南瑞RCS-943X系列灭磁装置技术说明书.pdf

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1、 ZL_LCXT0301.0604 RCS-943X 系列灭磁装置 技术说明书 南京南瑞继保电气有限公司版权所有 本公司保留对此说明书修改的权利，届时恕不另行通知。产品与说明书不符之处，以实 际产品为准。 更多产品信息，请访问互联网：http:/www.nari- 目 录 1. 概述概述 .1 1.1 应用范围.1 1.2 功能配置.1 1.3 性能特征.1 2. 技术数据技术数据2 2.1 机械结构及性能.2 2.2 环境条件.2 2.3 额定电气参数.2 2.4 绝缘耐压标准.3 3. 设备构成设备构成4 3.1 主接线原理图.4 3.2 输入输出端子.4 3.2.1 装置端子接线图： .

2、4 3.3 装置原理.5 3.3.1 灭磁基本原理 .5 3.3.2 灭磁方式分类 .5 3.4 直流灭磁开关加非线性灭磁电阻灭磁方式原理.6 3.4.1 关于灭磁电阻 .6 3.4.2 关于灭磁开关 .6 3.4.3 灭磁开关与灭磁电阻的配合 .7 4. 功能配置功能配置8 4.1 灭磁功能.8 4.2 过电压保护功能.8 4.2.1 初励（自并励系统） .8 5. 装置使用装置使用9 5.1 装置安装.9 5.2 装置使用.9 5.2.1 装置的操作 .9 5.2.2 正常运行状态 .9 6. 订货指南订货指南.10 6.1 选型10 6.2 订货注意事项12 NARI- RELAYS R

3、CS-943X 系列灭磁装置技术说明书 1 1. 概述概述 RCS-943X 灭磁装置是由灭磁开关、灭磁电阻、转子过电压保护组成的，在正常停 机或事故停机时对发电机转子绕组进行快速灭磁，在运行中抑制转子中过电压的综合设 备。对于自并励系统，还配置直流电源供电的或交流电源供电的初励回路，保证发电机 的可靠起励。 1.1 应用范围应用范围 RCS-943X 系列灭磁装置适用于各种方式的励磁系统， 适用 100MW 到 800MW 各种容量 机组。具体适用的励磁方式如下： (1) 自并励励磁系统 (2) 两机他励可控硅励磁系统 (3) 三机励磁系统 RCS-943X 系列灭磁装置可用于新建机组配套的

4、励磁系统，也可用于老机组的设备 改造。 1.2 功能配置功能配置 (1) 灭磁：灭磁是该系列装置的主要任务，灭磁装置由两部分组成，分别是灭磁开 关和灭磁电阻。该装置承担着机组在事故情况下的快速灭磁任务。 (2) 过电压保护：转子过电压保护是发电机的重要保护设备，当发电机转子回路出 现过电压时，该回路导通，消耗过电压能量，限制过电压值，保护发电机转子 绕组及与其相联设备。 (3) 初励：对于自并励励磁系统，初励回路提供初始的磁场电流，建立初始磁场， 保证机组的可靠起励。 1.3 性能特征性能特征 灭磁装置的主回路设计、辅助回路设计、参数和容量设计，能够保证在最严重工况 下灭磁时，灭磁装置的安全可

5、靠工作；过电压保护回路配置触发器，整定电压偏差不大 于 5%。灭磁开关能够分断的最大弧压大于各种灭磁工况下出现在开关断口上的最高电 压；灭磁开关的开断能力大于所能流经灭磁开关最大的故障电流；灭磁电阻容量大于各 种工况下灭磁所需要的能容量，并有 20%的裕量。 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 2 2. 技术数据技术数据 2.1 机械结构及性能机械结构及性能 (1) 结构尺寸数据 RCS-943X 系列灭磁装置，采用标准尺寸的机柜，尺寸有以下几种可选： （高）（深）宽） 2300 2200 1200 1000 800 ( 1000 800 单位：mm a) 一般

6、选择原则：根据厂房布置的整体规划，系统的统一要求进行选择； b) 关于机柜宽度：800mm、1000mm 均可，主要是要能够满足内部器件安装需要； c) 关于机柜深度：首先是要能够满足内部器件安装需要；800mm 深适用于一般的小型 机组，1000mm 深适用于一般的大中型机组，1200mm 深只用于大型机组采用大型灭 磁开关时使用； d) 关于机柜高度：2200mm 或 2300mm 任选。 (2) 防护等级：IP40 2.2 环境条件环境条件 （1) 海拔不超过 2000m； （2) 正常工作温度: -1040，贮存及运输温度: -2570； （3) 环境相对湿度：95（无凝结） （4)

7、安装地点周围，无爆炸危险及足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体。 2.3 额定电气参数额定电气参数 （1） 电源参数电源参数 操作用直流电源：直流输入 220V20%，或 110V20% （2） 灭磁开关额定参数灭磁开关额定参数 根据不同的机组容量选择不同参数的开关，重要的参数如下： 额定电压: 500V、800V、1000V、1500V 额定电流: 800A、1600A、2500A、3200A、4000A、6000A 额定开断能力：根据需要配置 （3） 灭磁电阻额定参数灭磁电阻额定参数 根据不同的机组容量选择不同灭磁电阻参数，重要的参数如下： 灭磁控制电压（每支路 60A 时的残压）：800V250

8、0V 灭磁电阻总容量：600KJ4000KJ NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 3 （4） 过电压保护额定参数过电压保护额定参数 根据不同的机组容量选择不同过电压保护参数，重要的参数如下： 过电压保护控制电压（每支路 60A 时的残压）：1200V3000V 过电压保护电阻总容量：200KJ600KJ （5） 初励回路额定参数初励回路额定参数 根据不同的机组容量选择不同的参数，重要的参数如下： 初励电源种类：直流电源 DC220V、交流电源 AC380V、AC220V 初励电流：不大于机组空载额定励磁电流的 10%。 2.4 绝缘耐压标准绝缘耐压标准 绝缘试验

9、符合国标：GB/T14598.3-93 6.0 的规定； 冲击电压试验符合国标：GB/T14598.3-93 8.0 的规定。 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 4 3. 设备构成设备构成 非线性灭磁系统是由氧化锌（ZnO）非线性电阻（也叫压敏电阻）与磁场灭磁开关 组合而成的灭磁系统，适用于大中型同步发电机转子灭磁及过电压保护，能实现快速灭 磁，和安全的过电压保护。 3.1 主接线原理图主接线原理图 灭磁与转子过电压保护回路图 3.2 输入输出端子输入输出端子 3.2.1 装置端子接线图：装置端子接线图： FBD 灭磁开关端子 序号 定 义 1 直流 220V

10、(+) 输入 2 3 220V(+) 合闸控制电源 4 220V(+) 分闸控制电源 5 220V(+) 初励控制电源 6 220V(+) 过压复归控制电源 7 220V(+) 8 220V(+) 9 10 直流 220V(-) 输入 11 12 220V(-) 13 220V(-) 14 220V(-) 15 220V(-) 16 220V(-) 17 220V(-) 18 220V(-) 19 220V(-) 20 21 合闸控制输入 22 23 24 分闸控制输入 25 FBD 灭磁开关端子（续） 序号 定 义 26 27 初励控制输入 28 29 过压复归控制输入 30 31 操作电源

11、掉电节点信号输出 32 操作电源掉电节点信号输出 33 过压动作节点信号输出 34 过压动作节点信号输出 35 36 灭磁开关常开节点 1 37 灭磁开关常开节点 1 38 灭磁开关常闭节点 1 39 灭磁开关常闭节点 1 40 灭磁开关常开节点 2 41 灭磁开关常开节点 2 42 灭磁开关常闭节点 2 43 灭磁开关常闭节点 2 44 灭磁开关常开节点 3 45 灭磁开关常开节点 3 46 灭磁开关常闭节点 3 47 灭磁开关常闭节点 3 48 灭磁开关常开节点 4 49 灭磁开关常开节点 4 50 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 5 3.3 装置原理装

12、置原理 3.3.1 灭磁基本原理灭磁基本原理 在发电机发生内部或机端短路故障时，即使继电保护正确及时动作，将机组从电网 上切除，但因发电机转子磁场的存在，定子电压的存在，故障电流仍然存在，磁场存在 时间越长，故障点故障电流维持的时间也就越长，故障电流所造成的危害就越大。灭磁 系统的作用就是在故障发生后迅速地消灭掉转子磁场，即灭磁。 所谓灭磁就是把转子磁场强度减小到零，即转子电流减小到零，最直接的办法是将 励磁回路断开，强迫转子电流到零。但励磁绕组具有很大的电感，电流不能突变。跳开 开关的时候，一方面，对于转子磁场，因强迫电感性电流分断，在转子绕组两端感应出 较高的过电压，施加在磁场开关上，阻止

13、磁场开关切断电流；另一方面，对于开关，强 行分断触头，产生断口，但即使产生断口，但转子电流仍然经开关断口上的电弧而流通。 这一过程能够维持的原因是转子磁场存储了一定的能量，能量不能消失，只能转移，如 果没有其他转移能量的措施，转子储能全部转化为开关断口电弧热能，不是专用开关， 难以承受电弧能量，开关将被断口电弧烧损。灭磁回路的独立承担灭磁任务的开关必须 是特种开关，即灭磁开关（能够维持电弧燃烧，消耗磁场能量，并控制电弧电压在安全 的范围内），但对大型机组，转子储能大，灭磁开关难以满足灭磁要求，因此，一般的 均设置灭磁电阻或其他吸能装置来吸收磁场能量，在断开磁场开关的同时，投入灭磁电 阻，把磁场

14、中储存的能量迅速消耗掉。完成灭磁任务的全部设备即构成了自动灭磁装置。 为减少故障损害，要求灭磁迅速。灭磁时间愈短，短路电流所造成的损害愈小，但 另一方面，灭磁越快，灭磁过程中所产生反向过电压就越高（灭磁等效电阻越大），过 高的灭磁过电压对设备绝缘产生危害，因此灭磁的设计必须兼顾灭磁速度和转子过电压 的承受能力。做到既快（时间短），又好（过电压不超标，保证安全）。 灭磁装置需要关注以下几个方面问题： (1) 灭磁时间应尽可能短；一般按同步电机定子电势降低到初始值的 0.368 所需的 时间作为参量来评价各种灭磁方法的优劣； (2) 灭磁时反向电压不超过规定的倍数；相关标准规定应不超过转子出厂耐压

15、试验 电压的 50%； (3) 灭磁装置的电路和结构型式应简单可靠； (4) 灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力，不会因分断而烧坏。 3.3.2 灭磁方式分类灭磁方式分类 (1) 按灭磁电阻划分： 氧化锌非线性电阻灭磁； 碳化硅非线性电阻灭磁； 线性电阻灭磁。 (2) 按灭磁开关划分 直流开关移能灭磁：灭磁开关装设在直流侧； 交流开关移能灭磁：灭磁开关装设在交流侧； 跨接器移能灭磁：不使用灭磁开关而使用跨接器； 耗能型灭磁开关灭磁。 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 6 3.4 直流灭磁开关加非线性灭磁电阻灭磁方式原理直流灭磁开关加非线性灭磁电阻灭磁方式

16、原理 在需要灭磁的时候，跳开灭磁开关切断转子供电回路，同时，为转子绕组接通一灭 磁电阻旁路，强迫转子电流流经这一高阻值的灭磁旁路，将转子能量消耗在灭磁回路的 电阻上，直到到零而完成灭磁。其主要的部件有：灭磁开关和灭磁电阻。 3.4.1 关于灭磁电阻关于灭磁电阻 非线性灭磁电阻有氧化锌非线性电阻和碳化硅非线性电阻，这里仅介绍氧化锌非线 性电阻，氧化锌非线性电阻，其伏安特性的表达 式为： 式中：U非线性电阻两端的电压 I流过非线性电阻的电流 C材料系数 非线性电阻的系数 氧化锌非线性电阻特性见右图： 氧化锌非线性电阻的非线性系数远远小于 1， 表现为近似开关特性，在低电压范围内，电阻呈 现高阻态，

17、回路不导通，当电压升到一定门槛值 后，等效电阻随电压的升高而快速下降，电流快速上升，在电流变化的较大范围内，电 压的变化很小，近似恒压。 非线性电阻的这种近似开关特性，使得非线性电阻作为灭磁电阻有着突出的优点： a) 正常低压下的高组态，使得非线性灭磁电阻可直接接入发电机转子，回路接线 简单，因而工作可靠； b) 导通后的近似恒压特性，一方面使得各种不同工况下的最大灭磁电压控制来得 很容易，另一方面，使得各种不同工况下的灭磁使灭磁电压都能接近设计值， 维持较高的灭磁电压，维持较高的灭磁速度。 3.4.2 关于灭磁开关关于灭磁开关 灭磁开关在灭磁过程中的作用是切断转子回路，迫使转子电流向灭磁电阻

18、回路转 移。因氧化锌电阻导通需要有电压条件，在灭磁开关跳开后，灭磁开关的分断能力和建 立弧压的能力能否达到需要， 即灭磁开关分断后， 在灭磁电阻上能否出现足够高的电压， 使得灭磁电阻能够导通灭磁，是灭磁成功与否的关键。 CIU = MK SCR MK FR IL UFR + - UMK Ud + - +- U2 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 7 上图图中 MK 为灭磁开关，SCR 为可控硅装置，R 为灭磁电阻，灭磁电阻可为线性电 阻，也可以为非线性电阻。 在灭磁回路中，任何时候可控硅整流桥电压、灭磁开关断口电压、灭磁电阻电压三 者存在下述的确定关系： FR

19、dMK UUU+= 灭磁非线性电阻的导通条件是 UFR U60A，上式就为： AdFRdMK UUUUU 60 += 那么，灭磁开关的最高分断电压应大于上式值。 直流开关移能灭磁条件：发电机任何工况下灭磁时，灭磁开关断口弧压足够高，使 得灭磁电阻上电压超过需要值。 总结灭磁开关的技术要求如下： (a) 灭磁开关的额定工作电压应大于转子上的最大工作电压； (b) 灭磁开关的额定工作电流应大于转子最大长期连续工作电流； (c) 灭磁开关的开断电流能力应大于转子强励电流， 且大于灭磁开关之后发生短路 的短路电流； (d) 灭磁开关的开断电压能力应大于灭磁时开关断口上可能出现的最大电压。 3.4.3

20、灭磁开关与灭磁电阻的配合灭磁开关与灭磁电阻的配合 选择合适的灭磁开关需要估算灭磁开关的最高分断电压水平，这与灭磁电阻相关。 若发电机转子额定电压为 Uln，根据标准要求，灭磁控制电压为 U60A=（35）Uln，则 可控硅整流桥输出的强励电压为 Ud = (22.5)Uln，可控硅整流桥失控输出的最大电压 为： 1.3(22.5) Uln =（2.63.25）Uln 开关断口上要出现的最高电压是： ln )25 . 8 6 . 5(UUUU FRdMK += 灭磁电阻的导通电压范围是（35）Uln 灭磁开关的建压能力范围是（5.68.25）Uln NARI- RELAYS RCS-943X 系

21、列灭磁装置技术说明书 8 4. 功能配置功能配置 装置配置三方面的功能： (1) 灭磁功能 (2) 过电压保护功能 (3) 初励 4.1 灭磁功能灭磁功能 提供磁场断路器、灭磁电阻及相关的操作逻辑回路。灭磁回路提供磁场灭磁开关的 就地分闸、就地和闸控制把手，可就地分合闸，同时也提供远方分合闸操作接口，供远 方操作用。操作逻辑回路对外提供灭磁开关分位和合位空节点信号。 4.2 过电压保护功能过电压保护功能 提供转子回路过电压保护，在灭磁开关的断口两侧各设置一组保护； 正向过电压回路设置电子跨接器，电子跨接器的动作电压可由其触发回路整定，正 向过电压动作值偏差不大于5%； 过电压保护动作后有信号指

22、示，并有送远方节点。 4.2.1 初励（自并励系统）初励（自并励系统） 为自并励系统提供初励电源，初励电源供电可以是直流电源，也可以是交流电源， 初励电流根据机组容量整定，一般的能保证机组可靠起励，同时不大于转子空载额定电 流的 10%。 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 9 5. 装置使用装置使用 5.1 装置安装装置安装 灭磁开关柜的安装，有两方面的工作，分别是：主回路的安装和控制回路的安装： (1) 严格按图纸进行安装配线； (2) 主回路的安装：解决好灭磁开关与输入和输出母排的接口连接 u 要保证铜排连接的端面洁净无灰尘或杂物； u 安装母排后应检验母

23、排在各个方向，各个位置上的绝缘距离是否满足安全 要求； u 因为灭磁开关柜内安装的是大电流回路，所以安装时大电流回路中务必使 用坚固的螺栓螺母，并且螺母下应有弹簧垫圈锁紧； u 灭磁电阻连接线，截面应满足灭磁时短时导通灭磁电流的要求。 (3) 控制回路的安装： u 操作电源供电回路用电缆的截面 2.5mm 2，按图纸按装配线； u 输入输出控制线和信号线使用导线，截面积应不小于 1.0mm 2 。 5.2 装置使用装置使用 5.2.1 装置的操作装置的操作 装置上设有灭磁开关就地分闸和就地合闸操作把手，分闸操作后，灭磁开关将跳 开灭磁，因此分闸操作必须在机组空载时才能操作，否则会造成运行中的机

24、组失磁。 装置上配置两只供电电源开关，一只是操作电源开关、一只是动力电源开关，操 作电源开关给逻辑回路和开关操作回路提供电源，动力电源开关给初励回路或大容量的 开关合闸回路提供电源，正常运行时两开关均应合上。 装置上配置了两只按钮，一只是初励按钮，另一只是过电压信号复位按钮。初励 按钮在自动初励失败后使用，过电压复归按钮在出现过电压信号后，需要复归时使用。 5.2.2 正常运行状态正常运行状态 正常运行时，装置柜门上指示灯状态如下： l 电源指示灯（绿灯） ：亮； l 开关分闸指示灯（绿灯） ：熄灭； l 开关合闸指示灯（红灯） ：亮； l 过电压保护动作指示灯（红灯） ：熄灭； NARI-

25、RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 10 6. 订货指南订货指南 6.1 选型选型 灭磁系列设备型谱如下： R C S 943X 装置序列号： 943X 灭磁系统设备总序号 9430 灭磁柜（含灭磁开关和灭磁电阻） 9431 灭磁开关柜 9432 灭磁电阻柜 R C S 9430 - x - xx - y - yyy 灭磁电阻容量 灭磁电阻种类：AF LR：线性电阻 ZnO：氧化锌非线性电阻 SiC：碳化硅非线性电阻 灭磁开关电流 子序列号： M：MM74 灭磁开关 E：E3H 灭磁开关 X：DMX 灭磁开关 D：DM4 灭磁开关 装置序列号： 9430 灭磁柜 （含灭磁开

26、关合灭磁电阻） NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 11 R C S 9431 - x - xx 灭磁开关电流 子序列号： M：MM74 灭磁开关 E：E3H 灭磁开关 X：DMX 灭磁开关 D：DM4 灭磁开关 装置序列号： 9431 灭磁柜 R C S 9432 - xxx - xxxx 灭磁电阻容量 1000：1MJ 2000：2MJ XXXX：其他容量 电阻型式： LR：线性电阻 ZnO：氧化锌电阻 SiC：碳化硅电阻 装置序列号： 9432灭磁电阻柜 NARI- RELAYS RCS-943X 系列灭磁装置技术说明书 12 6.2 订货注意事项订货注意

27、事项 灭磁系统的订货需要提供准确的机组参数，以及电厂在系统方案上的特殊要求： （1） 必须准确提供的参数：必须准确提供的参数： 序号 参 数 名 称 参数或要求 备 注 1 额定容量 2 额定功率因数 3 额定定子电压 4 额定定子电流 5 额定励磁电压 6 额定励磁电流 7 空载励磁电压 8 空载励磁电流 9 强励倍数 10 励磁方式 注 1 11 灭磁方式 注 2 12 转子电感 13 开路时间常数 Td0 14 转子电阻（75或 135） 15 操作电源参数 16 屏柜尺寸 注 3 17 屏柜颜色 注 3 注 1：励磁方式：应说明励磁系统属自并励励磁系统、三机励磁系统、两机它励励磁系统 注 2：灭磁方式：应说明：线性灭磁方式、非线性灭磁方式 注 3：屏柜要求：建议使用南瑞继保电气励磁设备专用屏柜， 其标准尺寸为： 1000(宽)1000(深)2300(高) 或： 1000(宽)1200(深)2300(高)（使用 MM74 开关时） 其标准颜色为： （2） 其它有关参数：其它有关参数： 用户不提要求时，则按标准及该机组的具体参数进行设计 序号 参 数 名 称 参数值或要求 备 注 1 灭磁开关选型 2 灭磁电阻选型 3 过电保护选型要求 （3） 其他的补充说明：其他的补充说明：