郭鴿文（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶武隆408506）

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一起轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板燒壞分析及回路優(yōu)化

郭鴿文
（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶武隆408506）

轉(zhuǎn)子是同步發(fā)電機的重要組成部分，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，在通入勵磁電流后，轉(zhuǎn)子在原動力的作用下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變的磁場，定子的三相繞組依次切割磁力線感應出大小相等、相差120°電角度的交流電動勢。鑒于轉(zhuǎn)子的重要性，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行保護就顯得特別重要，而對轉(zhuǎn)子傷害最大的就是轉(zhuǎn)子過電壓，過電壓將轉(zhuǎn)子絕緣擊穿而造成轉(zhuǎn)子短路。因此必須對轉(zhuǎn)子設計可靠的過電壓保護回路。

摘要：對銀盤水電站1號機組轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板燒壞進行了分析并對轉(zhuǎn)子過壓檢測回路進行了優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子；過電壓；過壓觸發(fā)板；燒壞；優(yōu)化

1銀盤水電站勵磁系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子過壓保護回路介紹

1.1勵磁系統(tǒng)簡介

銀盤水電站機組勵磁系統(tǒng)采用自并勵靜止全控可控硅勵磁，勵磁調(diào)節(jié)器由相互獨立的A、B套構(gòu)成，具有雙向跟蹤、無擾動切換功能。正常停機時采用逆變滅磁，機組事故時跳滅磁開關(guān)投入滅磁電阻滅磁。系統(tǒng)參數(shù)如表1：

表1　勵磁系統(tǒng)參數(shù)表

1.2轉(zhuǎn)子過壓保護回路簡介

銀盤水電站轉(zhuǎn)子過壓保護回路分為交流側(cè)過壓保護回路和直流側(cè)過壓保護回路（見圖1）。交流側(cè)過壓保護回路由電阻和電容組成，主要是吸收電網(wǎng)的尖峰過電壓，以保證可控硅整流后不出現(xiàn)過電壓；直流側(cè)過壓保護回路由電流互感器（60CT）、轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板（BOD）、晶閘管（60SCR）、二極管（60D1和60D2）及氧化性非線性電阻（60FR）組成。當轉(zhuǎn)子正向過電壓大于轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板定值（1 600 V）時，轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板發(fā)出控制脈沖使晶閘管（60SCR）導通而投入氧化性非線性電阻（60FR）消除轉(zhuǎn)子過電壓，導通的同時電流互感器二次繞組感應出電流報轉(zhuǎn)子過電壓動作報警，提醒運行人員；當正常運行過程中，滅磁開關(guān)跳閘，轉(zhuǎn)子兩端將感應出一個反向過電壓，當反向過電壓大于滅磁電壓（1 000 V）時，氧化性非線性電阻（60FR）導通，反向過電壓通過二極管（60D1和60D2）和氧化性非線性電阻（60FR）而被消除。

圖1　銀盤水電站轉(zhuǎn)子直流側(cè)過壓保護回路

2銀盤水電站1號機組轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板燒壞

2.1事故概述

銀盤水電站1號水輪發(fā)電機組（150 MW）在投運前帶90 MW負荷調(diào)試時，因水機保護誤動造成發(fā)電機出口開關(guān)跳閘同時計算機監(jiān)控系統(tǒng)向勵磁系統(tǒng)發(fā)逆變滅磁命令。此時因機組瞬間甩90 MW負荷，機組轉(zhuǎn)速升高，通過記錄查看最高轉(zhuǎn)速已超過120 %額定轉(zhuǎn)速。在發(fā)電機出口開關(guān)跳閘6 s后機端電壓已小于20 %額定電壓。但9 s后發(fā)電機勵磁系統(tǒng)報發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓動作告警，11 s后計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示機端電壓超過90 %額定電壓，此過程中造成勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過電壓保護觸發(fā)板燒損。后查看記錄，機端電壓超過了120 %額定電壓，轉(zhuǎn)子電流最高達到140.7 %額定轉(zhuǎn)子電流。

2.2事故分析

通過查看計算機監(jiān)控系統(tǒng)報告及勵磁系統(tǒng)在事故時的錄波波形，初步判斷為1號機組在事故甩負荷過程中，勵磁系統(tǒng)進行逆變滅磁，同時機組轉(zhuǎn)速升高而機端電壓頻率升高，隨著逆變滅磁的進行，機端電壓逐漸降低，當機端電壓降低到一定值時，系統(tǒng)無法采集到同步電壓而失去同步頻率，此時勵磁調(diào)節(jié)器將按50 Hz的默認同步頻率去發(fā)控制脈沖觸發(fā)晶閘管導通，但此時實際頻率已在60 Hz左右。由于機端電壓頻率與同步電壓頻率相差太大，導致觸發(fā)角度由逆變角度偏移至強勵角度而造成強勵，從而使機端電壓迅速上升，強勵過程中轉(zhuǎn)子過電壓觸發(fā)板始終動作，因強勵時間較長（超過3 s，圖2可以看出），轉(zhuǎn)子過電壓保護觸發(fā)板導通時間較長，導致轉(zhuǎn)子過電壓保護觸發(fā)板燒損。經(jīng)咨詢廠家，轉(zhuǎn)子過電壓保護板持續(xù)導通時間超過2～3 s就會損壞。

事故時勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器內(nèi)部能自動錄波，并通過查看波形可以看到事故時各電氣量的變化情況。事故時勵磁系統(tǒng)錄波圖如圖2所示。

圖2　事故時勵磁系統(tǒng)錄波圖形

為驗證事故原因，我們在靜態(tài)下進行了模擬甩負荷時的逆變試驗，以驗證同步電壓和頻率變化時對觸發(fā)角度的影響。試驗接線圖如圖3所示，圖3中調(diào)節(jié)器置定角度控制方式，負載阻值為200 Ω。

試驗開始前，先通過繼電保護測試儀（繼保儀）加入三相對稱電壓，對A、B套勵磁調(diào)節(jié)器的同步電壓模擬量通道進行了校驗，以檢驗機端電壓降低至多少時調(diào)節(jié)器將采集不到同步電壓。通過校驗發(fā)現(xiàn)當機端電壓下降至15 %額定電壓時兩套調(diào)節(jié)器無法采集到同步電壓。

圖3　模擬試驗接線圖

試驗中，我們首先將觸發(fā)角度置150°，繼電保護測試儀輸出恒定為50 V的三相對稱電壓模擬機端電壓和同步電壓，通過改變電壓頻率來測量可控硅整流后輸出的直流電壓，也就是滑線電阻負載兩端的直流電壓。試驗數(shù)據(jù)如表2。

表2　

接著我們將觸發(fā)角度置120°，繼電保護測試儀輸出恒定為50 V的三相對稱電壓模擬機端電壓和同步電壓，通過改變電壓頻率來測量可控硅整流后輸出的直流電壓，試驗數(shù)據(jù)如表3。

表3　

2.3試驗結(jié)果

通過試驗發(fā)現(xiàn)，勵磁系統(tǒng)誤強勵的原因與轉(zhuǎn)速過速存在一定因果關(guān)系。勵磁系統(tǒng)進入逆變狀態(tài)時，將勵磁系統(tǒng)控制在定角度運行方式，逆變角變?yōu)樽畲竽孀兘?50°。在逆變過程中當機端電壓下降至15 %額定電壓時勵磁調(diào)節(jié)器因采集不到同步電壓而失去同步頻率，調(diào)節(jié)器從而以50 Hz的默認同步頻率定時間的方式發(fā)出觸發(fā)脈沖，即找到同步電壓的零點后，再按20 ms的周波定時發(fā)出6個觸發(fā)脈沖。因此當機組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，實際觸發(fā)角度將發(fā)生偏移，由逆變狀態(tài)進入強勵狀態(tài)，這也是本次造成轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板燒壞的直接原因。而當逆變角度設為120°時，因距離180°的裕度較大，實際觸發(fā)角一直運行在逆變區(qū)，沒有發(fā)生誤強勵。

3逆變角修改及直流側(cè)過壓回路優(yōu)化

通過試驗分析及結(jié)果，最終確定對勵磁系統(tǒng)最大逆變角及轉(zhuǎn)子直流側(cè)過壓保護回路進行了優(yōu)化（見圖4）。將勵磁系統(tǒng)最大逆變角由150°修改為120°，在過壓檢測回路中加裝2個5.1 kΩ瓷管電阻，串聯(lián)接入轉(zhuǎn)子正極與過壓觸發(fā)板（BOD）的J1端子，防止過壓觸發(fā)時間過長，引起過壓觸發(fā)板過流燒毀以保護轉(zhuǎn)子過壓觸發(fā)板。修改最大逆變角及對轉(zhuǎn)子過壓檢測回路進行優(yōu)化后，再次對1號機組進行了甩90 MW負荷同時給勵磁系統(tǒng)逆變令，勵磁系統(tǒng)逆變正常，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過壓及觸發(fā)板燒壞現(xiàn)象。

圖4　優(yōu)化后的直流側(cè)轉(zhuǎn)子過壓保護回路

4結(jié)束語

同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓對轉(zhuǎn)子的傷害是毋庸置疑的，必須采取有效措施消除轉(zhuǎn)子過電壓以保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子。發(fā)電企業(yè)可根據(jù)自己電廠的實際情況采用合理的過壓保護回路及不同的保護方式組合或保護定值以達到保護轉(zhuǎn)子的目的。

參考文獻：

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[2]DL/T 583-2006大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件[S].

作者簡介：郭鴿文（1986-），男，助理工程師，從事設備保護工作。

收稿日期：2015-09-10

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.022

中圖分類號：TM862

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）03-0072-03