励磁顶值电压

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励磁系统过电压

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交流侧过电压

1）经由主变压器或发电机端传输到励磁系统的大气过电压。

2）励磁变压器分断引起的过电压。

2）换相过电压。（由于励磁变压器存在漏抗，功率整流器元件换相使电流中断引起的过电压）

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直流侧过电压

1）发电机在失步和失步后拉入同步的过程中引起的转子绕组过电压。

例如，由于励磁系统故障，使发电机失去励磁，此时在定子绕组中将要产生很大的进相冲击电流，相应地在转子回路中便产生一个负的电流突变量；另外由于发电机因失磁而失步时，在转子绕组中因转差而产生交变感应电势，当此转差频率的感应电势出现负半周时，促使转子电流迅速减小，上述两种情况的综合，使转子电流锐减，甚至会使转子电流过零变负。由于整流元件的反向阻断特性，转子电流只能正向流通，不能反向。当转子电流衰减到零的过程中，在转子绕组两端便产生了正比于di/dt的暂态电势，反向加在整流桥的两端和转子绕组的两端。

2）发电机外部短路切除后的电压恢复过程引起的转子过电压。

短路切除，发电机定子电流由短路电流变为负荷电流时，定子电枢反应突然减小，于是在发电机转子绕组中产生了一个负的电流突变量，它甚至力图使转子电流反向，致使整流桥反向阻断产生反向暂态过电压。在最不利的情况下，椐计算转子过电压可达10倍的空载励磁电压，但小于异步运行时的最大过电压值。

3）发电机非同期并列引起的转子绕组过电压。

非同期并列在定子绕组中产生的冲击电流可能使转子电流产生反向突变量；在非同期并列拉入同步的过程中，因存在着滑差，故可能使转子电压反向。这两方面的共同作用，可能导致转子电流反向，产生反向暂态过电压。

4）从定子线圈耦合过来的大气过电压和操作过电压。

由于转子表面良好的屏蔽作用，这种耦合过电压较低，一般对转子无危险。

5）发电机快速灭磁过程中断开转子回路时产生的的过电压。

这类过电压主要由灭磁装置自身抑制，使之不超过安全允许范围，但也需考虑万一灭磁装置失灵，可能引起的过电压。

由上述可知，前三项产生暂态过电压的原因是反向电流受阻所致，为此，限制过电压的措施关键在于当产生过电压时，设法为反向电流开辟一条通路。

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操作过电压

1）由高压电源供电的励磁变压器，当一次侧开关合闸时，由于变压器的分布电容C12将高压u1耦合到二次侧。此过电压值将随变压器的变比增加而增大。

2）在励磁变压器空载时，如果电源电压过零时突然断开电源，则会产生严重的瞬变过电压。这是因为此时空载电流达到最大值，而电感性负载电流不能突变，但回路要求电流为零，这样在二次侧将感应出很高的过电压。

3）励磁变压器一次绕组的漏抗与二次绕组的分布电容（包括抑制电容）所形成的振荡电路在励磁变压器合闸（相当于突然加上一个阶跃电压）时，将引起瞬变过程而产生过电压。

4）晶闸管整流电路直流侧开关断开时，由于电流突变，将在交流回路的电感上产生过电压。

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运行过电压

1）晶闸管整流桥换相过电压。

对于大功率、高电压可控硅整流桥而言，在可控硅元件通断换相过程中，不可避免地将产生换相过电压。根据有关文献资料介绍，这种换相过电压有时可能高达4500V，对可控硅元件、发电机转子线圈等都将产生很大的影响，尤其对转子线圈而言，这种过电压不仅表现在对地绝缘的影响，而且表现在对线圈匝间绝缘的影响上，因为对线圈而言，它是一种行波。因此，采用自并激励磁系统的发电机必须特别注意转子对地绝缘和匝间绝缘强度的设计和试验，提高绝缘水平和试验电压，如对地耐压至少应在4500V及以上。

2）发电机异步运行时产生滑差过电压。

同步发电机在运行中失磁，会使转子在高于同步转速下异步运转，靠阻尼绕组的作用变成异步发电机。在有功负荷突然变化时，功率角发生突然变化或发生失步振荡的过程中，也有暂时的异步运行。这时转子励磁绕组的导体与定子电流产生的旋转磁场间有相对运动，导体切割磁力线产生感应过电压。

3）定子三相负载不对称（或非全相）运行时产生不对称过电压。

发电机定子三相负载不对称或一相断路（非全相）运行时，定子三相电流不对称。根据《电机学》中“对称分量法”的分析，一组不对称的三相电流，可以分解成三组对称的三相电流，分别为“正序分量”、“负序分量”及“零序分量”。这三组对称的电流流过发电机定子三相在空间相隔120о电角度的绕组，将分别产生各自的磁场。由矢量分析可知，零序电流产生的合成磁场为零。而正序及负序电流产生的合成磁场分别在空间作正向及反向的同步转速旋转，称作正序及负序磁通。而转子绕组是以正向同步转速旋转的，它与正序磁通相对静止而与负序磁通以两倍同步转速相对运动，产生过电压。

4）发电机运行中如发生突然短路、失步、非全相或非同期合闸等故障，则在转子绕组中会产生很高的感应过电压，危及晶闸管励磁系统整流电路的安全运行。

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抑制过电压的措施

1）抑制交流侧过电压的措施。

对晶闸管换相过电压，由于其产生的频率高达300Hz，又是长期连续的，用ZnO压敏电阻来吸收效果不好。因为ZnO要求长期的荷电率限制在0.6以下，即意味着不能频繁而连续地导通吸能，否则容易老化，漏电流上升，寿命缩短，所以一般不采用。目前采用整流阻断式阻容吸收过压保护器，专门用于吸收晶闸管的换相过电压。产生过电压的“源头”在励磁变的漏感及线路电感，所以“从头拦截”比较好，我们把整流阻断式阻容吸收过压保护器（简称GRC）放在整流桥的交流侧。

2）抑制直流侧过电压的措施。

由于直流侧过电压均不是长期连续而只是偶然发生的，非常适合用ZnO压敏电阻来保护。主要是ZnO有优良的非线性伏安特性，一方面在大电流冲击下残压不高，保护特性好；二是在过电压消失后，ZnO的续流迅速大幅度下降到mA级，可使过电压保护跨接器中的晶闸管管自行关断。而进口的跨接器用SiC作吸能元件，其漏电流大，过电压保护动作后不能自行关断，必须停机复归，或用“熄灭线”、“暂态逆变”等复杂的操作来复归，可靠性降低。故很多进口的SiC跨接器均改成ZnO跨接器（如葛洲坝、龙羊峡等电站），方能在国内顺利使用。

水轮发电机上灭磁电阻的形式和大小异议不多，基本采用ZnO。而在汽轮发电机上却争议很大，对于灭磁电阻一般不赞成使用ZnO，多数使用SiC和线性电阻，原因是不希望其灭磁速度过快。

3）抑制元件过电压的措施。

为了防止晶闸管元件关断过程引起的过电压（包括换相过电压）可在每只元件的两端分别并联阻容保护。但是这种接线存在并联电容放电时增加导通晶闸管元件di/dt的弊端，因此在大容量的晶闸管不宜采用电容量过大的阻容保护，而应同时加上整流阻断式阻容吸收过压保护器。

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灭磁与过电压保护装置

由单极直流磁场开关、跨接器及相串的非线性电阻（触发电子板、雪崩二极管、两个正反相连接的可控硅）或者线性电阻。其作用是在发电机正常或故障时迅速切除励磁电源并灭磁、抑制正向和反向转子过电压或出现大滑差和非全相运行时保护转子。

延伸阅读：

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可以用于测量同步机励磁电压、电流。

首先，只要量程匹配，WP4000变频功率分析仪的任一功率单元（SP系列变频功率分析仪或DT系列数字变送器）均可用于测量同步机励磁电压、电流。

其次，若无需对同步机励磁电压、电流进行纹波分析等，从经济的角度出发，也可配置专用的励磁测试子站，励磁测试子站可选DMC300分布式测控系统的DM4101/2直流功率测试子站。连接励磁测试子站后，WP4000变频功率分析仪会自动在主窗口下方显示励磁电压和励磁电流的测试结果。

类似的，配备扭矩/转速测试子站后，WP4000会自动在主窗口下方显示扭矩和转速的测试结果。扭矩/转速测试子站可选DM4022双通道频率测量子站或其它用于扭矩、转速测量的分布式测量子站。

WP4000变频功率分析仪自带DM系列分布式测试子站的通讯接口，连接上述测试子站，无需额外配备主站。通讯接口采用DB9母头，支持RS232或RS485通讯。连接单一子站时，可采用RS232或RS485，采用多个子站时，需选用RS485。