發(fā)電機(jī)逆變滅磁控制回路改進(jìn)應(yīng)用

盧瑞剛，孫鑫

（河津發(fā)電分公司，山西河津043300）

發(fā)電機(jī)逆變滅磁控制回路改進(jìn)應(yīng)用

盧瑞剛，孫鑫

（河津發(fā)電分公司，山西河津043300）

針對(duì)河津發(fā)電分公司300M W機(jī)組在正常停機(jī)檢修中，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁回路滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭存在嚴(yán)重灼傷痕跡這一問(wèn)題，進(jìn)行分析，找出原因，提出了解決問(wèn)題的方案，對(duì)程跳逆功率保護(hù)跳滅磁開(kāi)關(guān)控制回路進(jìn)行改進(jìn)，最終解決了該問(wèn)題。

程跳逆功率保護(hù)；滅磁開(kāi)關(guān)；控制回路

0 引言

由發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電設(shè)備構(gòu)成的電力系統(tǒng)，只向廣大用戶(hù)提供一種產(chǎn)品，那就是電。衡量這種產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)主要有兩個(gè)，一個(gè)是頻率，一個(gè)是電壓。保證頻率的穩(wěn)定需要發(fā)電機(jī)調(diào)速器，保證電壓的穩(wěn)定需要發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，從結(jié)構(gòu)上講，發(fā)電機(jī)分為靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，勵(lì)磁裝置向轉(zhuǎn)子提供可以調(diào)節(jié)的直流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子線圈產(chǎn)生交流的感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)過(guò)輸電線路向用戶(hù)提供電力。用戶(hù)的電壓過(guò)低就增加勵(lì)磁，電壓過(guò)高就減少勵(lì)磁，最終保持電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，這是直流勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置的最基本原理，只有在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)備用、檢修和故障時(shí)，都需要快速安全地減小勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)的磁通降低到接近于零的過(guò)程稱(chēng)為滅磁過(guò)程。

大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用逆變滅磁和直流側(cè)滅磁開(kāi)關(guān)滅磁兩種方式，正常停機(jī)方式采用的是逆變滅磁方式，發(fā)電機(jī)出口主開(kāi)關(guān)跳閘不聯(lián)跳滅磁開(kāi)關(guān)，通過(guò)勵(lì)磁回路在發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)大幅度增加可控硅觸發(fā)角，把轉(zhuǎn)子線圈儲(chǔ)存的能量作為供電電源，向交流側(cè)傳送，由此產(chǎn)生的電壓和原定子出線電壓極性相反，從而迅速降低發(fā)電機(jī)交流側(cè)的機(jī)端電壓，同時(shí)又消耗了轉(zhuǎn)子的能量，消除了勵(lì)磁回路過(guò)電壓，降低了機(jī)端定子電壓，此后再跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常停機(jī)；當(dāng)發(fā)電機(jī)定子、單元聯(lián)接的主變壓器或勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障，如勵(lì)磁變壓器故障、發(fā)電機(jī)滑環(huán)短路、勵(lì)磁主回路短路及元件故障、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器誤強(qiáng)勵(lì)等故障時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)迅速跳閘，非線性滅磁電阻立即并聯(lián)在轉(zhuǎn)子兩端，巨大的轉(zhuǎn)子能量經(jīng)由滅磁電阻發(fā)熱釋放能量，而且在轉(zhuǎn)子電壓過(guò)高的時(shí)候能夠限制轉(zhuǎn)子過(guò)電壓。

1 存在問(wèn)題

河津發(fā)電分公司300MW機(jī)組在正常停機(jī)檢修中，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁回路滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭存在嚴(yán)重灼傷痕跡，在機(jī)組停機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)有功和無(wú)功降至最低值，汽輪機(jī)主汽門(mén)關(guān)閉，待程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作后，聯(lián)跳主斷路器和滅磁開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的解列滅磁，此時(shí)由于未經(jīng)過(guò)逆變滅磁，轉(zhuǎn)子能量沒(méi)有轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)交流側(cè)，然而實(shí)現(xiàn)非線性滅磁電阻滅磁的關(guān)鍵，就是快速讓滅磁電阻導(dǎo)通，而滅磁電阻的導(dǎo)通依賴(lài)于滅磁電阻上的反壓，也就是轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)的反壓。只有當(dāng)轉(zhuǎn)子反壓高于氧化鋅電阻的擊穿電壓后，轉(zhuǎn)子電流才能流經(jīng)電阻，顯然此時(shí)的轉(zhuǎn)子電壓較低，不能通過(guò)非線性電阻滅磁，只能通過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)本身來(lái)滅磁，利用滅弧柵片來(lái)吸收滅磁能量，對(duì)滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭損傷較大，出現(xiàn)觸頭表面灼傷嚴(yán)重甚至燒毀滅磁開(kāi)關(guān)。

造成這個(gè)問(wèn)題有兩方面的原因:第一，運(yùn)行人員操作停機(jī)步驟不完善，當(dāng)機(jī)組有功和無(wú)功降至最低值時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁操作，直到程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)機(jī)組解列滅磁；第二，程跳逆功率保護(hù)跳閘出口回路設(shè)計(jì)不完善，由于停機(jī)過(guò)程時(shí)間比較短暫，要求人員手動(dòng)操作逆變滅磁不太現(xiàn)實(shí)，需要發(fā)變組保護(hù)裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)先逆變滅磁再斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)這一過(guò)程。

2 滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路改進(jìn)

2.1 回路現(xiàn)狀

發(fā)電機(jī)是向系統(tǒng)送出有功功率的，如果出現(xiàn)系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)倒送有功，即發(fā)電機(jī)變成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是逆功率異常工況。發(fā)變組保護(hù)裝置中有2只逆功率繼電器，其一用于程序跳閘方式，即當(dāng)過(guò)負(fù)荷保護(hù)、失磁保護(hù)等動(dòng)作后，應(yīng)保證先關(guān)主汽門(mén)，等到出現(xiàn)逆功率狀態(tài)時(shí)就確信主汽門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，這時(shí)逆功率繼電器動(dòng)作，主開(kāi)關(guān)跳閘，這種程序跳閘可避免因主汽門(mén)未關(guān)而斷路器先斷開(kāi)引起災(zāi)難性“飛車(chē)”事故。另一種逆功率繼電器是用來(lái)構(gòu)成逆功率保護(hù)。

對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)除了作為汽輪機(jī)的保護(hù)之外，也作為發(fā)電機(jī)組的程控跳閘啟動(dòng)元件，也就是以上所說(shuō)的程跳逆功率保護(hù)，邏輯框圖如圖1所示（圖中K為主汽門(mén)輔助接點(diǎn)，主汽門(mén)關(guān)閉后開(kāi)放保護(hù)出口）。

圖1 程跳逆功率保護(hù)邏輯框圖

當(dāng)主汽門(mén)關(guān)閉后且發(fā)電機(jī)吸收的有功功率大于整定值時(shí)，且無(wú)TV斷線閉鎖條件時(shí)，經(jīng)短延時(shí)t1發(fā)信號(hào)，經(jīng)長(zhǎng)延時(shí)t2去啟動(dòng)機(jī)組程序跳閘，跳開(kāi)主斷路器，跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，跳開(kāi)廠用工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)廠用電快切。

程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作后，其保護(hù)接點(diǎn)閉合將保護(hù)裝置正電源接至滅磁開(kāi)關(guān)分閘回路，將滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路圖如圖2所示。

圖2 滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路

2.2 回路改進(jìn)方案

在發(fā)變組保護(hù)裝置內(nèi)部通過(guò)邏輯修改，新增加一個(gè)跳閘出口通道，作為程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作跳滅磁開(kāi)關(guān)的出口，與其他保護(hù)的出口隔離開(kāi)，機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作后新增的出口接點(diǎn)閉合啟動(dòng)時(shí)間繼電器SJ，SJ的瞬動(dòng)接點(diǎn)開(kāi)入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，作為停機(jī)逆變信號(hào)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器向可控硅整流裝置發(fā)出逆變脈沖信號(hào)，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能量通過(guò)逆變送回勵(lì)磁變壓器交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變滅磁，SJ的延時(shí)設(shè)定為5 s，其延時(shí)接點(diǎn)閉合將保護(hù)裝置正電源接至滅磁開(kāi)關(guān)分閘回路，將滅磁開(kāi)關(guān)跳閘。經(jīng)過(guò)5 s的延時(shí)再將滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，以保證逆變滅磁可以成功完成，轉(zhuǎn)子能量衰減為零。發(fā)變組其他保護(hù)跳閘出口在故障情況下可以直接跳開(kāi)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)。因此，對(duì)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路進(jìn)行改動(dòng)，如圖3所示。

圖3 修改后的滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路

根據(jù)修改后的滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路可以看出，正常停機(jī)過(guò)程時(shí)，程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)時(shí)間繼電器SJ并自保持，SJ瞬動(dòng)接點(diǎn)逆變滅磁，其延時(shí)接點(diǎn)5 s閉合跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，滅磁開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)打開(kāi)后回路復(fù)歸；故障情況下其他保護(hù)動(dòng)作可以立即跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)。

3 改造前后對(duì)照

3.1 改造前波形分析

圖4 改造前勵(lì)磁電壓波形

圖5 改造前勵(lì)磁電流波形

圖6 改造前開(kāi)入量變化情況

圖7 改造后勵(lì)磁電壓波形

圖8 改造后勵(lì)磁電流波形

圖9 改造后開(kāi)入量變化情況

由圖6所示，0ms時(shí)發(fā)變組保護(hù)程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作，1 001.5ms時(shí)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘，滅磁開(kāi)關(guān)在1 083.6ms時(shí)跳閘，由圖4和圖5所示，勵(lì)磁電壓Uf和勵(lì)磁電流If逐漸衰減，在圖5中可以看出，勵(lì)磁電壓Uf在1 372.7ms時(shí)衰減至最低值，至1 803.6ms滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)時(shí)，勵(lì)磁電壓Uf有個(gè)突增的過(guò)程最大值達(dá)到393 V左右，這一過(guò)程為滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭斷開(kāi)滅磁拉弧的過(guò)程，勵(lì)磁回路的剩余能量通過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭釋放，造成主觸頭表面嚴(yán)重灼傷甚至燒毀滅磁開(kāi)關(guān)。

3.2 改造后波形分析

由圖9所示，0ms時(shí)發(fā)變組保護(hù)程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作，1 024.5ms時(shí)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘，新增時(shí)間繼電器SJ的瞬動(dòng)接點(diǎn)開(kāi)入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)逆變滅磁，由圖7所示，勵(lì)磁電壓Uf經(jīng)逆變滅磁后反相，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能量送回勵(lì)磁變壓器交流側(cè)，勵(lì)磁電壓的反相峰值達(dá)到251 V左右，然后逐漸衰減，5 539.0ms時(shí)滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，此時(shí)勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流都已幾乎衰減為零，這樣就不會(huì)造成滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭灼傷的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)發(fā)變組保護(hù)程跳逆功率保護(hù)跳滅磁開(kāi)關(guān)控制回路改造，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，發(fā)變組保護(hù)自動(dòng)向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出逆變滅磁命令，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能量通過(guò)逆變送回勵(lì)磁變壓器交流側(cè)，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路得到優(yōu)化，并根據(jù)停機(jī)時(shí)波形的分析，取得了良好的效果，避免了滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭灼傷嚴(yán)重甚至燒毀滅磁開(kāi)關(guān)事故的發(fā)生，保證了機(jī)組和電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

Im provement of Generator Inverter Deexcitation Control Circuit

LU Ri-gang，SUN Xin
（Hejin Electric Power Generation Branch，Hejin，Shanxi 043300，China）

Forwhathappened in normalgeneratormaintenance at Zhangze Electric Power Hejin Electric Power Generation Branch 300 MW unit，itwas found outmain contact terminal of field discharge switch at exciting circuit has been burned seriously.Through analyzing，the reason was found outand solutionswere proposed.Finally,the controlled circuitof field discharge switch was improved and the problem was thus resolved.

programmed reverse powerprotection；field discharge switch；controlcircuit

TM313

B

1671-0320（2014）01-0032-03

2013-08-03，

2013-10-11

盧瑞剛（1981-），男，山西永濟(jì)人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作；

孫鑫（1980-），女，山西陽(yáng)泉人，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)信息工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作。