可见,灭磁开关弧压试验并不是出厂常规试验,而是产品定型后的型式试验。另外,由于国外灭磁开关试验按照国际标准,没有弧压试验这个概念,相应的只有“最大分断电压”和“过电压倍数”。因此,我们不能期望所用的灭磁开关都有灭磁开关弧压数据。
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弧压概念源自于苏联教科书,相比于“最大分断电压”和“过电压倍数”这个概念,对象清楚。现在我们国家标准朝着国际标准看齐,于是对于国家标准是否应该采用这个弧压概念,现在有争议,这是可以理解的,但是,只有我们清楚了弧压比“最大分断电压”和“过电压倍数”更适合描述开关的灭弧能力,我们的国家标准应该采用弧压概念,我的建议是:最大分断电压(弧压)、过电压倍数(弧压)。
作为一个资深的工程师,作为一个励磁产品的设计者,作为一个爱好励磁的现场技术人员,我们如何确定灭磁开关弧压?我的最新心得有下面三个方面。 第一、直接看灭磁开关技术参数的弧压值。
断口弧压大于或等于某个值,实际上是不小于这个值,因此该值就是我们所需弧压值。例如对于DMX2双断口灭磁开关来说,断口弧压为 2800V。
断口弧压能量,是断口进行弧压试验时所消耗的能量,该断口在运用中,只有弧能不大于这个值就是安全的。
上述参数是灭磁开关厂家试验得来的,有的是按照低压电器标准(GB或IEC)试验得来的,有的是按照自己的试验条件进行的。如果在应用中发现选择的灭磁开关弧压裕度不大,特别是采用氧化性电阻灭磁,我们可能要进一步核实开关弧压值,这就需要分析弧压试验波形,看一看弧压值是否就是弧压波形顶部平坦部位的平均值。 第二、直接看灭磁开关技术参数的最大分断电压或过电压倍数
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按照低压电器标准(GB或IEC)试验开关的最大分断电压、额定分断电流和过电压倍数,试验电路原理接线同灭磁开关弧压试验,即由试验电源、灭磁开关和小电感负载组成。而采用放电电阻灭磁的灭磁开关,应该按照ANSI/IEEE C37.18“旋转电机磁场放电回路封闭式断路器”来选择灭磁开关,即按照实际的发电机灭磁回路选择和试验进行,相当于发电机的空载、负载、强励、误强励、三相短路灭磁试验。显然,这是一个不能在现场全部进行的灭磁试验,我们只能在灭磁装置投运以后进行发电机空载和负载灭磁试验,无法进行发电机的强励、误强励、三相短路试验,这些恰恰是真真考验灭磁开关的试验。
如何解决这个难题,方法有两个,一个采用1:1的模拟灭磁试验(大电感负载),在灭磁装置投运以前进行发电机空载、负载和强励灭磁试验,就像合肥科聚公司那样;另一个就是进行GB或IEC型式试验(小电感负载),按GB或IEC标准试验所得的最大分断电压和分断电流选择灭磁开关,校核灭磁安全性。第一个方法得到了开关厂家、开关用户和专家的认同,但是成本很高。后一个方法有争议,争议焦点就是大电感负载和小电感负载对于最大分断电压试验的影响。对于这个问题,下次讲座进行分析。
根据GB或IEC试验方法看最大分断电压和过电压倍数,按照IEEE C37.18关于直流磁场断路器最大分断电压不小于磁场断路器灭磁分断时灭磁电阻上的电压与此时励磁电源电压之和的技术要求,我们可以确定:灭磁开关最大分断电压就是我们所说的灭磁开关弧压,额定分断电流就是我们所说的开关弧电流。正是基于这个认识,我在上表中增添了红色的弧压二字。
为什么过电压倍数也是弧压呢?因为我们曾经在前面说过:灭磁开关弧压等于电源电压和负载反向感应电势之和;灭磁开关拉弧建压,就是为了产生转子反向过电压。显然,这个过电压由灭磁开关弧压引起,知道了过电压倍数,也就知道了灭磁开关弧压范围。 需要指出的是,上表中的CEX98/06的最大分断电压是说弧压不小于此值,HPB最大分断电压或过电压倍数是不大于此值,那些到底如何确定这些开关的弧压,主要方法依然是分析弧压波形,下次讲座将分析上述两个开关的弧压波形,同时分析额定分断电流采用预期值的局限性。
第三、直接数金属灭弧栅片数量进行推算
我们前面曾经说过:灭磁开关大都采用金属灭弧栅片,即具有很好稳压特性的短弧原理??短弧原理,就是采用金属灭弧栅片,将一个长电弧隔离成一个个短电弧??电弧稳定燃烧状态下,弧压已经于电流的大小无关??
按照这个理论,我们只要搞清楚金属灭弧栅片的数量,在金属灭弧栅片的数量上乘以一个常数,就得到了灭磁开关弧压。
由于所乘的常数与灭弧栅片之间的距离有关,距离大常数就大。考虑到这是一种估算方法,经验数据是:金属片距离为2mm,常数取30V;3mm取40V,4mm取50V。5mm取60V。再说一遍,这只是一种推算方法。通过这个估算原理,我们可以得到:金属灭弧栅片越多,灭磁开关的弧压就越高。对于,以后会有一个专题进行介绍,其目的是让我们了解电弧的特性。
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灭磁开关技术标准的学习心得(灭磁讲座之六)
对于发电机灭磁开关的疑难问题,如果有明确的技术标准,我只需要进行一次标准宣讲即可,完全没有必要在此长篇大论。遗憾的是,发电机灭磁开关标准不仅不多,而且还不能在网上免费收索到。我不知道国际励磁标准是什么人通过什么途径编制的,我只知道国内励磁标准是国家和企业出钱的科研项目,其成果应该属于国有资产,但是广大的励磁技术人员也是必须花钱才能得到的。我们励磁网站有一次刊登国家励磁标准,还是由标准的主编竺士章老师发给我们的,几天后,竺老师来电话,请从网上将此标准撤下来,因为有人反映涉及到侵权。由此我想到,这就如同论文作者也不能免费下载自己的论文一样滑稽可笑;由此我想到,还是我们励磁网站好,一切下载皆免费。
中华人民共和国国家标准GB/T 7409.3-2007《同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求》,完全没有发电机灭磁开关技术要求。中华人民共和国电力行业标准DL/T 583-2006《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》有一段灭磁开关技术要求,但是很简单,主要是对灭磁开关的分断能力要求。
我们电力行业正在编写《发电机灭磁及转子过电压保护装置技术条件第一部分灭磁开关》,我们应该期待这个标准弥补我们现有标准的不足,并且指导我们的学习和工作。本灭磁讲座,也是在看到这个标准草稿后的有感而发,因为这个标准没有写上“弧压”二字,很令我失望,有一点脱离我国励磁环境和习惯,为此我用博客阐述个人观点。
关于灭磁开关最重要的国际标准,是美国国家标准局或国际电气/电子工程师协会的ANSI/IEEE C37.18,标准名字翻译为《用于旋转电机的封闭式磁场放电断路器》。该标准规定和描述了在灭磁电阻回路中具有放电触头灭磁开关的选择和应用指南。该标准最大贡献是对电机磁场放电回路断路器(对发电机为磁场断路器)定义了下述的12个性能参数,并规定了这些参数在具体应用时的选择计算方法及测试条件。 (1)额定电压(Rated nominal voltage class)。
(2)主触头额定短时电压(Rated short-time voltage of main contacts)。 (3)主触头额定最大分断电压(Rated maximum interrupting voltage of main contacts)。该电压应不小于磁场断路器在定子突然短路情况下分断转子电流时,磁场断路器主触头上的直流恢复电压。
(4)主触头额定连续电流(Rated continuous current of main contacts)。 (5)主触头在额定短时电压下的额定分断电流(Rated interrupting current of main contacts at rated short-time voltage)。
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(6)主触头在额定最大分断电压下的额定分断电流(Rated interrupting current of main contacts at rated maximum interrupting voltage)。
(7)放电触头(即常闭触头)在额定电压下的额定分断电流(Rated interrupting current of the discharge contacts at rated nominal voltage)。
(8)主触头额定0.5s短时电流(Rated 0.5s short-time current of main contacts)。 (9)放电触头(即常闭触头)额定15s短时电流(Rated 15s short-time current of the discharge contacts)。
(10)放电触头(即常闭触头)额定0.5s短时电流(Rated 0.5s short-time current of the discharge contacts)。
(11)放电触头(即常闭触头)额定闭合电流(Rated making current of the discharge contacts)。
(12)额定控制电压(Rated control voltage)。
看见上述复杂的参数,我感到欣慰的是,该标准定义的磁场断路器,就是我长期推荐的具有放电断口的灭磁开关,我喜欢的多断口灭磁开关CEX06和DMX2就属于此类。我曾经公开说过:具有放电断口的灭磁开关,才是真真用于灭磁的专用开关,否则就是用于其他直流回路的替代品,看来,我的判断是对的。
ANSI/IEEE C37.18理论性很强,我没有细读,也缺乏细读的水平,但是我国有很多励磁专家研读过。我要告诉读者一个好消息,我国著名励磁专家梁建行老师专著《发电机灭磁系统的分析与计算》即将由电力出版社出版发行,里面对ANSI/IEEE C37.18进行了详细讲解,值得大家期待。
ANSI/IEEE C37.18还涉及一些灭磁开关的试验,按照这个试验得出的灭磁开关数据,我们一般注明:按ANSI/IEEE C37.18标准定义。从下图的CEX06参数表看,这些参数符合ANSI/IEEE C37.18的标准定义,该开关可能是按ANSI/IEEE C37.18标准进行试验的,表中的辅助电极就是ANSI/IEEE C37.18中的放电触头。
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