UN6800 勵磁系統(tǒng)跨接器原理及檢測方法

朱 鵬，蔣佳杰

（1.江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇靖江 214500；2.華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇宜興 214205）

0 引言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，通信控制技術(shù)飛速發(fā)展，先進的控制技術(shù)應(yīng)用也不斷引入勵磁系統(tǒng)當中，勵磁系統(tǒng)也在不斷更新。UN6800 勵磁就是這個趨勢下，由瑞士ABB 公司研發(fā)生產(chǎn)的最新一代勵磁系統(tǒng)。隨著UN6800 系統(tǒng)的推廣、應(yīng)用，其勵磁系統(tǒng)相關(guān)原理介紹及檢測就成為大家關(guān)心的問題。

1 UN6800 勵磁系統(tǒng)介紹

UN6800 勵磁系統(tǒng)用于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)，集成了前幾代的技術(shù)知識，利用了所有設(shè)備工具和目前先進的數(shù)字技術(shù)?；诳刂齐娮訉W的AC 800PEC 平臺，提供了一流的解決方案和設(shè)備工具集成。例如并聯(lián)操作功率柜的動態(tài)電流分配機制，從發(fā)電機殘余機端電壓啟動，更好的通信和設(shè)備工具診斷。進一步提高勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性[1]。

UN6800 采用IEEE 64 位浮點運算控制器以及當前最先進的印刷電路板制作技術(shù)和最新型的電晶體元件，具有維護方便的特點。受控的可控硅整流器直流輸出通過滅磁設(shè)備接入發(fā)電機磁場（轉(zhuǎn)子）。下面以600 MW 發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)為例，介紹勵磁系統(tǒng)跨接器的原理及跨接器的一些常規(guī)檢測方法、改進分析。

2 跨接器的工作原理

跨接器（CROWBAR）是指利用電力電子元器件或者機械開關(guān)將滅磁電阻跨接在發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端實現(xiàn)放電滅磁的裝置，由觸發(fā)模塊和晶閘管堆、過流繼電器及轉(zhuǎn)子過壓電流繼電器三部分部分組成。在UN6800 勵磁系統(tǒng)中，跨接器的作用主要有兩個：一是滅磁；二是轉(zhuǎn)子過電壓保護（圖1）。其中，BOD 為Break Over Diode 的縮寫，即擊穿二極管。

2.1 滅磁原理

對于600 MW 汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，一般采用直流側(cè)滅磁，直流滅磁是指直流磁場斷路器安裝在轉(zhuǎn)子回路的放電滅磁方式。UN6800 采用滅磁開關(guān)為瑞士賽雪龍HPB 系列單極滅磁開關(guān)，滅磁開關(guān)接在圖1 的正極處，整個滅磁回路有滅磁開關(guān)、跨接器、碳化硅非線性滅磁電阻。當運行的勵磁系統(tǒng)收到發(fā)電機保護系統(tǒng)或者內(nèi)部勵磁故障跳閘信號時，滅磁開關(guān)在斷開的同時，聯(lián)動觸發(fā)跨接器上的控制模塊K1、K2 繼電器，觸發(fā)晶閘管V2、V3 導通，此時碳化硅滅磁電阻接入回路當中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的能量通過碳化硅電阻吸收消耗，快速滅磁[2]。

圖1 跨接器原理

2.2 轉(zhuǎn)子過電壓保護原理

轉(zhuǎn)子過電壓保護，即勵磁系統(tǒng)直流側(cè)過電壓保護。當發(fā)電機在運行中出現(xiàn)故障，如短路、或者異步運行時，會在其轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)中反向過電壓。過電壓值必須被限制在保證發(fā)電機安全的數(shù)值內(nèi)，以不破壞發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組的絕緣為標準。跨接器電路通過匹配合適的過電壓檢測二極管來檢測轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)的正向或反向過電壓。其過電壓檢測二極管選用的是雪崩二極管（圖1中觸發(fā)模塊的BOD）。通過計算可以選取不同擊穿電壓等級的雪崩二極管，轉(zhuǎn)子過電壓設(shè)定值以5～6 倍額定勵磁電流設(shè)置。當雪崩二極管被擊穿時，相對應(yīng)的晶閘管V1、V2 則被觸發(fā)，將碳化硅電阻并聯(lián)連接到轉(zhuǎn)子回路上、吸收過電壓值。同時通過該回路的過流繼電器反饋給勵磁系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)及時跳閘停機，起到保護發(fā)電機的作用。

3 跨接器故障情況

（1）跨接器晶閘管短路故障。當跨接器觸發(fā)晶閘管V1、V2、V3 出現(xiàn)擊穿短路導通時，碳化硅電阻會接到回路中造成碳化硅吸收能量發(fā)熱，長時間接入回路中，會造成碳化硅電阻過熱損壞。

（2）跨接器晶閘管不觸發(fā)故障。當機組正常運行時，如果出現(xiàn)跨接器不能觸發(fā)晶閘管當發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端出現(xiàn)過電壓并達到觸發(fā)過電壓保護值時，由于跨接器故障沒有及時觸發(fā)晶閘管，造成碳化硅電阻沒能及時接入回路中，吸收過電壓能量，會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過熱現(xiàn)象以及絕緣損壞。

（3）電流檢測元器件故障。當跨接器觸發(fā)導通，將碳化硅電阻接入轉(zhuǎn)子回路中去，由于電流檢測元器件的故障，沒有及時將信號反饋給勵磁系統(tǒng)，造成碳化硅電阻過熱損壞。

（4）其他故障?？缃悠鹘泳€問題，造成誤觸發(fā)。

4 跨接器回路檢測

UN6800 勵磁系統(tǒng)中，跨接器在勵磁滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護中所起的作用非常重要，是勵磁系統(tǒng)可靠滅磁的保證。鑒于勵磁系統(tǒng)跨接器的重要性，在勵磁系統(tǒng)檢修過程中，需要定期對跨接器進行檢測。

4.1 轉(zhuǎn)子過電壓回路檢測

轉(zhuǎn)子過電壓保護能不能準確觸發(fā)，檢測跨接器BOD 導通電壓是關(guān)鍵。下面以2600V BOD 為例，介紹如何檢測BOD（圖2）。

檢測步驟如下：

（1）使用絕緣搖表（1000 VDC）測量BOD 元件A、K 極絕緣，記錄其阻值。

（2）在回路中串聯(lián)一個二極管（耐壓大于3000 V）和一個100 kΩ 的限流電阻。

圖2 BOD 檢測接線原理

（3）耐壓儀的輸出為交流值，顯示值為交流有效值，所以理論動作電壓換算為2600/1844 V。

（4）慢慢加大電壓直到BOD 擊穿導通，擊穿導通時耐壓儀上顯示的漏電流會瞬間變大。

（5）耐壓完成后將BOD 從試驗回路取出，重新使用絕緣搖表測量BOD 的A、K 極阻值，確認與之前一次測量值相同，確保BOD 沒有在試驗中受到損壞[4]。

4.2 過流繼電器檢測

為防止過流繼電器無法正常動作造成勵磁系統(tǒng)不能準確判斷情況，因此需對過流繼電器進行檢測：將過流繼電器放置到一個可調(diào)節(jié)的直流回路中，通過控制通過過流繼電器的電流大小，來檢測過流繼電器的實際動作值。

通過控制輸出通過過流繼電器的電流值從零開始直到過流繼電器動作位置，記錄動作電流值。理論上過流繼電器動作值為40 A，實際檢測動作值為30 A（圖3）。

4.3 跨接器觸發(fā)回路檢查

電源選擇原理如圖4 所示。

圖3 過流繼電器實際動作值

電源選擇為110 V 或220 V 交流電源，經(jīng)過整流輸出為100 V 或200 V直流電，作為電源。將整個跨接器回路從設(shè)備上脫開，將電源接入到跨接器兩側(cè)（圖5）。

圖4 跨接器檢測電源原理

5 UN6800 勵磁系統(tǒng)跨接器的改進分析

UN6800 勵磁系統(tǒng)跨接器基本延續(xù)了UN5000 勵磁系統(tǒng)跨接器的原理結(jié)構(gòu)。不同之處，在于跨接器電流檢測元器件的選擇上不同。UN6800 勵磁系統(tǒng)電流檢測選用兩個過電流監(jiān)視繼電器，在V1、V2這兩個回路共用一個過電流監(jiān)視繼電器。V3 晶閘管回路中接入另外一個過電流繼電器。該繼電器采用無源設(shè)計，當穿過繼電器內(nèi)圈的電纜中電流達到一定值時，繼電器線圈動作，節(jié)點閉合，輸出信號，輸出動作值為40 A，實際檢測動作為30 A。

而UN5000 勵磁系統(tǒng)在碳化硅回路導通時，電流檢測使用的是電流傳感器CUS，其工作原理利用HALL 傳感器檢測通過跨接器回路的電流。傳感器能產(chǎn)生與跨接器內(nèi)通過的電流成正比的差分電壓（圖6）。

UN6800 電流檢測元件改進的優(yōu)點主要有兩個：

（1）在實際運行過程中，如果采用HALL 傳感器，電流傳感器在安裝位置不妥時容易受到勵磁電流的干擾，對傳感器產(chǎn)生較大的干擾信號，容易造成勵磁保護誤動作。而且采用HALL 傳感器時需要一個專門的電纜將其檢測的電流值轉(zhuǎn)化成勵磁系統(tǒng)能讀取的電壓信號，造成回路復雜，容易出現(xiàn)問題。而UN6800 勵磁系統(tǒng)采用過流繼電器，檢測回路簡單可靠，輸出信號為干節(jié)點信號。

（2）UN6800 對正向晶閘管V1、V2 和檢測過電壓V3 晶閘管分別單獨使用過電流繼電器，比UN5000 勵磁系統(tǒng)更容易分區(qū)分不同的故障信號，對故障處理判斷有很大好處。

圖5 跨接器檢測接線示意

圖6 HALL 傳感器原理

6 結(jié)束語

綜上所述，UN6800 勵磁系統(tǒng)作為國內(nèi)電廠即將大范圍使用的勵磁設(shè)備，其跨接器回路是勵磁系統(tǒng)中重要的滅磁和轉(zhuǎn)子過電壓保護設(shè)備，對于電廠用戶來說，其跨接器回路事關(guān)機組的安全運行，因此在檢修過程中，應(yīng)該定期對其進行全面的檢查和測試，以確?？缃悠髂軌虬踩€(wěn)定地工作。