葉國(guó)根

（廣西桂冠電力股份有限公司廣源分公司，廣西 南寧 530000）

橫縣江南發(fā)電有限公司，原名西津水電廠。電廠位于西江流域的支流郁江上，座落于廣西橫縣縣城橫州鎮(zhèn)上游5 km 的西津村，是兼防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉等綜合效益的水電廠；也是我國(guó)第一座低水頭河床式徑流水電廠，該電廠于1958 年動(dòng)工，4 臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組分別于1964 年、1966 年、1975 年、1979 年投產(chǎn)發(fā)電，總裝機(jī)容量為234.4 MW。在2004 年對(duì)1 號(hào)機(jī)組進(jìn)行增容改造，改造后1 號(hào)機(jī)容量由原來(lái)的57.2 MW 增加到65 MW，2017 年對(duì)3 號(hào)機(jī)進(jìn)行增容改造，改造后3 號(hào)機(jī)容量由原來(lái)的60 MW 增加到62.5 MW。該單位1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)均為廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品，3 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)為南瑞公司產(chǎn)品。

1 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器在勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)壓保護(hù)中的作用

勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組定轉(zhuǎn)子事故停機(jī)時(shí)，磁場(chǎng)斷路器應(yīng)能在機(jī)端三相短路、最大磁場(chǎng)電壓及空載誤強(qiáng)勵(lì)等嚴(yán)重滅磁工況下獨(dú)立、成功地?cái)嚅_(kāi)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流[1]，滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)并將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻上。因發(fā)電機(jī)的非全相或非同期狀態(tài)合閘等原因會(huì)使發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行或大滑差異步運(yùn)行[2]，此時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生過(guò)電壓，過(guò)電壓能量如無(wú)法快速釋放消納，此時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓將會(huì)擊穿轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。當(dāng)發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路中產(chǎn)生正向過(guò)電壓，此時(shí)安裝在轉(zhuǎn)子滅磁回路中的正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 將動(dòng)作觸發(fā)KPT 可控硅元件，接通耗能電阻單元FR2，消納過(guò)電壓能量；而轉(zhuǎn)子回路的反向過(guò)電壓則直接經(jīng)過(guò)D1 二極管接入耗能電阻吸能，以可靠保護(hù)轉(zhuǎn)子絕緣。

圖1 滅磁過(guò)壓保護(hù)原理圖

圖2 為本單位滅磁回路原理圖，其中，正向滅磁過(guò)壓保護(hù)回路由非線性滅磁電阻FR2、線性電阻R2負(fù)責(zé)消納過(guò)電壓能量，線性電阻R、正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 則為過(guò)電壓檢測(cè)回路、可控硅KPT、二極管D1 為正反向過(guò)電壓時(shí)的選擇通道；D1 在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)反向過(guò)電壓時(shí)作為FR2 的導(dǎo)通回路，線性電阻R和正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 配合觸發(fā)可控硅KPT 啟動(dòng)正向過(guò)壓保護(hù)回路。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生較大正向過(guò)電壓，圖2 中線性電阻R 和CF 所組成的過(guò)電壓測(cè)量回路將導(dǎo)通，發(fā)出觸發(fā)脈沖，可控硅KPT 導(dǎo)通，F(xiàn)R2 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，消納轉(zhuǎn)子正向過(guò)電壓能量，保護(hù)轉(zhuǎn)子不受損害。當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生反向過(guò)電壓時(shí)，D2 支路即投入工作。此時(shí)，滅磁電阻經(jīng)D1 和D2 導(dǎo)通，消納轉(zhuǎn)子過(guò)電壓能量，確保轉(zhuǎn)子安全運(yùn)行。

綜上分析，正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 在勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁回路中主要作用是監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓、發(fā)出觸發(fā)脈沖，導(dǎo)通可控硅KPT，使FR2 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，消納發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓能量，最終保護(hù)轉(zhuǎn)子不受損害。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如若正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 定值偏移，則會(huì)導(dǎo)致滅磁回路拒動(dòng)或者誤動(dòng)作，嚴(yán)重情況下則會(huì)因?yàn)榫軇?dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過(guò)壓燒毀，并引發(fā)定子掃膛等嚴(yán)重后果。因此，每年機(jī)組檢修正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 定值校驗(yàn)工作都是一項(xiàng)非常重要的試驗(yàn)。

2 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器常規(guī)校驗(yàn)方法

以往機(jī)組檢修中，正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 校驗(yàn)用多功能測(cè)試儀在滅磁盤(pán)柜上測(cè)量R1、R2、R-1、R-2、CF 的電阻值；用可調(diào)直流電源、限流電阻、直流毫安表等接成的試驗(yàn)電路對(duì)電子保持器（DB）的觸發(fā)電流、可控硅（KPT）和觸發(fā)器（CF）的觸發(fā)電流（過(guò)壓保護(hù)定值）進(jìn)行測(cè)試。正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）的觸發(fā)電流在285～330 mA 為合格（根據(jù)不同機(jī)組參數(shù)不同），可控硅KPT 的觸發(fā)電流在120～130 mA 為合格。

3 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 校驗(yàn)改進(jìn)方法的提出

滅磁過(guò)壓保護(hù)回路中，正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF為轉(zhuǎn)子正向過(guò)壓保護(hù)回路啟動(dòng)元件，CF 正確工作與否決定轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路正常工作可靠性。所以，務(wù)必要對(duì)CF 進(jìn)行校驗(yàn)，保證其性能滿足工作需要。然而滅磁過(guò)壓保護(hù)柜KPT、CF 元器件校驗(yàn)均在滅磁柜內(nèi)進(jìn)行，有如下缺點(diǎn)：

（1）本校驗(yàn)工作在滅磁柜內(nèi)進(jìn)行，滅磁柜內(nèi)元器件較多，試驗(yàn)中存在觸電傷害隱患。

（2）需按圖將相應(yīng)接線甩出、接入相應(yīng)設(shè)備及接線。存在甩線、上線錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，并存在設(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)隱患。

（3）可控硅KPT 經(jīng)限流電阻接于直流電壓中，若限流電阻故障或其他原因?qū)е孪蘖麟娮瓒搪?，將燒毀試?yàn)裝置或逆變裝置，存在人員觸電和設(shè)備燒毀的隱患。

（4）因校驗(yàn)工作在滅磁柜內(nèi)進(jìn)行，如機(jī)組投運(yùn)中勵(lì)磁裝置過(guò)壓保護(hù)正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 損壞，需進(jìn)行備品試驗(yàn)，則須申請(qǐng)中調(diào)將機(jī)組退備，降低機(jī)組利用小時(shí)指標(biāo)，存在棄水事故隱患。為了安全可靠開(kāi)展正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器校驗(yàn)工作，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滅磁過(guò)壓保護(hù)柜KPT、CF 校驗(yàn)電路簡(jiǎn)圖（圖3）結(jié)合實(shí)際研究出一套安全、更高效的校驗(yàn)裝置。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)滅磁過(guò)壓保護(hù)柜KPT、CF 校驗(yàn)電路

圖4 常規(guī)正向滅磁過(guò)壓保護(hù)校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)接線圖（需要在現(xiàn)場(chǎng)滅磁柜進(jìn)行）

本實(shí)施例的正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器試驗(yàn)專用裝置包括：調(diào)壓器T、整流器U、電流表PA、限流電阻R、可控硅KP 以及對(duì)線燈（圖5）。

圖5 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）試驗(yàn)專用裝置原理圖

圖6 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）試驗(yàn)專用裝置實(shí)物圖

圖7 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)校驗(yàn)裝置接線圖

調(diào)壓器T、整流器U、電流表PA 和限流電阻R組成直流輸出電路，用于將220 V 交流電變壓、整流后輸出。調(diào)壓器T 輸入端通過(guò)刀閘SQP 后接220 V交流電，輸出端接整流器U；整流器U 將變壓后的交流電整流為直流電，然后輸出給電流表PA、限流電阻R 和正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF。電流表PA 與限流電阻R 串聯(lián)，電流表PA 用于檢測(cè)整流后輸出的電流，限流電阻R 的阻值為30 Ω。限流電阻R輸出接正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF。正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 輸出端與可控硅KP 控制極耦合，對(duì)線燈耦合在可控硅的陽(yáng)極和陰極之間。對(duì)線燈包括串聯(lián)的電源E1 和燈泡HL1。

工作時(shí)，由小到大逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器T 的輸出電壓和輸出電流，當(dāng)整流器U 整流后輸出的電流達(dá)到正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 的實(shí)際觸發(fā)電流時(shí)，正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 輸出端輸出小電流信號(hào)至可控硅KP 的控制極，可控硅KP 陽(yáng)極和陰極導(dǎo)通，電源E1 和燈泡HL1 通路，燈泡HL1 亮，記錄電流表PA讀數(shù)，將該讀數(shù)與正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 的額定觸發(fā)電流比較，如果該讀數(shù)在額定范圍內(nèi)，則表明該正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 符合要求，如果該讀數(shù)在額定范圍以外，則表明該正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF存在問(wèn)題，應(yīng)該及時(shí)更換。

4 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 校驗(yàn)改進(jìn)方法優(yōu)勢(shì)分析

制作裝置后，滅磁過(guò)壓保護(hù)柜KPT、CF 元器件校驗(yàn)均在滅磁柜外進(jìn)行，有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本校驗(yàn)工作在滅磁柜外進(jìn)行，不存在誤碰滅磁柜內(nèi)元器件風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)中無(wú)觸電傷害隱患。

（2）無(wú)需進(jìn)行甩線、上線工作。只需將在用CF或備用CF 插入專用裝置即可進(jìn)行校驗(yàn)，不存在甩線、上線錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，更不存在設(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)隱患。

（3）裝置校驗(yàn)接線簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。

（4）校驗(yàn)數(shù)據(jù)一目了然，無(wú)需換算，提高效率。

（5）用對(duì)線燈驗(yàn)證可控硅導(dǎo)通情況，既安全又明顯。

（6）制作本裝置后，勵(lì)磁裝置過(guò)壓保護(hù)正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器CF 可隨時(shí)隨地進(jìn)行校驗(yàn)，無(wú)須申請(qǐng)中調(diào)將機(jī)組退備，不存在降低機(jī)組利用小時(shí)指標(biāo)、棄水事故隱患等風(fēng)險(xiǎn)。

5 正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）校驗(yàn)改進(jìn)方法正確性、可靠性驗(yàn)證

在進(jìn)行正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）試驗(yàn)專用裝置組裝后，為證實(shí)裝置的正確性和可靠性，經(jīng)過(guò)2011～2019 年機(jī)組檢修試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)比原校驗(yàn)方法和改進(jìn)校驗(yàn)方法所測(cè)得數(shù)據(jù)一致，證明正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）試驗(yàn)專用裝置具有良好的可行性和可靠性，通過(guò)專用裝置校驗(yàn)正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）比原校驗(yàn)方法更簡(jiǎn)易、安全，更能保障機(jī)組備品備件在更換周期內(nèi)校驗(yàn)的實(shí)時(shí)性，最終保障機(jī)組滅磁系統(tǒng)故障處理的快速性和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)多年論證，西津電廠自2011 年至今，機(jī)組檢修中正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）校驗(yàn)工作均由專用裝置完成校驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

正向滅磁過(guò)壓保護(hù)器（CF）校驗(yàn)方法的改進(jìn)是基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際校驗(yàn)電路圖建模后，根據(jù)模型組裝試驗(yàn)裝置，進(jìn)而驗(yàn)證裝置校驗(yàn)的正確性和可靠性，其研發(fā)探析過(guò)程思維可延伸于其他迫于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境及技術(shù)條件不便開(kāi)展工作的試驗(yàn)內(nèi)容，具有較高的推廣價(jià)值。