李大公，賀鷹

(1.湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007;2.大唐華銀株洲發(fā)電有限公司，湖南株洲 412000)

隨著我國電力建設(shè)的高速發(fā)展，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量不斷增大，進(jìn)口原裝和組裝的勵(lì)磁裝置及附帶的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置 (跨接器)占有比率越來越高。作為發(fā)電機(jī)主保護(hù)的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置，一直是各發(fā)電集團(tuán)和發(fā)電單位關(guān)注的重點(diǎn)〔1〕。為了保證發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置的可靠工作，就必須有一種簡單、安全、可靠的跨接器檢測方法。

1 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置的工作原理

圖1為瑞士ABBUNITROL－5000型勵(lì)磁裝置中跨接器實(shí)物圖。

其基本電路及其原理是:1組正反向并聯(lián)的可控硅串聯(lián)1個(gè)放電電阻后再并聯(lián)在勵(lì)磁繞組兩端，當(dāng)可控硅的觸發(fā)器電路檢測到轉(zhuǎn)子過電壓后，立即發(fā)出觸發(fā)脈沖使可控硅導(dǎo)通，利用放電電阻吸收過電壓能量〔3〕?？缃悠骺纱鏈绱砰_關(guān)的滅磁常閉觸頭，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)能量釋放。所以它具有滅磁和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)2個(gè)功能。

圖1 跨接器實(shí)物圖

1.1 跨接器的電路構(gòu)成

以ABBUNITROL－5000型勵(lì)磁裝置中的跨接器為例，跨接器一般由F02和A02兩部分電路組成。F02由可控硅閥、電流傳感器構(gòu)成，串聯(lián)滅磁電阻后跨接在轉(zhuǎn)子兩端，A02為跨接器過電壓測量觸發(fā)板。圖2為跨接器接線示意圖。

圖2 跨接器接線示意圖

1.2 跨接器的工作原理

在圖2中，F(xiàn)02為可控硅閥，包含3個(gè)可控硅，其中V2，V3用于滅磁和反向過電壓保護(hù)，V1用于轉(zhuǎn)子正向過電壓保護(hù)。T1為電流傳感器，當(dāng)可控硅跨接器導(dǎo)通時(shí)，電流傳感器向調(diào)節(jié)器發(fā)出導(dǎo)通信號，由調(diào)節(jié)器進(jìn)行相應(yīng)邏輯處理。A02為跨接器過電壓測量觸發(fā)板，當(dāng)A02檢測到轉(zhuǎn)子過壓后，立即發(fā)出觸發(fā)脈沖使可控硅導(dǎo)通，利用非線性電阻(一般過電壓放電電阻和滅磁電阻共用)吸收過電壓能量，圖3為實(shí)物圖。

圖3 跨接器測量觸發(fā)板實(shí)物圖

如前所說，跨接器具有滅磁和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)2個(gè)功能:①接到跳閘令時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)跨接器可控硅V3接入滅磁電阻，該功能對應(yīng)于原磁場斷路器的滅磁觸頭;②在轉(zhuǎn)子因某種原因出現(xiàn)過電壓時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的跨接器V1，V2可控硅，也是防止第一功能失敗的后備措施。

1.2.1 當(dāng)需要滅磁時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或保護(hù)裝置發(fā)出磁場斷路器跳閘指令，該指令作用于跨接器觸發(fā)回路，將滅磁可控硅V3的門極通接到轉(zhuǎn)子負(fù)極，隨后滅磁開關(guān)動(dòng)作，將勵(lì)磁繞組中的電流轉(zhuǎn)移到跨接器回路中，由滅磁電阻消耗轉(zhuǎn)子能量。

如果不能啟動(dòng)跨接器，磁場斷路器將首先開斷，產(chǎn)生弧壓，轉(zhuǎn)子電壓方向翻轉(zhuǎn)后加在觸發(fā)板壓敏器件BOD的兩端，BOD導(dǎo)通，將勵(lì)磁繞組中的電流迅速轉(zhuǎn)移到跨接器回路中。

1.2.2 由于轉(zhuǎn)子過壓分正向過壓和反向過壓，所以T1傳感器測量的電流也對應(yīng)有2個(gè)方向。當(dāng)轉(zhuǎn)子反向過壓或事故跳閘時(shí)，測量的電流方向?yàn)檎?當(dāng)正向過壓時(shí)測量的電流方向?yàn)樨?fù)。該電流的方向影響到勵(lì)磁系統(tǒng)中2個(gè)保護(hù)的不同動(dòng)作邏輯。

當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子反向過壓，過壓值大于BOD值時(shí)，A02觸發(fā)可控硅V2將碳化硅接入轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子電壓限制為碳化硅兩端的電壓，同時(shí)霍爾傳感器T1檢測電流經(jīng)過，該電流顯示值如果大于保護(hù)定值，系統(tǒng)發(fā)出“轉(zhuǎn)子過壓故障”信號，并跳開滅磁開關(guān)。

當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)滑極異步運(yùn)行并造成轉(zhuǎn)子正向過壓，過壓值大于BOD動(dòng)作值時(shí)，A02觸發(fā)可控硅V1將碳化硅接入轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子電壓限制為碳化硅兩端的電壓。同時(shí)霍爾傳感器T1檢測電流經(jīng)過，送出信號給調(diào)節(jié)器，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理。

2 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)條件

2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?在發(fā)電機(jī)組定期檢修或相關(guān)事故調(diào)查中，通過試驗(yàn)快速驗(yàn)證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置是否按邏輯要求動(dòng)作以及實(shí)際測試出在過電壓情況下的保護(hù)動(dòng)作值。

2.1.2 試驗(yàn)條件:發(fā)電機(jī)停機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷完全解開;滅磁開關(guān)已經(jīng)跳開;相關(guān)回路的絕緣檢查合格;試驗(yàn)使用的調(diào)壓器帶電流保護(hù)功能，調(diào)壓器、升壓變、具有相應(yīng)的容量及滿足耐壓要求;試驗(yàn)使用的轉(zhuǎn)子電壓錄波儀器具有相應(yīng)的電壓記錄或錄波能力;其他相關(guān)安全措施已經(jīng)落實(shí)。

2.2 試驗(yàn)實(shí)例

以大唐金竹山電廠600 MW 3號發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)檢驗(yàn)為例進(jìn)行說明。勵(lì)磁系統(tǒng)采用瑞士ABBUNITROL－5000型勵(lì)磁裝置及其配套的跨接器，動(dòng)作電壓定值都為2 600 V。

(1)試驗(yàn)接線和試驗(yàn)設(shè)備

①試驗(yàn)接線

如圖4所示。在接線時(shí)將圖中跨接器從a，b兩端與外回路斷開;使用高壓錄波儀直接測量跨接器動(dòng)作電壓，可直接從圖中A處接入錄波儀;若使用示波器 (表)則需經(jīng)過分壓器從圖中B處接入示波器 (表);分壓器電阻Ry和Rx的比值一般取10 ∶1。

圖4 跨接器試驗(yàn)接線

②試驗(yàn)設(shè)備

圖中的調(diào)壓器為ST－2000現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)電源 (帶可調(diào)過流保護(hù)的交流調(diào)壓電源);圖中的升壓變?yōu)樯龎涸囼?yàn)變壓器，一般容量為6～10 kVA，變比為200 V/50 kV;升壓后經(jīng)硅堆半波整流;可直接使用高壓錄波儀測量跨接器動(dòng)作電壓波形。

(2)試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)結(jié)果

①模擬直接跳滅磁開關(guān)條件下的跨接器動(dòng)作

滅磁開關(guān)合上，緩慢升高調(diào)壓器電壓，錄波儀所顯示直流電壓值，直至400 V。在AVR上把控制方式切換到就地，由試驗(yàn)人員在端子排上端節(jié)外部保護(hù)信號跳滅磁開關(guān)端子，模擬故障跳閘。波形如圖5所示。

圖5 直接跳滅磁開關(guān)

該試驗(yàn)表明，在外部跳閘條件下，跨接器無條件導(dǎo)通。

②模擬出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過電壓情況下的跨接器動(dòng)作

跨接器動(dòng)作電壓定值為2 600 V。由于跨接器由2組反并聯(lián)可控硅組成，可消除轉(zhuǎn)子正、反方向的過電壓，所以試驗(yàn)可以有直流或交流電壓2種加壓方法。

a.加直流電壓模擬跨接器在轉(zhuǎn)子正、負(fù)電壓方向上的動(dòng)作

首先硅堆輸出按轉(zhuǎn)子回路正極性正常連接。調(diào)壓器從0開始逐步升高電壓，監(jiān)視錄波儀所顯示的電壓實(shí)時(shí)值，直至從波形上觀測到裝置動(dòng)作。試驗(yàn)所得如圖6所示。

圖6 金竹山電廠3號機(jī)直流作用下轉(zhuǎn)子正方向的跨接器動(dòng)作波形

該試驗(yàn)表明，由于硅堆的半波整流作用，直流電壓按轉(zhuǎn)子電壓正方向加于轉(zhuǎn)子回路。從波形圖可以看出，跨接器的動(dòng)作電壓約為2 591.6 V。

然后硅堆輸出按轉(zhuǎn)子回路負(fù)極性正常連接。調(diào)壓器從0開始逐步升高電壓，監(jiān)視錄波儀所顯示的電壓實(shí)時(shí)值，直至從波形上觀測到裝置動(dòng)作。試驗(yàn)所得如圖7所示。

圖7 金竹山電廠3號機(jī)直流作用下轉(zhuǎn)子負(fù)方向的跨接器動(dòng)作波形

直流電壓按轉(zhuǎn)子電壓負(fù)方向加于轉(zhuǎn)子回路。從波形圖可以看出，跨接器的動(dòng)作電壓約為2 578.2V。

b.加交流電壓模擬跨接器在轉(zhuǎn)子正、反方向同時(shí)動(dòng)作

在升壓變出口撤除整流硅堆，使交流電壓同時(shí)作用于轉(zhuǎn)子回路正、反方向。逐步升高調(diào)壓器電壓，監(jiān)視錄波儀顯示的電壓實(shí)時(shí)值，直至在錄波儀上觀察到裝置動(dòng)作。試驗(yàn)所得如圖8所示。

從波形圖可以看出，在交流電壓作用下，跨接器正、負(fù)方向元件都動(dòng)作了，動(dòng)作電壓約為±2 590 V。

圖8 金竹山電廠3號機(jī)交流作用下的跨接器動(dòng)作波形

3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

3.1 由于泄漏電流的存在，調(diào)壓器和升壓變要有足夠的容量。一般選擇6～10 kVA，且需帶過流保護(hù)。

3.2 要選擇正確的轉(zhuǎn)子電壓錄波檔位。

3.3 對于勵(lì)磁系統(tǒng)本體設(shè)備上安裝了轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的裝置，在試驗(yàn)前必須拔出保護(hù)裝置的保險(xiǎn)。

3.4 模擬外部故障直接導(dǎo)通跨接器試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)所加電壓必須按額定電壓值的大小施加。

3.5 現(xiàn)場監(jiān)視所加電壓幅值不能采用普通的直流電壓表。普通直流表采用的是平均值的方法計(jì)算電壓數(shù)值，而實(shí)際的動(dòng)作值為瞬時(shí)值，所以正確的做法是從錄波儀上讀取瞬時(shí)動(dòng)作電壓。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置作為一種電氣保護(hù)裝置，有其老化特性以及使用壽命，對裝置進(jìn)行定期的檢驗(yàn)是確保裝置正常工作的前提。湖南電科院對湖南省大唐發(fā)電集團(tuán)相關(guān)發(fā)電廠進(jìn)行了技術(shù)幫扶以及應(yīng)用推廣，實(shí)踐證明該方法不失為采用發(fā)電廠現(xiàn)有高壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行跨接器檢測的簡單實(shí)用、安全可靠的方法。

〔1〕李自淳，劉明行，夏維珞，等.百萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)滅磁兼過電壓保護(hù)研究〔J〕.大電機(jī)技術(shù)，2006，(4):56-59.

〔2〕蘇為民，史揚(yáng)，王衛(wèi)東，等.無開關(guān)滅磁實(shí)用技術(shù)〔J〕.中國電力，2008，41(12):36-38.

〔3〕孟凡超，吳龍.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)問答及事故分析〔M〕.北京:中國電力出版社，2008.