CN1367512A - 大型发电机组励磁***的磁断路技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型发电机组励磁***的磁场断路技术主要包括能满足额定励磁电压、电流运行的机械开关和换流电路,其换流电路是由高能PTC热敏电阻与高能ZnO非线性压敏电阻串并联的复合电子换流器DHQ和由ZnO非线性压敏电阻串并联组成的移能器YNQ并联。其复合电子换流器DHQ由多个PTC阀片并联为一组,共多组串联,再在每组PTC阀片并接一片阀值电压相同的高能ZnO电阻。实施例是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后,再并联于主回路中的机械开关主触头K两端、电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后,与可控硅串联后,再并联于主回路中的电感负载等多种方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型发电机组励磁***的磁场断路技术，用于电力***领域尤其是大型发电机组励磁***的磁场断路器。
背景技术
直流电感性负载的大电流开断技术长期以来一直是电力***中的一项难以攻克的难题，尤其是大型发电机组的磁场断路器，目前国内外所采用的强开关型的双断口或四断口快速灭磁开关，在空载误强励磁***失控误强励的情况下，仍显得遮断能力严重不足，导致灭磁开关烧毁或触头严重烧损，由于灭磁不力引起的事故屡见不鲜，随之曾研制过用可控硅换流技术(所谓人工过零)原理制作的新型磁场断路器，虽然开关主触头在开断的过程中无弧光，不烧损开关的主触头，但最大的问题是换流和控制电路过于复杂，可靠性存在着较大的隐患，例如换流电路中的充电变压器、充电电容器以及换流可控硅等电子器件在运行过程中均会受到高压大电流和换弧尖峰过电压的冲击，在实际的应用过程中，曾相继出现过充电变压器击穿烧毁、充电电容器因受尖峰过电压高次谐波的冲击，介质损耗增加，充电电容器发热鼓胀、冒油等事故。采用高能PTC器件换流已有专利00230922，但很多技术问题尚未完善，特别是大容量场合。只是将PTC器件并联于主触头两端，PTC器件本身会被反电势击穿。
发明的技术内容
本发明是集多年大型发电机组的灭磁及转子过电压保护之经验，并经大量科学实验而研制开发的一种新型电子组合型磁场断路技术，它采用一种高能PTC器件和高能ZnO非线性电阻相组合，并接在磁场开关的端口两端来实现不烧损磁场开关主触头的换流和建压，以实现直流大电感负载的大电流开断和灭磁。
本发明的大型发电机组励磁***的磁场断路技术摒弃了不可靠的换流器件及复杂的控制回路，采用一种高能PTC器件来实现主回路中灭磁开关主触头的换流建压，用高能ZnO非线性电阻移能的技术实现磁场回路的大电流开断和快速灭磁场。用该技术制造的电子组合型磁场断路器是一种体积小、重量轻、不烧损开关主触头，无危害性操作过电压，灭磁速度快，性能卓越的高可靠性免维护开关。
本发明的大型发电机组励磁***的磁场断路技术主要包括能满足额定励磁电压、电流运行的机械开关和换流电路，其换流电路是由高能PTC热敏电阻与高能ZnO非线性压敏电阻串并联的复合电子换流器DHQ和由ZnO非线性压敏电阻串并联组成的移能器YNQ并联。
所述的磁场断路技术，其复合电子换流器DHQ由多个PTC阀片并联为一组，共多组串联，再在各组PTC阀片并接一片阀值电压相同的高能ZnO电阻。
所述的磁场断路技术，第一种实施例是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
所述的磁场断路技术，第二种实施例是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后与可控硅串联，再并联于主回路中的电感负载。
所述的磁场断路技术，第三种实施例是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关常闭辅助触头K2串联，再并联于主回路中的电感负载两端。
所述的磁场断路技术，第四种实施例是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关延时跳开的触头K2串联，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
所述的磁场断路技术，其复合电子换流器DHQ的初始阻值R0在室温下呈低阻态，R0的阻值通常选取0.05-0.5Ω之间。
所述的磁场断路技术，其复合电子换流器DHQ中的高能ZnO电阻的10ma阀值电压大于或等于移能器YNQ中的高能ZnO电阻的30a的残压，即VNA10ma≥VNB30a。
所述的磁场断路技术，其移能器YNQ的高能ZnO电阻是由多个ZnO电阻串并联组成的。
本发明的优点是摒弃了不可靠的换流器件及复杂的控制回路，采用一种高能PTC器件来实现主回路中灭磁开关主触头的换流建压，用高能ZnO非线性电阻移能的技术实现磁场回路的大电流开断和快速灭磁场。用该技术制造的电子组合型磁场断路器是一种体积小、重量轻、不烧损开关主触头，无危害性操作过电压，灭磁速度快，性能卓越的高可靠性免维护开关。
附图说明
附图1是实施例1原理图、附图2是实施例2原理图、附图3是实施例3原理图、附图4是实施例4原理图、附图5是复合电子换流器DHQ原理图、附图6是移能器YNQ原理图。图中K代表机械开关主触头，K2是辅助触头，LQ代表主回路电感负载，RT代表PTC电阻，RN代表ZnO电阻。
具体实施方式
本发明是集多年大型发电机灭磁及转子过电压保护之经验，用换流—建压—移能的技术实现大型发电机组磁场断路技术。它有多种组合形式，图1～4给出了四种具体实施例：
所述的磁场断路技术实施例之一如图1：是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
所述的磁场断路技术实施例之二如图2：是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与可控硅串联后，再并联于主回路中的电感负载。
所述的磁场断路技术实施例之三如图3：是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关常闭辅助触头K2串联，再并联于主回路中的电感负载两端。
所述的磁场断路技术实施例之四如图4：是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关延时跳开的触头K2串联，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
机械开关部分的主触头在运行时，除能满足额定励磁电流通流容量的要求外，还需满足励磁对动稳定的要求。电子换流电路部分主要由高能PTC热敏电阻与作为均压用的高能ZnO非线性压敏电阻串并联组合而成。移能器YNQ由多个高能ZnO非线性电阻串并联组成，它能吸收掉电感线圈中的能量。
本发明的工作原理以附图4为例说明如下：正常运行时，机械开关常开触头K和K2闭合，DHQ和YNQ 因K闭合而未能工作(不承受电压)。正常或事故跳闸时，先跳磁场断路器主触头K，磁场电流由K主电路换流至K2支路，因K2支路中的电子换流电路部分主要由初始阻值很小的高能PTC组成，所以K能实现无电弧或不烧损主触头的小电弧分闸，高能PTC在电源电压的作用下作功发热，其阻值急剧上升，在磁场电流的作用下，迅速在其两端建压，当电压超过移能器YNQ高能ZnO非线性灭磁电阻的阀值电压时，磁场主回路电流开始第二次换流(实质上是通过高能ZnO分流)，在DHQ和YNQ两者的同时作用下，能迅速阻断磁场电流并实现快速灭磁，K2为灭磁完成后延时自动跳开主回路的辅助常开触头，时间可自由设定，其主要作用：(1)对于它励***可切断PTC组件上的电源电压；(2)磁场回路中有明显的间断点。
用本发明的用附图4的方式，经模拟125MW机组励磁参数的型式试验如下：
转子电感L＝0.8H
转子电阻Rf＝0.128
转子电压V＝489V
转子电流I＝1653A
分别进行了发电机空载、负载、额定负载跳闸的模拟实验，主触头在分断的过程中，开关主触头无烧损的任何痕迹，也没有操作过电压，灭磁速度随电流增大而加快。
其中：IL为励磁电流
IN为移能器ZnO的灭磁电流
UL为励磁线圈两端的电压
T为灭磁时间，时标：0.1S/格
因为每个PTC阀片的技术参数限制和磁场断路技术对大电流、高电压的需要，其复合电子换流器DHQ由多个PTC阀片并联为一组，共多组串联，再在每组PTC阀片并接一片阀值电压相同的高能ZnO非线性灭磁电阻，图5给出了两并四串的具体实施例原理图。但串并联的个数不限于此。其串并联的数量由开关需承受的最大分断电流(短路或空载误强励电流)和开关两端口间所需建立的电压(非线性电阻的灭磁电压)而定。
串并联组成的移能器YNQ，其中串并联的高能ZnO非线性灭磁电阻数量由需灭除转子电感的最大贮能和转子的耐压水平而定。图6给出了四串的具体实施例原理图。但串并联的个数不限于此。
高能PTC复合器件在室温下(40℃以下)的初始阻值R0呈低阻态，R0的值通常选取0.05-0.5之间，当开关主触头最大电流IKM满足：
(1)、IKM·R0≤36V主触头无火花。
(2)、IKM·R0≥36V主触头有火花或出现小弧光。
高能PTC跨接在开关触头两端，主要是起换流作用，R0不能太小，R0过小易增长磁场开断的时间；R0亦不能太大，否则会增加开关主触头烧损的程度，甚至出现换流不成功而烧毁开关。
高能PTC在开关主触头分断且换流成功后，在电流作用下作功发热，随着温度升高其阻值急剧增加并能足以能阻断磁场电流，随之会在其两端产生过电压，为防止高能PTC阀片高压击穿，在每组PTC阀片的两端并接有作为均压和均能用的高能ZnO压敏电阻。为快速有效灭除磁场线圈中所存贮的能量，另配置有高能ZnO非线性灭磁电阻串并联组成的移能器YNQ。
其遵循的规律是：
VNA10ma≥VNB30a
VNB10ma＞VY
其中：VNA10ma为换流器DHQ中ZnO的10ma阀值电压
VNB30a为移能器YNQ中ZnO的30a残压
VY为2Ua(
倍的励磁电源中可控硅阳极电压)
复合电子换流器DHQ是本发明的重要灭磁器件，它是由高能PTC器件与高能ZnO器件串并连复合组装而成，它可以是每组PTC并接一片高能ZnO器件，然后再根据建压的需要进行多层串联组成一只组件。附图5为组成一组的2并4串PTC的电子换流器。可满足1000A/1600V容量的需要。
改变PTC和高能ZnO的串并联个数，可形成各种电流、电压等级的复合电子换流器。本发明可适用于直流大电流开断的各种领域，适用范围：电流500A-40000A，电压500V-3000V。
Claims (9)
1、一种大型发电机组励磁***的磁场断路技术，主要包括能满足额定励磁电压、电流运行的机械开关和换流电路，其特征是换流电路是由高能PTC热敏电阻与高能ZnO非线性压敏电阻串并联的复合电子换流器DHQ和由ZnO非线性压敏电阻串并联组成的移能器YNQ并联。
2、根据权利要求1所述的磁场断路技术，其特征是复合电子换流器DHQ由多个PTC阀片并联为一组，共多组串联，再在每组PTC阀片并接一片阀值电压相同的高能ZnO电阻。
3、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
4、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与可控硅串联后，再并联于主回路中的电感负载。
5、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关常闭辅助触头K2串联，再并联于主回路中的电感负载两端。
6、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是电子换流器DHQ与移能器YNQ并联后，与机械开关延时跳开的触头K2串联，再并联于主回路中的机械开关主触头K两端。
7、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是复合电子换流器DHQ的初始阻值R0呈低阻态，R0的值通常选取0.05-0.5Ω之间。
8、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是复合电子换流器DHQ中的高能ZnO电阻的10ma阀值电压大于或等于移能器YNQ中的高能ZnO电阻的30a的残压，即VNA10ma≥VNB30a
9、根据权利要求1或2所述的磁场断路技术，其特征是移能器YNQ的高能ZnO电阻是由多个ZnO电阻串并联组成的。
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