郭鴿文（重慶大唐國(guó)際武隆水電開(kāi)發(fā)有限公司，重慶武隆408506）

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一起轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板燒壞分析及回路優(yōu)化

郭鴿文
（重慶大唐國(guó)際武隆水電開(kāi)發(fā)有限公司，重慶武隆408506）

轉(zhuǎn)子是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組，在通入勵(lì)磁電流后，轉(zhuǎn)子在原動(dòng)力的作用下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，定子的三相繞組依次切割磁力線感應(yīng)出大小相等、相差120°電角度的交流電動(dòng)勢(shì)。鑒于轉(zhuǎn)子的重要性，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行保護(hù)就顯得特別重要，而對(duì)轉(zhuǎn)子傷害最大的就是轉(zhuǎn)子過(guò)電壓，過(guò)電壓將轉(zhuǎn)子絕緣擊穿而造成轉(zhuǎn)子短路。因此必須對(duì)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)可靠的過(guò)電壓保護(hù)回路。

摘要：對(duì)銀盤(pán)水電站1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板燒壞進(jìn)行了分析并對(duì)轉(zhuǎn)子過(guò)壓檢測(cè)回路進(jìn)行了優(yōu)化。

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

1銀盤(pán)水電站勵(lì)磁系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子過(guò)壓保護(hù)回路介紹

1.1勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介

銀盤(pán)水電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用自并勵(lì)靜止全控可控硅勵(lì)磁，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由相互獨(dú)立的A、B套構(gòu)成，具有雙向跟蹤、無(wú)擾動(dòng)切換功能。正常停機(jī)時(shí)采用逆變滅磁，機(jī)組事故時(shí)跳滅磁開(kāi)關(guān)投入滅磁電阻滅磁。系統(tǒng)參數(shù)如表1：

表1　勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)表

1.2轉(zhuǎn)子過(guò)壓保護(hù)回路簡(jiǎn)介

銀盤(pán)水電站轉(zhuǎn)子過(guò)壓保護(hù)回路分為交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路和直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路（見(jiàn)圖1）。交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路由電阻和電容組成，主要是吸收電網(wǎng)的尖峰過(guò)電壓，以保證可控硅整流后不出現(xiàn)過(guò)電壓；直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路由電流互感器（60CT）、轉(zhuǎn)子過(guò)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(dāng)轉(zhuǎn)子正向過(guò)電壓大于轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板定值（1 600 V）時(shí)，轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板發(fā)出控制脈沖使晶閘管（60SCR）導(dǎo)通而投入氧化性非線性電阻（60FR）消除轉(zhuǎn)子過(guò)電壓，導(dǎo)通的同時(shí)電流互感器二次繞組感應(yīng)出電流報(bào)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓動(dòng)作報(bào)警，提醒運(yùn)行人員；當(dāng)正常運(yùn)行過(guò)程中，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，轉(zhuǎn)子兩端將感應(yīng)出一個(gè)反向過(guò)電壓，當(dāng)反向過(guò)電壓大于滅磁電壓（1 000 V）時(shí)，氧化性非線性電阻（60FR）導(dǎo)通，反向過(guò)電壓通過(guò)二極管（60D1和60D2）和氧化性非線性電阻（60FR）而被消除。

圖1　銀盤(pán)水電站轉(zhuǎn)子直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路

2銀盤(pán)水電站1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板燒壞

2.1事故概述

銀盤(pán)水電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組（150 MW）在投運(yùn)前帶90 MW負(fù)荷調(diào)試時(shí)，因水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)造成發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘同時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)逆變滅磁命令。此時(shí)因機(jī)組瞬間甩90 MW負(fù)荷，機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，通過(guò)記錄查看最高轉(zhuǎn)速已超過(guò)120 %額定轉(zhuǎn)速。在發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘6 s后機(jī)端電壓已小于20 %額定電壓。但9 s后發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓動(dòng)作告警，11 s后計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)顯示機(jī)端電壓超過(guò)90 %額定電壓，此過(guò)程中造成勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)觸發(fā)板燒損。后查看記錄，機(jī)端電壓超過(guò)了120 %額定電壓，轉(zhuǎn)子電流最高達(dá)到140.7 %額定轉(zhuǎn)子電流。

2.2事故分析

通過(guò)查看計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)告及勵(lì)磁系統(tǒng)在事故時(shí)的錄波波形，初步判斷為1號(hào)機(jī)組在事故甩負(fù)荷過(guò)程中，勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行逆變滅磁，同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高而機(jī)端電壓頻率升高，隨著逆變滅磁的進(jìn)行，機(jī)端電壓逐漸降低，當(dāng)機(jī)端電壓降低到一定值時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法采集到同步電壓而失去同步頻率，此時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將按50 Hz的默認(rèn)同步頻率去發(fā)控制脈沖觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，但此時(shí)實(shí)際頻率已在60 Hz左右。由于機(jī)端電壓頻率與同步電壓頻率相差太大，導(dǎo)致觸發(fā)角度由逆變角度偏移至強(qiáng)勵(lì)角度而造成強(qiáng)勵(lì)，從而使機(jī)端電壓迅速上升，強(qiáng)勵(lì)過(guò)程中轉(zhuǎn)子過(guò)電壓觸發(fā)板始終動(dòng)作，因強(qiáng)勵(lì)時(shí)間較長(zhǎng)（超過(guò)3 s，圖2可以看出），轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)觸發(fā)板導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)觸發(fā)板燒損。經(jīng)咨詢廠家，轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)板持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)2～3 s就會(huì)損壞。

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

圖2　事故時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)錄波圖形

為驗(yàn)證事故原因，我們?cè)陟o態(tài)下進(jìn)行了模擬甩負(fù)荷時(shí)的逆變?cè)囼?yàn)，以驗(yàn)證同步電壓和頻率變化時(shí)對(duì)觸發(fā)角度的影響。試驗(yàn)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(fù)載阻值為200 Ω。

試驗(yàn)開(kāi)始前，先通過(guò)繼電保護(hù)測(cè)試儀（繼保儀）加入三相對(duì)稱電壓，對(duì)A、B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的同步電壓模擬量通道進(jìn)行了校驗(yàn)，以檢驗(yàn)機(jī)端電壓降低至多少時(shí)調(diào)節(jié)器將采集不到同步電壓。通過(guò)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)端電壓下降至15 %額定電壓時(shí)兩套調(diào)節(jié)器無(wú)法采集到同步電壓。

圖3　模擬試驗(yàn)接線圖

試驗(yàn)中，我們首先將觸發(fā)角度置150°，繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出恒定為50 V的三相對(duì)稱電壓模擬機(jī)端電壓和同步電壓，通過(guò)改變電壓頻率來(lái)測(cè)量可控硅整流后輸出的直流電壓，也就是滑線電阻負(fù)載兩端的直流電壓。試驗(yàn)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(hù)測(cè)試儀輸出恒定為50 V的三相對(duì)稱電壓模擬機(jī)端電壓和同步電壓，通過(guò)改變電壓頻率來(lái)測(cè)量可控硅整流后輸出的直流電壓，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3　

2.3試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁系統(tǒng)誤強(qiáng)勵(lì)的原因與轉(zhuǎn)速過(guò)速存在一定因果關(guān)系。勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)入逆變狀態(tài)時(shí)，將勵(lì)磁系統(tǒng)控制在定角度運(yùn)行方式，逆變角變?yōu)樽畲竽孀兘?50°。在逆變過(guò)程中當(dāng)機(jī)端電壓下降至15 %額定電壓時(shí)勵(lì)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(rèn)同步頻率定時(shí)間的方式發(fā)出觸發(fā)脈沖，即找到同步電壓的零點(diǎn)后，再按20 ms的周波定時(shí)發(fā)出6個(gè)觸發(fā)脈沖。因此當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，實(shí)際觸發(fā)角度將發(fā)生偏移，由逆變狀態(tài)進(jìn)入強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，這也是本次造成轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板燒壞的直接原因。而當(dāng)逆變角度設(shè)為120°時(shí)，因距離180°的裕度較大，實(shí)際觸發(fā)角一直運(yùn)行在逆變區(qū)，沒(méi)有發(fā)生誤強(qiáng)勵(lì)。

3逆變角修改及直流側(cè)過(guò)壓回路優(yōu)化

通過(guò)試驗(yàn)分析及結(jié)果，最終確定對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)最大逆變角及轉(zhuǎn)子直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)回路進(jìn)行了優(yōu)化（見(jiàn)圖4）。將勵(lì)磁系統(tǒng)最大逆變角由150°修改為120°，在過(guò)壓檢測(cè)回路中加裝2個(gè)5.1 kΩ瓷管電阻，串聯(lián)接入轉(zhuǎn)子正極與過(guò)壓觸發(fā)板（BOD）的J1端子，防止過(guò)壓觸發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起過(guò)壓觸發(fā)板過(guò)流燒毀以保護(hù)轉(zhuǎn)子過(guò)壓觸發(fā)板。修改最大逆變角及對(duì)轉(zhuǎn)子過(guò)壓檢測(cè)回路進(jìn)行優(yōu)化后，再次對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行了甩90 MW負(fù)荷同時(shí)給勵(lì)磁系統(tǒng)逆變令，勵(lì)磁系統(tǒng)逆變正常，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過(guò)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(guò)壓保護(hù)回路

4結(jié)束語(yǔ)

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓對(duì)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(guò)電壓以保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。發(fā)電企業(yè)可根據(jù)自己電廠的實(shí)際情況采用合理的過(guò)壓保護(hù)回路及不同的保護(hù)方式組合或保護(hù)定值以達(dá)到保護(hù)轉(zhuǎn)子的目的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：郭鴿文（1986-），男，助理工程師，從事設(shè)備保護(hù)工作。

收稿日期：2015-09-10

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.022

中圖分類號(hào)：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）03-0072-03