非线性电阻在发电机灭磁过电压保护中的应用

摘要：当发电机发生事故时需迅速切断发电机的励磁电流，并将储存在励磁绕组中的磁场能量快速的消耗在灭磁回路中，突然断开励磁电流会在其两端产生很高的过电压。因此，断开励磁回路时，必须将转子励磁绕组自动接入到放电电阻上，把磁场中储存的能量迅速消耗掉，可见灭磁回路中的放电电阻是一个至关重要的器件，分析几种常见放电电阻的特性及选择出一种性能高的放电电阻应用到发电机灭磁过电压保护是很有必要性的。

关键词：灭磁，转子过电压，非线性电阻，过电压保护

Abstact：Need to quickly cut off when the generator failure in the generator excitation current and the magnetic energy stored in the field winding is quickly consumed in the de-excitation circuit, suddenly disconnect the excitation current to produce high over-voltage at its ends. , Disconnect the excitation circuit of the rotor field winding automatic access to the discharge resistor, the energy stored in the magnetic field is rapidly consumed, showing that the de-excitation circuit of the discharge resistor is a crucial device to analyze several the common characteristics of the discharge resistor and select a high-performance discharge resistor applied to the generator de-excitation overvoltage protection is a great necessity

Key words: Deexcitation，Rotor Overvoltage，Varistor，Overvoltage protection

中图分类号：TB857+.3文献标识码：A 文章编号：

引言

同步发电机发生故障时，继电保护装置能快速把发电机与系统断开。但发电机的转子和定子之间还有相对运动，励磁绕组中的磁场能不能迅速消失，所以必须快速灭磁，励磁电流突变势必在转子绕组两端引起相当大的暂态过电压。因此，断开励磁回路时，必须将转子励磁绕组自动接入到灭磁电阻或其他吸能装置上去，把磁场中储存的能量迅速消耗掉，可见灭磁回路中的灭磁电阻是一个至关重要的器件，如果放电电阻选取不当就会影响影响这个回路安全。

1 非线性电阻和线性电阻在灭磁回路中性能分析和比较

1.1 非线性电阻灭磁过电压保护回路

图1-1 非线性电阻灭磁主回路原理图

正常运行时QF闭合,由于二极管D1反向截止和可控硅V1无触发电流，可控硅管V1关断整个保护装置没有投入，当发生故障时磁场断路器立即动作，并建立足够的弧压（大于非线性电阻残压与励磁电压之和），足以使非线性电阻导通，有正向过电压袭来时，通过电子触发器CF把可控硅V1触发导通，非线性电阻RVl接入导通限压；过电压消失的非线性伏安特性使续流急剧下降，减小到小于可控硅的维持电流，可控硅管自动关断复归。改变小功率电阻Rl的阻值就可以方便地改变正向动作电压整定值。因运行时反向电压不高，故对反向电压来说，经过二极管V2相当非线性电阻直跨，反向荷电率很低，而且反向过电压由非线性电阻直接保护，更加简单可靠，同时还兼有灭磁功能。

该保护器简单可靠，元件少，没有机械触点和二次操作电路，不需操作电源。非线性电阻串联一个反向二极管，省去了机械触头或电子开关。把过压保护用的非线性电阻容量适当增大，就可以同时作为灭磁电阻用。这样既省去了另设线性电阻和触头开关，又增大了过电压保护的能容量，而成本和维护量增加并不多，一举两得，达到“简单可靠”的效果。

1.2 线性电阻灭磁过电压保护回路

图1-2 线性电阻灭磁主回路原理图

发电机正常运行时QF闭合,由于二极管D2反向截止和可控硅V2无触发电流，可控硅管V2关断整个保护装置没有投入，当发生故障时磁场断路器立即动作，并在断口建立起足够的弧压（大于氧化锌电阻残压与励磁电压之和），足以使非线性电阻导通，同时常开触点闭合，线性电阻投入灭磁，当有正向过电压袭来，通过电子触发器将可控硅V2触发导通，整个保护装置回路形成回路，将过压能量消耗在非线性电阻RV12上，在灭磁过程中有反向过压袭来，通过二极管D2将过压能量消耗在回路中非线性电阻上。过电压消失后由于氧化锌的非线性伏安特性使续流急剧下降，减小到小于可控硅的维持电流，可控硅管自动关断复归。

灭磁时投入线性电阻R吸收磁场能量；当电流较大时电阻R两端电压升高，到达氧化锌电阻RV1的动作电压时，RV1立即导通限压，R两端电压不再升高，磁场能量由氧化锌电阻和线性电阻共同吸收。但线性电阻灭磁时间较长，可能会烧坏灭磁开关和转子绕组。

通过上述两种不同发电机灭磁过电压保护回路的分析和比较，可以得知非线性电阻灭磁性能优于比线性电阻，而且保护转子回路更可靠。

2 灭磁过电压保护回路非线性电阻性能分析和比较

2.1 碳化硅电阻介绍

碳化硅非线性电阻（简称碳化硅电阻）。这种电阻有较好的非线性特性以及相当的能量吸收能力。它主要是由硅和硅的合成物及凝固剂经模压成型为盘型阀片，具有非线性的伏／安特性的电阻在降低励磁绕组的灭磁时间上有很大的优势，与线性灭磁电阻相比，灭磁时间仅为其1／5。

2.2 氧化锌电阻介绍

氧化锌非线性电阻（简称氧化锌电阻，又称氧化锌阀片）是一种以氧化锌为主要成分掺杂多种金属氧化物，按严格的制造工艺烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，一般为圆饼形状。氧化锌电阻器一般按照电压场强高低划分类型，一种是高电压场强氧化锌电阻，比如压敏电阻，避雷器等，其特点就是压敏电压高。另一种是低电压场强氧化锌电阻，也就是这里所说的高能氧化锌电阻阀片，其特点是压敏电压低，残压低，容量高，特别适合发电机灭磁使用。

2.3 碳化硅和氧化锌非线性电阻性能比较

国内自80年代开始便采用ZnO非线性电阻，并且 80年代以来无一例外地都用ZnO取代了SiC，经试验证明，在同等残压下灭磁，ZnO的灭磁时间约为SiC的一半；由于ZnO的漏电流小，过电压保护动作后可自动复归，不须附加措施，大电流下残压不高，不会出现大电流灭磁时磁场断路器弧压不够的问题，使运行可靠性提高。国外专家认为：

（1）ZnO压敏电压比SiC高，磁场断路器需有建立较高弧压的能力；

（2）ZnO作为移能电阻需并联使用，由于ZnO非线性系数高。

（3）ZnO的能容量小，价格高；

（4）ZnO击穿呈短路状态，没有SiC可靠。