同步发电机的灭磁含义和手段

当发电机或发电机一变压器组产生损坏时，继电保护动作在跳开发电机的同时，还应迅速将发电机灭磁。所谓灭磁就是将发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到较小限度，较快的方案是将励磁绕组断开，但因励磁绕组是一个大的电感，突然断开必将在直流侧产生很高的电压，危及转子绕组绝缘、整流桥的安全。因此，适用策略是在断开励磁绕组与励磁电源回路的同时，将一个电阻接入励磁绕组，让磁场储能迅速耗尽。整个过程由自动灭磁系统来实现。

对发电机的灭磁要求有两点，首先灭磁时间应尽可能短；其次励磁绕组两端的过电压不应超过额定励磁电压的4～5倍。

为同时满足上述要求，假设灭磁开始时的转子励磁电流为Ifd0且以某一变化率difd／dt衰减，而磁通的变化率在转子滑环间（即励磁绕组两端）产生的电压值刚好等于允许值，以后电流ifd保持这一速率直线中直线所示，为理想灭磁曲线。实际的灭磁曲线等。根据它们与理想曲线接近的程度，可以评价灭磁步骤的优劣。

灭磁方案种类较多，如单独励磁机灭磁、对线性电阻放电灭磁、对非线性电阻放电灭磁、选用灭弧栅灭磁，当选取全控桥的半导体励磁装置时，还可利用全控桥逆变灭磁。其中，单独励磁机灭磁举措只用于小型机组，它的灭磁时间较长。下面讲解几种常用灭磁手段。

当发电机内部发生短路损坏时，即使把发电机从母线上断开了，短路电流依然存在，使故障造成的故障继续扩大；只有将转子回路的电流也降为零，使发电机的感应电动势尽快地减至较小，才能将损坏损坏限制在较小的范围内。较主用的途径是在转子回路内加装灭磁开关，利用放电电阻灭磁。

利用放电电阻灭磁的接线所示。同步发电机正常运行时，灭磁开关Q处于合闸状态。Q的主触头Q1闭合，使励磁机能正常地向发电机转子供应励磁电流；触头Q2断开灭磁电阻R回路。

当灭磁时，Q跳闸，Q2先闭合，使发电机转子的励磁绕组接入R；然后Q断开，这就保证励磁绕组接入放电电阻R（即灭磁电阻）时没有开路状态发生，避免了过电压的产生。发电机转子绕组并车了灭磁电阻R后，转子绕组的电流就按照指数曲线衰减，并将转子绕组中的磁场能量几乎全部转变成热能，消耗在R上。

在灭磁程序中康明斯发电机价格一览表，灭磁的时间与R有关，R越大，灭磁程序越快，反之，灭磁程序就慢些。手册规定R的数值一般为转子绕组热状态电阻值的4～5倍，灭磁时间为5～7s。

由于放电电阻R不能取得很大，从而加长了灭磁时间。当将R改为非线性电阻，其特点是通过其中的电流较大时，动态电阻小；电流较小时，动态电阻大。合适选择非线性电阻，可以做到灭磁初态时，转子电压不超过容许值柴油发电机保养内容，而灭磁时间减小。

以上对策中，灭磁开关并不承受耗能的具体任务。应用较广泛的灭磁方法是利用带有灭磁栅的快速灭磁开关，它利用串联短弧的端电压不变的特点控制灭弧流程，将磁场储能具体消耗在灭磁开关内柴油发电机显示屏符号，灭磁转速较快，几乎接近理想灭磁。

应用灭磁开关灭磁的原理示意图如图3所示。在灭磁步骤中，DM的主触头1-2先断开，3-4仍关闭，故不产生电弧；经极短的时间以后，灭弧触头3-4断开，在它上面产生了电弧。因为横向磁场的功能，电弧被驱入灭弧栅中，并被分割成很多串联的短弧，在灭弧栅内燃烧，直到励磁绕组中电流下降到零时才熄灭。在产生容许的过电压倍数要素下，利用灭弧栅灭磁的灭磁时间仅为放电电阻方式灭磁时间的24％左右。

近年来，国内外已普遍采取双断口直流开关（双断口磁场断路器），配以非线性电阻的措施来灭磁。非线性电阻采取氧化锌元件，有良好的压敏特点，灭磁程序中两端电压始终维持在灭磁电压控制值上，因此非常接近理想灭磁，灭磁转速快；氧化锌元件作为过电压保护元件，过电压动作值可灵活整定；氧化锌元件非线性电阻系数很小，正常电压下漏电流很小，可直接跨接在励磁绕组两端，灭磁可靠；采用双断口直流开关，灭磁步骤中励磁电源与励磁绕组完全断开，有利于加快灭磁步骤；可靠灭磁，非线性电阻的总电能量应大于励磁绕组的较大储能。因此，这种灭磁对策具有灭磁转速快、灭磁可靠、构造大概、运行维护方便、灭磁过电压动作值可灵活整定等特性。

图4示出了双断口直流开关、非线性电阻灭磁的机理图。图中DM为双断口直流开关，NR1、NR2、NR3为氧化锌非线的动作电压。

正常运行时，发电机的励磁电压为Ufd，晶闸管 VSO2、VSO3不导通，二极管V1、V2、V3不导通，故而NR1、NR2、NR3中无电流。励磁绕组产生正向过电压，当达到触发晶闸管的动作整定值时，VSO2、VSO3导通，能量迅速消耗在非线中，过电压值限制由正向过电压保护整定值确定，能量被吸收后，过电压消失；励磁绕组产生反向过电压，V1迅速导通，能量迅速消耗在非线中，反向过电压值限制由NR1动作值确定，过电压能量被吸收后，反向过电压即消失，在此程序中，因NR1的动作值低，于是NR2、NR3不承担反向过电压保护任务。

发电机正常停机时，通过可控整流桥逆变灭磁，并不需要断开灭磁开关DM。发电机故障紧急停机时，跳灭磁开关DM，DM断开后，励磁电流Ifd强迫分断，励磁绕组发生反向过电压，极性是d端为正、f端为负，此时磁场能量通过二极管V1消耗在NR1中，完成灭磁程序。需要指出，灭磁过程中NR1上电压基础不变，于是很接近理想灭磁，灭磁速度快。DM断开后，整流桥侧的正向过电压或反向过电压，均由非线吸取过电压能量，直到过电压消失，过电压值受NR3动作值的限制。

如果选取晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时，就可以应用逆变灭磁。在主回路内不增添设备就能进行快速灭磁。这一步骤简单、经济、无触点，得到了广泛采取。

在现代发电机的自动励磁调整装置中，几乎都采用了三相全控桥对AER的输出信号进行功率放大，实现对发电机励磁的自动调节。三相全控桥的负载是发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组，符合逆变要素。当发电机损坏或停机需要灭磁时，只要将控制角α增大到某一合适的角度（如140°）就可进行逆变灭磁。当励磁机或发电机有他励电源时，因为逆变灭磁流程中交流电压不变，励磁电流等速减小，灭磁程序相当迅速。当励磁机或发电机选用自励方法时，随着灭磁过程的进行，交流电压随之减少，灭磁速度也就减慢。

事实上，逆变灭磁到一定程度时，负载电感L中的能量无法维持逆变，此时要借助灭磁电阻（与励磁绕组并接）使L中的储能释放，以进行灭磁。如前所述，在现代大型发电机自并励磁方法中，逆变灭磁只是在发电机正常停机时使用，发电机损坏进行灭磁是选取灭磁系统或非线性电阻进行灭磁的。