發(fā)電機(jī)投電制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓分析

廖慧敏

(國(guó)網(wǎng)湖北黃龍灘電廠，湖北 十堰 442000)

黃龍灘電廠的3、4號(hào)機(jī)組老電制動(dòng)為北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所制造的JZT-4/P23型可編程電氣制動(dòng)系統(tǒng)，從2004年年投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)運(yùn)行近15年，隨著設(shè)備的老化，電制動(dòng)的故障率也有明顯的上升。因此，2019年，對(duì)3、4號(hào)機(jī)組電制動(dòng)進(jìn)行了改造，電制動(dòng)一直是黃龍灘電廠機(jī)組制動(dòng)的主要方式，而機(jī)械制動(dòng)只是一種輔助制動(dòng)方式。新電制動(dòng)設(shè)計(jì)也沿用了老電制動(dòng)的運(yùn)行方式，只是增加了一些防誤動(dòng)閉鎖功能，不同的是，電制動(dòng)改造時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)也同時(shí)進(jìn)行了改造，為防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓整定值過(guò)高傷害發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器轉(zhuǎn)子過(guò)電壓由原來(lái)1 400 V，整定為1 200 V。在投運(yùn)后，發(fā)電機(jī)停機(jī)過(guò)程中，電制動(dòng)投入過(guò)程中，電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)合閘瞬間，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓報(bào)警信號(hào)，本文對(duì)電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)合閘瞬間轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高電壓的原因進(jìn)行了分析，并提出解決的辦法。

1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)跨接器的動(dòng)作原理

勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)跨接器主接線如圖1所示，發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)FCB不跳開(kāi)，通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器逆變令，將轉(zhuǎn)子剩余能量通過(guò)功率柜轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)進(jìn)行消耗，當(dāng)出現(xiàn)電氣事故時(shí)，F(xiàn)CB跳閘，轉(zhuǎn)子剩余能量通過(guò)6001、6002至氧化鋅閥片(800 V)，消耗剩余能量，這是反向過(guò)電壓，純粹由氧化閥片定值決定，當(dāng)轉(zhuǎn)子正向過(guò)電壓時(shí)，需要通過(guò)可控硅控制決定，此時(shí)過(guò)電壓動(dòng)作原理為，過(guò)電壓觸發(fā)檢測(cè)轉(zhuǎn)子正負(fù)極電壓達(dá)到1 200 V，發(fā)出可控硅控制信號(hào)，將可控硅打開(kāi)，通過(guò)氧化鋅閥片，可控硅，將電壓限定在800 V(氧化性閥片整定為800 V)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)電壓立即降到800 V左右，這樣保護(hù)轉(zhuǎn)子電壓不超出1 200 V，保護(hù)轉(zhuǎn)子絕緣。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器接線圖

2 電制動(dòng)動(dòng)作流程

黃龍灘電廠的3、4號(hào)機(jī)組電制動(dòng)動(dòng)作順序?yàn)?，?dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到60%Ne時(shí)，沒(méi)有發(fā)電機(jī)電氣事故信號(hào)、發(fā)電機(jī)出口斷路器開(kāi)關(guān)在分情況下，收到計(jì)算機(jī)監(jiān)控下發(fā)的啟動(dòng)電制動(dòng)令時(shí)，電制動(dòng)開(kāi)始啟動(dòng)，分FMK，合上發(fā)電機(jī)短路開(kāi)關(guān)GNK，檢測(cè)GNK三相在合，滿足此條件情況下。合上電制動(dòng)變ZTK，合上制動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)ZMK，開(kāi)始進(jìn)行電制動(dòng)。電制動(dòng)電源采用廠用電400 V交流電源，經(jīng)過(guò)變壓器降壓160 V，再經(jīng)過(guò)整流橋整流后接入轉(zhuǎn)子回路，給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通入一制動(dòng)用的勵(lì)磁電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至5%時(shí)，電制動(dòng)退出，氣制動(dòng)投入，電制動(dòng)整組復(fù)歸，按照如下順序動(dòng)作，停止直流輸出，檢測(cè)直流輸出電流為零時(shí)，斷開(kāi)ZMK，斷開(kāi)ZTK，斷開(kāi)GNK，合上FCB，電制動(dòng)工作完成[1-2]。

3 轉(zhuǎn)子過(guò)電壓的分析

在圖2中，電制動(dòng)在收到啟動(dòng)電制動(dòng)令時(shí)，合上發(fā)電機(jī)電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)GNK，而由于此時(shí)發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子剩磁作用，必將在發(fā)電機(jī)定子感應(yīng)電壓，按照每次試驗(yàn)時(shí)額定轉(zhuǎn)速下測(cè)量二次側(cè)空轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，為1.6 V左右， 按照e=4.44nfφ[3]可知，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓大小與n(匝數(shù))、f(機(jī)組轉(zhuǎn)速或頻率)、φ(磁場(chǎng)強(qiáng)度)這三個(gè)參數(shù)有關(guān)，電制動(dòng)投入時(shí)60%額定轉(zhuǎn)速，則此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端二次電壓為V=1.6×0.6=0.96 V，對(duì)應(yīng)一次電壓為130 V左右，而在發(fā)電機(jī)電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)GNK，合閘瞬間由于三相不一致，必將產(chǎn)生零序電流，必將在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，e(t)=-n(dφ)/dt，發(fā)電機(jī)電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)合閘瞬間，dφ/dt很大，則e很大，實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)此時(shí)電壓接近1 400 V，時(shí)間很短，測(cè)量波形如圖3所示，在負(fù)半波時(shí)，由于通過(guò)二極管和非線性電阻，將電壓牽制在800 V左右，正半波時(shí)由于可控硅觸發(fā)在1 200 V，即在正半波出現(xiàn)1 200 V后，可控硅導(dǎo)通，電壓牽制在800 V。改造以前沒(méi)有報(bào)警信號(hào)，是由于以前過(guò)電壓整定值設(shè)定為1 600 V，而從我們?cè)囼?yàn)錄波圖看出過(guò)電壓值在1 200 V以上，但沒(méi)有達(dá)到1 600 V，所以改造前沒(méi)有轉(zhuǎn)子過(guò)電壓信號(hào)，而改造后有轉(zhuǎn)子過(guò)電壓信號(hào)的直接原因[4]。

圖2 電制動(dòng)主接線圖

圖3 錄波圖

4 問(wèn)題的解決

由于湖北黃龍灘電廠屬于調(diào)頻調(diào)峰電廠，3、4號(hào)機(jī)組開(kāi)停機(jī)次數(shù)較多，又由于停機(jī)過(guò)程中電制動(dòng)為主用，每次停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子就要承受一次1 200 V電壓沖擊，大家知道絕緣破壞是積累的過(guò)程，當(dāng)達(dá)到1 200 V電壓沖擊過(guò)多時(shí)，必然破壞轉(zhuǎn)子絕緣，怎樣解決該問(wèn)題，其實(shí)很也簡(jiǎn)單，投電制動(dòng)時(shí)，是由于電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)投入瞬間三相不一致產(chǎn)生零序電流造成，在投入電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)之前，在轉(zhuǎn)子兩側(cè)接入一氧化鋅閥片400 V(轉(zhuǎn)子額定電壓為296 V)，電制動(dòng)整體退出時(shí)將這一氧化鋅閥片退出，這樣既保護(hù)了轉(zhuǎn)子，又不影響電制動(dòng)的正常投入(見(jiàn)圖4)。

圖4 改進(jìn)后的電制動(dòng)主接線圖

5 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓容易對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子造成損害，破壞發(fā)電轉(zhuǎn)子絕緣，轉(zhuǎn)子過(guò)電壓動(dòng)作次數(shù)過(guò)多，累積達(dá)到一定程度，必將使其絕緣值下降，影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，所以應(yīng)在滿足規(guī)范情況下，盡可能降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓定值，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣不受傷害。