发电机转子过电压保护装置试验方法探讨

李大公，贺鹰

(1.湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007;2.大唐华银株洲发电有限公司，湖南株洲 412000)

随着我国电力建设的高速发展，发电机的单机容量不断增大，进口原装和组装的励磁装置及附带的发电机转子灭磁及过电压保护装置 (跨接器)占有比率越来越高。作为发电机主保护的转子过电压保护装置，一直是各发电集团和发电单位关注的重点〔1〕。为了保证发电机组转子过电压保护装置的可靠工作，就必须有一种简单、安全、可靠的跨接器检测方法。

1 转子过电压保护装置的工作原理

图1为瑞士ABBUNITROL－5000型励磁装置中跨接器实物图。

其基本电路及其原理是:1组正反向并联的可控硅串联1个放电电阻后再并联在励磁绕组两端，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量〔3〕。跨接器可代替灭磁开关的灭磁常闭触头，实现无触点能量释放。所以它具有灭磁和转子过电压保护2个功能。

图1 跨接器实物图

1.1 跨接器的电路构成

以ABBUNITROL－5000型励磁装置中的跨接器为例，跨接器一般由F02和A02两部分电路组成。F02由可控硅阀、电流传感器构成，串联灭磁电阻后跨接在转子两端，A02为跨接器过电压测量触发板。图2为跨接器接线示意图。

图2 跨接器接线示意图

1.2 跨接器的工作原理

在图2中，F02为可控硅阀，包含3个可控硅，其中V2，V3用于灭磁和反向过电压保护，V1用于转子正向过电压保护。T1为电流传感器，当可控硅跨接器导通时，电流传感器向调节器发出导通信号，由调节器进行相应逻辑处理。A02为跨接器过电压测量触发板，当A02检测到转子过压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用非线性电阻(一般过电压放电电阻和灭磁电阻共用)吸收过电压能量，图3为实物图。

图3 跨接器测量触发板实物图

如前所说，跨接器具有灭磁和转子过电压保护2个功能:①接到跳闸令时发出触发脉冲触发跨接器可控硅V3接入灭磁电阻，该功能对应于原磁场断路器的灭磁触头;②在转子因某种原因出现过电压时触发相应的跨接器V1，V2可控硅，也是防止第一功能失败的后备措施。

1.2.1 当需要灭磁时，励磁调节器或保护装置发出磁场断路器跳闸指令，该指令作用于跨接器触发回路，将灭磁可控硅V3的门极通接到转子负极，随后灭磁开关动作，将励磁绕组中的电流转移到跨接器回路中，由灭磁电阻消耗转子能量。

如果不能启动跨接器，磁场断路器将首先开断，产生弧压，转子电压方向翻转后加在触发板压敏器件BOD的两端，BOD导通，将励磁绕组中的电流迅速转移到跨接器回路中。

1.2.2 由于转子过压分正向过压和反向过压，所以T1传感器测量的电流也对应有2个方向。当转子反向过压或事故跳闸时，测量的电流方向为正;当正向过压时测量的电流方向为负。该电流的方向影响到励磁系统中2个保护的不同动作逻辑。

当机组运行时出现转子反向过压，过压值大于BOD值时，A02触发可控硅V2将碳化硅接入转子，将转子电压限制为碳化硅两端的电压，同时霍尔传感器T1检测电流经过，该电流显示值如果大于保护定值，系统发出“转子过压故障”信号，并跳开灭磁开关。

当机组出现滑极异步运行并造成转子正向过压，过压值大于BOD动作值时，A02触发可控硅V1将碳化硅接入转子，将转子电压限制为碳化硅两端的电压。同时霍尔传感器T1检测电流经过，送出信号给调节器，进行相应的逻辑处理。

2 转子过电压保护装置试验方法

2.1 试验目的及试验条件

2.1.1 试验目的:在发电机组定期检修或相关事故调查中，通过试验快速验证发电机转子过电压保护装置是否按逻辑要求动作以及实际测试出在过电压情况下的保护动作值。

2.1.2 试验条件:发电机停机，发电机转子碳刷完全解开;灭磁开关已经跳开;相关回路的绝缘检查合格;试验使用的调压器带电流保护功能，调压器、升压变、具有相应的容量及满足耐压要求;试验使用的转子电压录波仪器具有相应的电压记录或录波能力;其他相关安全措施已经落实。

2.2 试验实例

以大唐金竹山电厂600 MW 3号发电机的转子过电压保护检验为例进行说明。励磁系统采用瑞士ABBUNITROL－5000型励磁装置及其配套的跨接器，动作电压定值都为2 600 V。

(1)试验接线和试验设备

①试验接线

如图4所示。在接线时将图中跨接器从a，b两端与外回路断开;使用高压录波仪直接测量跨接器动作电压，可直接从图中A处接入录波仪;若使用示波器 (表)则需经过分压器从图中B处接入示波器 (表);分压器电阻Ry和Rx的比值一般取10 ∶1。

图4 跨接器试验接线

②试验设备

图中的调压器为ST－2000现场标准电源 (带可调过流保护的交流调压电源);图中的升压变为升压试验变压器，一般容量为6～10 kVA，变比为200 V/50 kV;升压后经硅堆半波整流;可直接使用高压录波仪测量跨接器动作电压波形。

(2)试验方法以及试验结果

①模拟直接跳灭磁开关条件下的跨接器动作

灭磁开关合上，缓慢升高调压器电压，录波仪所显示直流电压值，直至400 V。在AVR上把控制方式切换到就地，由试验人员在端子排上端节外部保护信号跳灭磁开关端子，模拟故障跳闸。波形如图5所示。

图5 直接跳灭磁开关

该试验表明，在外部跳闸条件下，跨接器无条件导通。

②模拟出现转子过电压情况下的跨接器动作

跨接器动作电压定值为2 600 V。由于跨接器由2组反并联可控硅组成，可消除转子正、反方向的过电压，所以试验可以有直流或交流电压2种加压方法。

a.加直流电压模拟跨接器在转子正、负电压方向上的动作

首先硅堆输出按转子回路正极性正常连接。调压器从0开始逐步升高电压，监视录波仪所显示的电压实时值，直至从波形上观测到装置动作。试验所得如图6所示。

图6 金竹山电厂3号机直流作用下转子正方向的跨接器动作波形

该试验表明，由于硅堆的半波整流作用，直流电压按转子电压正方向加于转子回路。从波形图可以看出，跨接器的动作电压约为2 591.6 V。

然后硅堆输出按转子回路负极性正常连接。调压器从0开始逐步升高电压，监视录波仪所显示的电压实时值，直至从波形上观测到装置动作。试验所得如图7所示。

图7 金竹山电厂3号机直流作用下转子负方向的跨接器动作波形

直流电压按转子电压负方向加于转子回路。从波形图可以看出，跨接器的动作电压约为2 578.2V。

b.加交流电压模拟跨接器在转子正、反方向同时动作

在升压变出口撤除整流硅堆，使交流电压同时作用于转子回路正、反方向。逐步升高调压器电压，监视录波仪显示的电压实时值，直至在录波仪上观察到装置动作。试验所得如图8所示。

从波形图可以看出，在交流电压作用下，跨接器正、负方向元件都动作了，动作电压约为±2 590 V。

图8 金竹山电厂3号机交流作用下的跨接器动作波形

3 试验注意事项

3.1 由于泄漏电流的存在，调压器和升压变要有足够的容量。一般选择6～10 kVA，且需带过流保护。

3.2 要选择正确的转子电压录波档位。

3.3 对于励磁系统本体设备上安装了转子接地保护的装置，在试验前必须拔出保护装置的保险。

3.4 模拟外部故障直接导通跨接器试验时，试验所加电压必须按额定电压值的大小施加。

3.5 现场监视所加电压幅值不能采用普通的直流电压表。普通直流表采用的是平均值的方法计算电压数值，而实际的动作值为瞬时值，所以正确的做法是从录波仪上读取瞬时动作电压。

4 结论

转子过电压保护装置作为一种电气保护装置，有其老化特性以及使用寿命，对装置进行定期的检验是确保装置正常工作的前提。湖南电科院对湖南省大唐发电集团相关发电厂进行了技术帮扶以及应用推广，实践证明该方法不失为采用发电厂现有高压试验设备进行跨接器检测的简单实用、安全可靠的方法。

〔1〕李自淳，刘明行，夏维珞，等.百万千瓦汽轮发电机灭磁兼过电压保护研究〔J〕.大电机技术，2006，(4):56-59.

〔2〕苏为民，史扬，王卫东，等.无开关灭磁实用技术〔J〕.中国电力，2008，41(12):36-38.

〔3〕孟凡超，吴龙.发电机励磁技术问答及事故分析〔M〕.北京:中国电力出版社，2008.