一起转子过压触发板烧坏分析及回路优化

2016-04-25郭鸽文重庆大唐国际武隆水电开发有限公司重庆武隆408506

水电站机电技术 2016年3期

郭鸽文（重庆大唐国际武隆水电开发有限公司，重庆武隆408506）

一起转子过压触发板烧坏分析及回路优化

郭鸽文
（重庆大唐国际武隆水电开发有限公司，重庆武隆408506）

转子是同步发电机的重要组成部分，转子上有励磁绕组，在通入励磁电流后，转子在原动力的作用下旋转产生交变的磁场，定子的三相绕组依次切割磁力线感应出大小相等、相差120°电角度的交流电动势。鉴于转子的重要性，对发电机转子进行保护就显得特别重要，而对转子伤害最大的就是转子过电压，过电压将转子绝缘击穿而造成转子短路。因此必须对转子设计可靠的过电压保护回路。

摘要：对银盘水电站1号机组转子过压触发板烧坏进行了分析并对转子过压检测回路进行了优化。

关键词：转子；过电压；过压触发板；烧坏；优化

1银盘水电站励磁系统及转子过压保护回路介绍

1.1励磁系统简介

银盘水电站机组励磁系统采用自并励静止全控可控硅励磁，励磁调节器由相互独立的A、B套构成，具有双向跟踪、无扰动切换功能。正常停机时采用逆变灭磁，机组事故时跳灭磁开关投入灭磁电阻灭磁。系统参数如表1：

表1　励磁系统参数表

1.2转子过压保护回路简介

银盘水电站转子过压保护回路分为交流侧过压保护回路和直流侧过压保护回路（见图1）。交流侧过压保护回路由电阻和电容组成，主要是吸收电网的尖峰过电压，以保证可控硅整流后不出现过电压；直流侧过压保护回路由电流互感器（60CT）、转子过压触发板（BOD）、晶闸管（60SCR）、二极管（60D1和60D2）及氧化性非线性电阻（60FR）组成。当转子正向过电压大于转子过压触发板定值（1 600 V）时，转子过压触发板发出控制脉冲使晶闸管（60SCR）导通而投入氧化性非线性电阻（60FR）消除转子过电压，导通的同时电流互感器二次绕组感应出电流报转子过电压动作报警，提醒运行人员；当正常运行过程中，灭磁开关跳闸，转子两端将感应出一个反向过电压，当反向过电压大于灭磁电压（1 000 V）时，氧化性非线性电阻（60FR）导通，反向过电压通过二极管（60D1和60D2）和氧化性非线性电阻（60FR）而被消除。

图1　银盘水电站转子直流侧过压保护回路

2银盘水电站1号机组转子过压触发板烧坏

2.1事故概述

银盘水电站1号水轮发电机组（150 MW）在投运前带90 MW负荷调试时，因水机保护误动造成发电机出口开关跳闸同时计算机监控系统向励磁系统发逆变灭磁命令。此时因机组瞬间甩90 MW负荷，机组转速升高，通过记录查看最高转速已超过120 %额定转速。在发电机出口开关跳闸6 s后机端电压已小于20 %额定电压。但9 s后发电机励磁系统报发电机转子过电压动作告警，11 s后计算机监控系统显示机端电压超过90 %额定电压，此过程中造成励磁系统转子过电压保护触发板烧损。后查看记录，机端电压超过了120 %额定电压，转子电流最高达到140.7 %额定转子电流。

2.2事故分析

通过查看计算机监控系统报告及励磁系统在事故时的录波波形，初步判断为1号机组在事故甩负荷过程中，励磁系统进行逆变灭磁，同时机组转速升高而机端电压频率升高，随着逆变灭磁的进行，机端电压逐渐降低，当机端电压降低到一定值时，系统无法采集到同步电压而失去同步频率，此时励磁调节器将按50 Hz的默认同步频率去发控制脉冲触发晶闸管导通，但此时实际频率已在60 Hz左右。由于机端电压频率与同步电压频率相差太大，导致触发角度由逆变角度偏移至强励角度而造成强励，从而使机端电压迅速上升，强励过程中转子过电压触发板始终动作，因强励时间较长（超过3 s，图2可以看出），转子过电压保护触发板导通时间较长，导致转子过电压保护触发板烧损。经咨询厂家，转子过电压保护板持续导通时间超过2～3 s就会损坏。

事故时励磁系统调节器内部能自动录波，并通过查看波形可以看到事故时各电气量的变化情况。事故时励磁系统录波图如图2所示。

图2　事故时励磁系统录波图形

为验证事故原因，我们在静态下进行了模拟甩负荷时的逆变试验，以验证同步电压和频率变化时对触发角度的影响。试验接线图如图3所示，图3中调节器置定角度控制方式，负载阻值为200 Ω。

试验开始前，先通过继电保护测试仪（继保仪）加入三相对称电压，对A、B套励磁调节器的同步电压模拟量通道进行了校验，以检验机端电压降低至多少时调节器将采集不到同步电压。通过校验发现当机端电压下降至15 %额定电压时两套调节器无法采集到同步电压。

图3　模拟试验接线图

试验中，我们首先将触发角度置150°，继电保护测试仪输出恒定为50 V的三相对称电压模拟机端电压和同步电压，通过改变电压频率来测量可控硅整流后输出的直流电压，也就是滑线电阻负载两端的直流电压。试验数据如表2。

表2　

接着我们将触发角度置120°，继电保护测试仪输出恒定为50 V的三相对称电压模拟机端电压和同步电压，通过改变电压频率来测量可控硅整流后输出的直流电压，试验数据如表3。

表3　

2.3试验结果

通过试验发现，励磁系统误强励的原因与转速过速存在一定因果关系。励磁系统进入逆变状态时，将励磁系统控制在定角度运行方式，逆变角变为最大逆变角150°。在逆变过程中当机端电压下降至15 %额定电压时励磁调节器因采集不到同步电压而失去同步频率，调节器从而以50 Hz的默认同步频率定时间的方式发出触发脉冲，即找到同步电压的零点后，再按20 ms的周波定时发出6个触发脉冲。因此当机组转速发生变化时，实际触发角度将发生偏移，由逆变状态进入强励状态，这也是本次造成转子过压触发板烧坏的直接原因。而当逆变角度设为120°时，因距离180°的裕度较大，实际触发角一直运行在逆变区，没有发生误强励。

3逆变角修改及直流侧过压回路优化

通过试验分析及结果，最终确定对励磁系统最大逆变角及转子直流侧过压保护回路进行了优化（见图4）。将励磁系统最大逆变角由150°修改为120°，在过压检测回路中加装2个5.1 kΩ瓷管电阻，串联接入转子正极与过压触发板（BOD）的J1端子，防止过压触发时间过长，引起过压触发板过流烧毁以保护转子过压触发板。修改最大逆变角及对转子过压检测回路进行优化后，再次对1号机组进行了甩90 MW负荷同时给励磁系统逆变令，励磁系统逆变正常，未出现转子过压及触发板烧坏现象。