发电机投电制动时转子过电压分析

2022-01-11廖慧敏

水电与新能源 2021年12期

廖慧敏

(国网湖北黄龙滩电厂，湖北十堰 442000)

黄龙滩电厂的3、4号机组老电制动为北京机械工业自动化研究所制造的JZT-4/P23型可编程电气制动系统，从2004年年投产以来，已经运行近15年，随着设备的老化，电制动的故障率也有明显的上升。因此，2019年，对3、4号机组电制动进行了改造，电制动一直是黄龙滩电厂机组制动的主要方式，而机械制动只是一种辅助制动方式。新电制动设计也沿用了老电制动的运行方式，只是增加了一些防误动闭锁功能，不同的是，电制动改造时，励磁系统也同时进行了改造，为防止发电机转子过电压整定值过高伤害发电机转子，在励磁系统跨接器转子过电压由原来1 400 V，整定为1 200 V。在投运后，发电机停机过程中，电制动投入过程中，电制动短路开关合闸瞬间，出现转子过电压报警信号，本文对电制动短路开关合闸瞬间转子产生高电压的原因进行了分析，并提出解决的办法。

1 发电机转子过电压保护跨接器的动作原理

励磁系统转子侧跨接器主接线如图1所示，发电机组正常停机时，灭磁开关FCB不跳开，通过励磁调节器逆变令，将转子剩余能量通过功率柜转移至系统进行消耗，当出现电气事故时，FCB跳闸，转子剩余能量通过6001、6002至氧化锌阀片(800 V)，消耗剩余能量，这是反向过电压，纯粹由氧化阀片定值决定，当转子正向过电压时，需要通过可控硅控制决定，此时过电压动作原理为，过电压触发检测转子正负极电压达到1 200 V，发出可控硅控制信号，将可控硅打开，通过氧化锌阀片，可控硅，将电压限定在800 V(氧化性阀片整定为800 V)，转子两侧电压立即降到800 V左右，这样保护转子电压不超出1 200 V，保护转子绝缘。

图1 励磁系统跨接器接线图

2 电制动动作流程

黄龙滩电厂的3、4号机组电制动动作顺序为，当机组转速下降到60%Ne时，没有发电机电气事故信号、发电机出口断路器开关在分情况下，收到计算机监控下发的启动电制动令时，电制动开始启动，分FMK，合上发电机短路开关GNK，检测GNK三相在合，满足此条件情况下。合上电制动变ZTK，合上制动灭磁开关ZMK，开始进行电制动。电制动电源采用厂用电400 V交流电源，经过变压器降压160 V，再经过整流桥整流后接入转子回路，给发电机转子通入一制动用的励磁电流。当转速降至5%时，电制动退出，气制动投入，电制动整组复归，按照如下顺序动作，停止直流输出，检测直流输出电流为零时，断开ZMK，断开ZTK，断开GNK，合上FCB，电制动工作完成[1-2]。

3 转子过电压的分析

在图2中，电制动在收到启动电制动令时，合上发电机电制动短路开关GNK，而由于此时发电机在旋转状态，由于转子剩磁作用，必将在发电机定子感应电压，按照每次试验时额定转速下测量二次侧空转时发电机机端电压，为1.6 V左右，按照e=4.44nfφ[3]可知，发电机机端电压大小与n(匝数)、f(机组转速或频率)、φ(磁场强度)这三个参数有关，电制动投入时60%额定转速，则此时发电机机端二次电压为V=1.6×0.6=0.96 V，对应一次电压为130 V左右，而在发电机电制动短路开关GNK，合闸瞬间由于三相不一致，必将产生零序电流，必将在转子侧感应电动势，e(t)=-n(dφ)/dt，发电机电制动短路开关合闸瞬间，dφ/dt很大，则e很大，实际测量发现此时电压接近1 400 V，时间很短，测量波形如图3所示，在负半波时，由于通过二极管和非线性电阻，将电压牵制在800 V左右，正半波时由于可控硅触发在1 200 V，即在正半波出现1 200 V后，可控硅导通，电压牵制在800 V。改造以前没有报警信号，是由于以前过电压整定值设定为1 600 V，而从我们试验录波图看出过电压值在1 200 V以上，但没有达到1 600 V，所以改造前没有转子过电压信号，而改造后有转子过电压信号的直接原因[4]。

图2 电制动主接线图

图3 录波图

4 问题的解决

由于湖北黄龙滩电厂属于调频调峰电厂，3、4号机组开停机次数较多，又由于停机过程中电制动为主用，每次停机过程中，转子就要承受一次1 200 V电压冲击，大家知道绝缘破坏是积累的过程，当达到1 200 V电压冲击过多时，必然破坏转子绝缘，怎样解决该问题，其实很也简单，投电制动时，是由于电制动短路开关投入瞬间三相不一致产生零序电流造成，在投入电制动短路开关之前，在转子两侧接入一氧化锌阀片400 V(转子额定电压为296 V)，电制动整体退出时将这一氧化锌阀片退出，这样既保护了转子，又不影响电制动的正常投入(见图4)。