勵磁頂值電壓

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勵磁系統(tǒng)過電壓

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交流側(cè)過電壓

1）經(jīng)由主變壓器或發(fā)電機端傳輸?shù)絼畲畔到y(tǒng)的大氣過電壓。

2）勵磁變壓器分斷引起的過電壓。

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

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直流側(cè)過電壓

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

例如，由于勵磁系統(tǒng)故障，使發(fā)電機失去勵磁，此時在定子繞組中將要產(chǎn)生很大的進相沖擊電流，相應(yīng)地在轉(zhuǎn)子回路中便產(chǎn)生一個負的電流突變量；另外由于發(fā)電機因失磁而失步時，在轉(zhuǎn)子繞組中因轉(zhuǎn)差而產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢，當此轉(zhuǎn)差頻率的感應(yīng)電勢出現(xiàn)負半周時，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，甚至會使轉(zhuǎn)子電流過零變負。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。當轉(zhuǎn)子電流衰減到零的過程中，在轉(zhuǎn)子繞組兩端便產(chǎn)生了正比于di/dt的暫態(tài)電勢，反向加在整流橋的兩端和轉(zhuǎn)子繞組的兩端。

2）發(fā)電機外部短路切除后的電壓恢復過程引起的轉(zhuǎn)子過電壓。

短路切除，發(fā)電機定子電流由短路電流變?yōu)樨摵呻娏鲿r，定子電樞反應(yīng)突然減小，于是在發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了一個負的電流突變量，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)過電壓。在最不利的情況下，椐計算轉(zhuǎn)子過電壓可達10倍的空載勵磁電壓，但小于異步運行時的最大過電壓值。

3）發(fā)電機非同期并列引起的轉(zhuǎn)子繞組過電壓。

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，可能導致轉(zhuǎn)子電流反向，產(chǎn)生反向暫態(tài)過電壓。

4）從定子線圈耦合過來的大氣過電壓和操作過電壓。

由于轉(zhuǎn)子表面良好的屏蔽作用，這種耦合過電壓較低，一般對轉(zhuǎn)子無危險。

5）發(fā)電機快速滅磁過程中斷開轉(zhuǎn)子回路時產(chǎn)生的的過電壓。

這類過電壓主要由滅磁裝置自身抑制，使之不超過安全允許范圍，但也需考慮萬一滅磁裝置失靈，可能引起的過電壓。

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

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操作過電壓

1）由高壓電源供電的勵磁變壓器，當一次側(cè)開關(guān)合閘時，由于變壓器的分布電容C12將高壓u1耦合到二次側(cè)。此過電壓值將隨變壓器的變比增加而增大。

2）在勵磁變壓器空載時，如果電源電壓過零時突然斷開電源，則會產(chǎn)生嚴重的瞬變過電壓。這是因為此時空載電流達到最大值，而電感性負載電流不能突變，但回路要求電流為零，這樣在二次側(cè)將感應(yīng)出很高的過電壓。

3）勵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磁變壓器合閘（相當于突然加上一個階躍電壓）時，將引起瞬變過程而產(chǎn)生過電壓。

4）晶閘管整流電路直流側(cè)開關(guān)斷開時，由于電流突變，將在交流回路的電感上產(chǎn)生過電壓。

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運行過電壓

1）晶閘管整流橋換相過電壓。

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

2）發(fā)電機異步運行時產(chǎn)生滑差過電壓。

同步發(fā)電機在運行中失磁，會使轉(zhuǎn)子在高于同步轉(zhuǎn)速下異步運轉(zhuǎn)，靠阻尼繞組的作用變成異步發(fā)電機。在有功負荷突然變化時，功率角發(fā)生突然變化或發(fā)生失步振蕩的過程中，也有暫時的異步運行。這時轉(zhuǎn)子勵磁繞組的導體與定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場間有相對運動，導體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。

3）定子三相負載不對稱（或非全相）運行時產(chǎn)生不對稱過電壓。

發(fā)電機定子三相負載不對稱或一相斷路（非全相）運行時，定子三相電流不對稱。根據(jù)《電機學》中“對稱分量法”的分析，一組不對稱的三相電流，可以分解成三組對稱的三相電流，分別為“正序分量”、“負序分量”及“零序分量”。這三組對稱的電流流過發(fā)電機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。由矢量分析可知，零序電流產(chǎn)生的合成磁場為零。而正序及負序電流產(chǎn)生的合成磁場分別在空間作正向及反向的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，稱作正序及負序磁通。而轉(zhuǎn)子繞組是以正向同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，它與正序磁通相對靜止而與負序磁通以兩倍同步轉(zhuǎn)速相對運動，產(chǎn)生過電壓。

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

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抑制過電壓的措施

1）抑制交流側(cè)過電壓的措施。

對晶閘管換相過電壓，由于其產(chǎn)生的頻率高達300Hz，又是長期連續(xù)的，用ZnO壓敏電阻來吸收效果不好。因為ZnO要求長期的荷電率限制在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壓保護器，專門用于吸收晶閘管的換相過電壓。產(chǎn)生過電壓的“源頭”在勵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壓保護器（簡稱GRC）放在整流橋的交流側(cè)。

2）抑制直流側(cè)過電壓的措施。

由于直流側(cè)過電壓均不是長期連續(xù)而只是偶然發(fā)生的，非常適合用ZnO壓敏電阻來保護。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，保護特性好；二是在過電壓消失后，ZnO的續(xù)流迅速大幅度下降到mA級，可使過電壓保護跨接器中的晶閘管管自行關(guān)斷。而進口的跨接器用SiC作吸能元件，其漏電流大，過電壓保護動作后不能自行關(guān)斷，必須停機復歸，或用“熄滅線”、“暫態(tài)逆變”等復雜的操作來復歸，可靠性降低。故很多進口的SiC跨接器均改成ZnO跨接器（如葛洲壩、龍羊峽等電站），方能在國內(nèi)順利使用。

水輪發(fā)電機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)電機上卻爭議很大，對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快。

3）抑制元件過電壓的措施。

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

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滅磁與過電壓保護裝置

由單極直流磁場開關(guān)、跨接器及相串的非線性電阻（觸發(fā)電子板、雪崩二極管、兩個正反相連接的可控硅）或者線性電阻。其作用是在發(fā)電機正?；蚬收蠒r迅速切除勵磁電源并滅磁、抑制正向和反向轉(zhuǎn)子過電壓或出現(xiàn)大滑差和非全相運行時保護轉(zhuǎn)子。

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可以用于測量同步機勵磁電壓、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）均可用于測量同步機勵磁電壓、電流。

其次，若無需對同步機勵磁電壓、電流進行紋波分析等，從經(jīng)濟的角度出發(fā)，也可配置專用的勵磁測試子站，勵磁測試子站可選DMC300分布式測控系統(tǒng)的DM4101/2直流功率測試子站。連接勵磁測試子站后，WP4000變頻功率分析儀會自動在主窗口下方顯示勵磁電壓和勵磁電流的測試結(jié)果。

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

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