大朝山电厂励磁系统过电压及保护配置阐述

2020-04-13罗海龙

通信电源技术 2020年4期

罗海龙

（国投云南大朝山水电有限公司，云南昆明 650213）

0 引言

大朝山水电站位于云南省西部澜沧江中下游河段，起到衔接漫湾电站与糯扎渡电站的重要作用，大坝右岸的地下厂房共设计安装有6 台混流式水轮发电机组，每台发电机组额定容量为225 MW，总装机容量为 1 350 MW，现已成为云南电网主要调峰调频电厂之一。发电机励磁系统采用三相晶闸管全控桥式整流励磁系统，具备直流起励、它励及自并励起励方式，励磁系统包含广东顺德特种变压器厂生产的励磁变变压器、三相晶闸管全控桥式整流。

本文阐述的励磁系统过电压，不包括励磁系统故障误强励和机组甩负荷等情况下，由于发电机机端电压升高在励磁系统交流电源出现的工频过电压。

1 励磁系统过电压原因

1.1 晶闸管换相关断过电压

晶闸管换相关断、触发回路或晶闸管故障。

1.2 励磁变压器操作过电压

励磁变压器投入突加电压时，由高压绕组与电压绕组间电容及低压绕组与铁芯电容的耦合，以及由高压绕组漏抗与电压绕组分布电容组成振荡电路的瞬变过程，使低压绕组产生过电压。励磁变压器从高压侧断开时，由于励磁电流及与其成正比的磁通量突然消失，使变压器绕组产生瞬态过电压，可达正常峰值电压的4～5 倍。磁场断路器跳闸时，由于负载电流突变为零，使励磁变压器绕组产生过电压。

1.3 电力系统的开关操作及雷击过电压

电力系统的断路器及隔离开关操作及雷击等产生的过电压，以电容或磁耦方式传递给励磁变压器低压绕组和整流器。

1.4 发电机在失步、非全相和机端短路等故障情况下产生过电压

在发电机发生失步时，转子在转差下异步运行，与由定子电流产生的旋转磁场继续做相对运动，切割磁力线产生过电压。发电机非全相或者两间短路时，定子的负序电流在发电机转子定子间的气隙磁场中形成速率等于同步转速但旋转方向相反的负序旋转磁场，以两倍的同步转速与以同步转速的转子相对运动，使转子产生感应出反方向的100 Hz 电流，该电流经过发电机转子磁极和槽楔，最终在转子端部附近沿周界形成闭合电流回路，造成转子表面局部灼伤，损坏转子绝缘，被称为“负序电流烧机”。

2 过电压保护配置情况

图1 机组主系统图

针对章节1.3 和章节1.4 提出的过电压产生的情况，采用的解决办法是：在励磁变高压侧断路器的变压器保护配置有中性点经“放电间隙接地+避雷器+间隙零序保护”和中性点“直接接地+零序电流保护”的保护设计，可以可靠有效应对操作和发生雷击时产生的过电压。

针对章节1.1 提出的晶闸管换相关断过电压情况，采用的解决办法是：（1）在励磁功率柜整流桥每臂均设置阻容吸收保护，在过电压回路中可以作为常规过电压及浪涌吸收元件使用，图2 为阻容式过电压保护接线图；（2）在发电机转子回路中装设过电压保护，图3 为大朝山电厂转子过电压保护接线图。

转子过电压保护与灭磁共用非线性电阻RV1、RV2，过电压保护由可控硅触发器（TR1、TR2），正向和反向晶闸管开关（V1、V2、V3、V4，也称为跨接器）、非线性电阻及保护动作信号传输设备（CT1、CT2电流继电器动作于发信）。转子过电压包括功率柜侧过电压和转子侧过电压，其动作原理（以转子侧过电压为例）：在转子侧发生正向过电压时，可控硅触发器动作使电子开关V1接通投入非线性电阻，反向过电压时接通V2，过电压保护动作后信号由电流继电器CT1和CT2接出，由非线性电阻的限压特性将转子回路的电压限制到要求水平，以保证发电机转子、励磁系统功率整流器及相关元器件的安全。整流柜侧原理于转子侧一致。