灭磁开关

作用原理与比较

　　直流灭磁

　　常规磁场断路器一般都串联在励磁直流回路中，目前国内大部分新建机组及老机组改造都选择灭磁开关配合ZnO 非线性电阻的灭磁方案。其基本原理如图。图中LP 为励磁整流装置，MK 为灭磁开关，RF 为氧化锌非线性电阻，UZ表示可控硅直流侧电压，UK 表示灭磁开关弧压，UL 表示灭磁非线性电阻的残压。FR 跨接于励磁绕组两端，发电机正常运行时，转子电压UL 较低，FR 呈高阻，漏电流仅微安量级。灭磁时MK 开断，弧压UK 上升，导致UL 反向并升高，高至一定值时FR 转为导通，励磁电流转入FR 衰耗，MK 熄弧开断。

　　这种以MK 跳闸建立弧压，并击穿氧化锌非线性电阻FR，以实现励磁电流由MK 转移到FR，来吸收转子磁能的灭磁方法，必须保证电压关系UK-UZ≥UL 的成立。这是直流侧灭磁正常换流的必要条件。根据公式UK-UZ≥UL，当直流开关用于非线性电阻灭磁系统时，对开关主触头断开时产生的弧压有严格的要求。为了建立更高的断口电压，以满足在灭磁时使非线性电阻导通并将励磁电流换流到灭磁回路中的要求，而使得开关的结构复杂化，在某些情况下，甚至要求开关具有两个或更多的串联主触头，这种专用的开关价格较高，市场较小，所以对生产及开发均带来了不利的影响。

　　交流灭磁

　　交流灭磁的一次原理电路图与图1相同，区别之处在于需要通过一中间继电器的分闸动作去切除励磁电源的可控硅触发脉冲（简称拉脉冲），然后跳灭磁开关。由于发电机转子是具有储能的大电感，其释能的时间常数为几秒量级，拉脉冲后，它相当于一直流恒流源，也就是使励磁电源的可控硅始终有两只导通、四只关断；由于可控硅触发脉冲被切除，四只关断的可控硅管不会再导通，但因转子的直流恒流源作用，两只导通的可控硅始终导通，且不可控；又因该直流恒流源的输出为单方向直流，两只导通的可控硅在此仅相当于导体。这就使得在与励磁电源输入端相连接的三相支路中有两相电流流过，一相无电流，此时，励磁电源相当于一交流恒压源，拉脉冲以后的电路图可以等效为如图2 所示。这样电流回路由上述单相交流恒压源与转子形成的直流恒流源串联而形成闭合回路。当交流灭磁开关开断时，就使得交流开关的断口处产生弧压。利用上述交流开关断开时的弧压和励磁变压器所输出的单相交流电压的叠加，当满足条件UK-Uz≥UL 时，励磁电流全部切换到FR 中，随即使开关断口点熄弧-开关开断成功，这样就将发电机转子储存的磁能经FR 释放，完成快速灭磁。

　　交流侧灭磁的优点：

　　把交流侧灭磁与直流侧灭磁进行比较，可以看出交流侧灭磁对弧压UK 的要求大大降低。断路器的弧压总有一定限制，为了提高弧压要采取一系列措施，如加强吹弧，增加灭弧栅片数，加大灭弧罩尺寸，以及多断口串联等，这些都会加大断路器的体积，重量及造价。降低弧压要求，也意味着降低断路器的体积、重量和造价，这是交流灭磁的主要优点。

　　非线性电阻

　　尽管国内外对采用非线性电阻灭磁已达成了共识，但在非线性电阻的选择上却有所不同。国外普遍选择了碳化硅（SiC）压敏电阻作为灭磁装置的非线性电阻，而国内却大多选择了氧化锌（ZnO）压敏电阻。

　　从电气特性来看，ZnO 的电流衰减将几乎恒定在较快的水平。而SiC 的电流衰减的速度将随电流的减小而明显变慢。从而在整个灭磁时间上ZnO 的要比SiC 的短。如果采用相同的灭磁电阻和灭磁电压，则对灭磁时间来说，SiC 是ZnO 的两倍。

　　ZnO 压敏电阻的非线性指数非常小，漏电流也比较小（正常运行只有微安级）。因此它可以直接跨接在转子回路的两端，从而使接线简单，装置的动作迅速而可靠。而SiC 压敏电阻的非线性指数比较大，漏电流也比较大（正常运行时为毫安级）。因此它不能直接跨接于转子回路两端，而需要采用跨接器等投入环节，这将使装置的接线变复杂，降低了装置动作的迅速性与可靠性，同时也加大了装置维护的工作量。

　　在非线性电阻用于灭磁的初期，ZnO 的非线性特性较硬，灭磁时间较短，限压能力较强，但它的能容量太低，容易老化而使特性系数发生变化，且对断路器的要求很高。可能是考虑到装置的通用性，使得国外研究人员最终选择了性能很稳定的SiC 作为灭磁非线性电阻。但目前我国生产的ZnO 电阻片在各方面性能已有了很大的突破，电阻片的能容大大提高。对于老化和寿命问题，只要严格控制选片、组片、装置的容量裕度选择恰当，它可以经受500 次的额定冲击，其寿命可以大大提高。因此，就这一点来说，它完全可以很好地满足运行的要求。

　　另外，ZnO 击穿故障类型一般为短路形式，而SiC 的则为开路形式。由于运行中非线性电阻的短路故障对励磁系统的危害较为严重，所以这一点也可能是国外研究人员不选择ZnO 的另一原因。国内对这一问题的解决方法是，在ZnO 支路串联快速熔断器。当ZnO 电阻发生击穿故障时，熔断器立即响应，快速熔断，使故障支路退出工作，从而保证了整个装置的正常运行。为了可靠性，熔断丝的最小熔断值一般选择为支路ZnO 电阻的极限能容，使得只有一片发生故障，熔断器就动作，以免故障扩大。考虑到有故障支路退出工作，因此在设计装置能容量时要留有足够的裕度。

要求

　　灭磁开关的一般通用要求为：

　　1、通流性能好：接触电阻小、运行温升低，短时过流量大

　　2、绝缘强度高：能耐受正常运行中的工作电压及暂态过程中短时电压的冲击而不损坏

　　3、机械动作灵：合闸分闸动作灵敏可靠，不能误动和拒动

　　4、综合性能优：结构牢固稳定、安装维护简便、工艺精良、外形美观、体积小、重量轻、价格低

作用

　　一,发电机事故情况下利用跳灭磁开关迅速灭磁;

　　二,在检修的时候断 开灭磁开关,形成明显的断开点.

　　实现这两个功能的关键是迅速消耗发电机磁场的能量（转化为热能）。目前国内外广泛使用的是移能型灭此开关，它在灭磁时将励磁电流及磁场能量迅速转移到灭磁电阻中衰耗，本身基本不吸能量。一般停机后是不用断开灭磁开关的, 因为正常停机是靠自动励磁调节器改变可控硅的触发角 进行逆变灭磁.