的分布電容C12將高壓u1耦合到二次側(cè)。此過(guò)電壓值將隨變壓器的變比增加而增大。

2）在勵(lì)磁變壓器空載時(shí)，如果電源電壓過(guò)零時(shí)突然斷開(kāi)電源，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的瞬變過(guò)電壓。這是因?yàn)榇藭r(shí)空載電流達(dá)到最大值，而電感性負(fù)載電流不能突變，但回路要求電流為零，這樣在二次側(cè)將感應(yīng)出很高的過(guò)電壓。

3）勵(lì)磁變壓器一次繞組的漏抗與二次繞組的分布電容（包括抑制電容）所形成的振蕩電路在勵(lì)磁變壓器合閘（相當(dāng)于突然加上一個(gè)階躍電壓）時(shí)，將引起瞬變過(guò)程而產(chǎn)生過(guò)電壓。

4）晶閘管整流電路直流側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于電流突變，將在交流回路的電感上產(chǎn)生過(guò)電壓。

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運(yùn)行過(guò)電壓

1）晶閘管整流橋換相過(guò)電壓。

對(duì)于大功率、高電壓可控硅整流橋而言，在可控硅元件通斷換相過(guò)程中，不可避免地將產(chǎn)生換相過(guò)電壓。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料介紹，這種換相過(guò)電壓有時(shí)可能高達(dá)4500V，對(duì)可控硅元件、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈等都將產(chǎn)生很大的影響，尤其對(duì)轉(zhuǎn)子線圈而言，這種過(guò)電壓不僅表現(xiàn)在對(duì)地絕緣的影響，而且表現(xiàn)在對(duì)線圈匝間絕緣的影響上，因?yàn)閷?duì)線圈而言，它是一種行波。因此，采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)必須特別注意轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣和匝間絕緣強(qiáng)度的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，提高絕緣水平和試驗(yàn)電壓，如對(duì)地耐壓至少應(yīng)在4500V及以上。

2）發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生滑差過(guò)電壓。

同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中失磁，會(huì)使轉(zhuǎn)子在高于同步轉(zhuǎn)速下異步運(yùn)轉(zhuǎn)，靠阻尼繞組的作用變成異步發(fā)電機(jī)。在有功負(fù)荷突然變化時(shí)，功率角發(fā)生突然變化或發(fā)生失步振蕩的過(guò)程中，也有暫時(shí)的異步運(yùn)行。這時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的導(dǎo)體與定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。

3）定子三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)（或非全相）運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)過(guò)電壓。

發(fā)電機(jī)定子三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)或一相斷路（非全相）運(yùn)行時(shí)，定子三相電流不對(duì)稱(chēng)。根據(jù)《電機(jī)學(xué)》中“對(duì)稱(chēng)分量法”的分析，一組不對(duì)稱(chēng)的三相電流，可以分解成三組對(duì)稱(chēng)的三相電流，分別為“正序分量”、“負(fù)序分量”及“零序分量”。這三組對(duì)稱(chēng)的電流流過(guò)發(fā)電機(jī)定子三相在空間相隔120о電角度的繞組，將分別產(chǎn)生各自的磁場(chǎng)。由矢量分析可知，零序電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為零。而正序及負(fù)序電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)分別在空間作正向及反向的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)作正序及負(fù)序磁通。而轉(zhuǎn)子繞組是以正向同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，它與正序磁通相對(duì)靜止而與負(fù)序磁通以?xún)杀锻睫D(zhuǎn)速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生過(guò)電壓。

4）發(fā)電機(jī)運(yùn)行中如發(fā)生突然短路、失步、非全相或非同期合閘等故障，則在轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)過(guò)電壓，危及晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)整流電路的安全運(yùn)行。

5

抑制過(guò)電壓的措施

1）抑制交流側(cè)過(guò)電壓的措施。

對(duì)晶閘管換相過(guò)電壓，由于其產(chǎn)生的頻率高達(dá)300Hz，又是長(zhǎng)期連續(xù)的，用ZnO壓敏電阻來(lái)吸收效果不好。因?yàn)閆nO要求長(zhǎng)期的荷電率限制在0.6以下，即意味著不能頻繁而連續(xù)地導(dǎo)通吸能，否則容易老化，漏電流上升，壽命縮短，所以一般不采用。目前采用整流阻斷式阻容吸收過(guò)壓保護(hù)器，專(zhuān)門(mén)用于吸收晶閘管的換相過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)電壓的“源頭”在勵(lì)磁變的漏感及線路電感，所以“從頭攔截”比較好，我們把整流阻斷式阻容吸收過(guò)壓保護(hù)器（簡(jiǎn)稱(chēng)GRC）放在整流橋的交流側(cè)。

2）抑制直流側(cè)過(guò)電壓的措施。

由于直流側(cè)過(guò)電壓均不是長(zhǎng)期連續(xù)而只是偶然發(fā)生的，非常適合用ZnO壓敏電阻來(lái)保護(hù)。主要是ZnO有優(yōu)良的非線性伏安特性，一方面在大電流沖擊下殘壓不高，保護(hù)特性好；二是在過(guò)電壓消失后，ZnO的續(xù)流迅速大幅度下降到mA級(jí)，可使過(guò)電壓保護(hù)跨接器中的晶閘管管自行關(guān)斷。而進(jìn)口的跨接器用SiC作吸能元件，其漏電流大，過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作后不能自行關(guān)斷，必須停機(jī)復(fù)歸，或用“熄滅線”、“暫態(tài)逆變”等復(fù)雜的操作來(lái)復(fù)歸，可靠性降低。故很多進(jìn)口的SiC跨接器均改成ZnO跨接器（如葛洲壩、龍羊峽等電站），方能在國(guó)內(nèi)順利使用。

水輪發(fā)電機(jī)上滅磁電阻的形式和大小異議不多，基本采用ZnO。而在汽輪發(fā)電機(jī)上卻爭(zhēng)議很大，對(duì)于滅磁電阻一般不贊成使用ZnO，多數(shù)使用SiC和線性電阻，原因是不希望其滅磁速度過(guò)快。

3）抑制元件過(guò)電壓的措施。

為了防止晶閘管元件關(guān)斷過(guò)程引起的過(guò)電壓（包括換相過(guò)電壓）可在每只元件的兩端分別并聯(lián)阻容保護(hù)。但是這種接線存在并聯(lián)電容放電時(shí)增加導(dǎo)通晶閘管元件di/dt的弊端，因此在大容量的晶閘管不宜采用電容量過(guò)大的阻容保護(hù)，而應(yīng)同時(shí)加上整流阻斷式阻容吸收過(guò)壓保護(hù)器。

6

滅磁與過(guò)電壓保護(hù)裝置

由單極直流磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)、跨接器及相串的非線性電阻（觸發(fā)電子板、雪崩二極管、兩個(gè)正反相連接的可控硅）或者線性電阻。其作用是在發(fā)電機(jī)正?；蚬收蠒r(shí)迅速切除勵(lì)磁電源并滅磁、抑制正向和反向轉(zhuǎn)子過(guò)電壓或出現(xiàn)大滑差和非全相運(yùn)行時(shí)保護(hù)轉(zhuǎn)子。

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可以用于測(cè)量同步機(jī)勵(lì)磁電壓、電流。

首先，只要量程匹配，WP4000變頻功率分析儀的任一功率單元（SP系列變頻功率分析儀或DT系列數(shù)字變送器）均可用于測(cè)量同步機(jī)勵(lì)磁電壓、電流。

其次，若無(wú)需對(duì)同步機(jī)勵(lì)磁電壓、電流進(jìn)行紋波分析等，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，也可配置專(zhuān)用的勵(lì)磁測(cè)試子站，勵(lì)磁測(cè)試子站可選DMC300分布式測(cè)控系統(tǒng)的DM4101/2直流功率測(cè)試子站。連接勵(lì)磁測(cè)試子站后，WP4000變頻功率分析儀會(huì)自動(dòng)在主窗口下方顯示勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的測(cè)試結(jié)果。

類(lèi)似的，配備扭矩/轉(zhuǎn)速測(cè)試子站后，WP4000會(huì)自動(dòng)在主窗口下方顯示扭矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)試結(jié)果。扭矩/轉(zhuǎn)速測(cè)試子站可選DM4022雙通道頻率測(cè)量子站或其它用于扭矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量的分布式測(cè)量子站。

WP4000變頻功率分析儀自帶DM系列分布式測(cè)試子站的通訊接口，連接上述測(cè)試子站，無(wú)需額外配備主站。通訊接口采用DB9母頭，支持RS232或RS485通訊。連接單一子站時(shí)，可采用RS232或RS485，采用多個(gè)子站時(shí)，需選用RS485。