正向滅磁過壓保護器試驗方法改進探析

葉國根

（廣西桂冠電力股份有限公司廣源分公司，廣西 南寧 530000）

橫縣江南發(fā)電有限公司，原名西津水電廠。電廠位于西江流域的支流郁江上，座落于廣西橫縣縣城橫州鎮(zhèn)上游5 km 的西津村，是兼防洪、發(fā)電、航運、灌溉等綜合效益的水電廠；也是我國第一座低水頭河床式徑流水電廠，該電廠于1958 年動工，4 臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組分別于1964 年、1966 年、1975 年、1979 年投產(chǎn)發(fā)電，總裝機容量為234.4 MW。在2004 年對1 號機組進行增容改造，改造后1 號機容量由原來的57.2 MW 增加到65 MW，2017 年對3 號機進行增容改造，改造后3 號機容量由原來的60 MW 增加到62.5 MW。該單位1 號、2 號、4 號機組勵磁系統(tǒng)均為廣州擎天實業(yè)有限公司產(chǎn)品，3 號機組勵磁系統(tǒng)為南瑞公司產(chǎn)品。

1 正向滅磁過壓保護器在勵磁系統(tǒng)過壓保護中的作用

勵磁系統(tǒng)在機組定轉(zhuǎn)子事故停機時，磁場斷路器應能在機端三相短路、最大磁場電壓及空載誤強勵等嚴重滅磁工況下獨立、成功地斷開發(fā)電機磁場電流[1]，滅磁開關斷開并將磁場能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻上。因發(fā)電機的非全相或非同期狀態(tài)合閘等原因會使發(fā)電機非全相運行或大滑差異步運行[2]，此時，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生過電壓，過電壓能量如無法快速釋放消納，此時產(chǎn)生的過電壓將會擊穿轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。當發(fā)電機在轉(zhuǎn)子勵磁回路中產(chǎn)生正向過電壓，此時安裝在轉(zhuǎn)子滅磁回路中的正向滅磁過壓保護器CF 將動作觸發(fā)KPT 可控硅元件，接通耗能電阻單元FR2，消納過電壓能量；而轉(zhuǎn)子回路的反向過電壓則直接經(jīng)過D1 二極管接入耗能電阻吸能，以可靠保護轉(zhuǎn)子絕緣。

圖1 滅磁過壓保護原理圖

圖2 為本單位滅磁回路原理圖，其中，正向滅磁過壓保護回路由非線性滅磁電阻FR2、線性電阻R2負責消納過電壓能量，線性電阻R、正向滅磁過壓保護器CF 則為過電壓檢測回路、可控硅KPT、二極管D1 為正反向過電壓時的選擇通道；D1 在發(fā)電機出現(xiàn)反向過電壓時作為FR2 的導通回路，線性電阻R和正向滅磁過壓保護器CF 配合觸發(fā)可控硅KPT 啟動正向過壓保護回路。發(fā)電機正常運行情況下，發(fā)電機正向滅磁過壓保護器處于截止狀態(tài)。當發(fā)電機產(chǎn)生較大正向過電壓，圖2 中線性電阻R 和CF 所組成的過電壓測量回路將導通，發(fā)出觸發(fā)脈沖，可控硅KPT 導通，F(xiàn)R2 進入導通狀態(tài)，消納轉(zhuǎn)子正向過電壓能量，保護轉(zhuǎn)子不受損害。當發(fā)電機產(chǎn)生反向過電壓時，D2 支路即投入工作。此時，滅磁電阻經(jīng)D1 和D2 導通，消納轉(zhuǎn)子過電壓能量，確保轉(zhuǎn)子安全運行。

綜上分析，正向滅磁過壓保護器CF 在勵磁系統(tǒng)滅磁回路中主要作用是監(jiān)測轉(zhuǎn)子過電壓、發(fā)出觸發(fā)脈沖，導通可控硅KPT，使FR2 進入導通狀態(tài)，消納發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓能量，最終保護轉(zhuǎn)子不受損害。實際運行過程中，如若正向滅磁過壓保護器CF 定值偏移，則會導致滅磁回路拒動或者誤動作，嚴重情況下則會因為拒動導致轉(zhuǎn)子過壓燒毀，并引發(fā)定子掃膛等嚴重后果。因此，每年機組檢修正向滅磁過壓保護器CF 定值校驗工作都是一項非常重要的試驗。

2 正向滅磁過壓保護器常規(guī)校驗方法

以往機組檢修中，正向滅磁過壓保護器CF 校驗用多功能測試儀在滅磁盤柜上測量R1、R2、R-1、R-2、CF 的電阻值；用可調(diào)直流電源、限流電阻、直流毫安表等接成的試驗電路對電子保持器（DB）的觸發(fā)電流、可控硅（KPT）和觸發(fā)器（CF）的觸發(fā)電流（過壓保護定值）進行測試。正向滅磁過壓保護器（CF）的觸發(fā)電流在285～330 mA 為合格（根據(jù)不同機組參數(shù)不同），可控硅KPT 的觸發(fā)電流在120～130 mA 為合格。

3 正向滅磁過壓保護器CF 校驗改進方法的提出

滅磁過壓保護回路中，正向滅磁過壓保護器CF為轉(zhuǎn)子正向過壓保護回路啟動元件，CF 正確工作與否決定轉(zhuǎn)子勵磁回路正常工作可靠性。所以，務必要對CF 進行校驗，保證其性能滿足工作需要。然而滅磁過壓保護柜KPT、CF 元器件校驗均在滅磁柜內(nèi)進行，有如下缺點：

（1）本校驗工作在滅磁柜內(nèi)進行，滅磁柜內(nèi)元器件較多，試驗中存在觸電傷害隱患。

（2）需按圖將相應接線甩出、接入相應設備及接線。存在甩線、上線錯誤風險，并存在設備誤動、拒動隱患。

（3）可控硅KPT 經(jīng)限流電阻接于直流電壓中，若限流電阻故障或其他原因?qū)е孪蘖麟娮瓒搪?，將燒毀試驗裝置或逆變裝置，存在人員觸電和設備燒毀的隱患。

（4）因校驗工作在滅磁柜內(nèi)進行，如機組投運中勵磁裝置過壓保護正向滅磁過壓保護器CF 損壞，需進行備品試驗，則須申請中調(diào)將機組退備，降低機組利用小時指標，存在棄水事故隱患。為了安全可靠開展正向滅磁過壓保護器校驗工作，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場滅磁過壓保護柜KPT、CF 校驗電路簡圖（圖3）結(jié)合實際研究出一套安全、更高效的校驗裝置。

圖3 現(xiàn)場滅磁過壓保護柜KPT、CF 校驗電路

圖4 常規(guī)正向滅磁過壓保護校驗現(xiàn)場接線圖（需要在現(xiàn)場滅磁柜進行）

本實施例的正向滅磁過壓保護器試驗專用裝置包括：調(diào)壓器T、整流器U、電流表PA、限流電阻R、可控硅KP 以及對線燈（圖5）。

圖5 正向滅磁過壓保護器（CF）試驗專用裝置原理圖

圖6 正向滅磁過壓保護器（CF）試驗專用裝置實物圖

圖7 正向滅磁過壓保護校驗裝置接線圖

調(diào)壓器T、整流器U、電流表PA 和限流電阻R組成直流輸出電路，用于將220 V 交流電變壓、整流后輸出。調(diào)壓器T 輸入端通過刀閘SQP 后接220 V交流電，輸出端接整流器U；整流器U 將變壓后的交流電整流為直流電，然后輸出給電流表PA、限流電阻R 和正向滅磁過壓保護器CF。電流表PA 與限流電阻R 串聯(lián)，電流表PA 用于檢測整流后輸出的電流，限流電阻R 的阻值為30 Ω。限流電阻R輸出接正向滅磁過壓保護器CF。正向滅磁過壓保護器CF 輸出端與可控硅KP 控制極耦合，對線燈耦合在可控硅的陽極和陰極之間。對線燈包括串聯(lián)的電源E1 和燈泡HL1。

工作時，由小到大逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器T 的輸出電壓和輸出電流，當整流器U 整流后輸出的電流達到正向滅磁過壓保護器CF 的實際觸發(fā)電流時，正向滅磁過壓保護器CF 輸出端輸出小電流信號至可控硅KP 的控制極，可控硅KP 陽極和陰極導通，電源E1 和燈泡HL1 通路，燈泡HL1 亮，記錄電流表PA讀數(shù)，將該讀數(shù)與正向滅磁過壓保護器CF 的額定觸發(fā)電流比較，如果該讀數(shù)在額定范圍內(nèi)，則表明該正向滅磁過壓保護器CF 符合要求，如果該讀數(shù)在額定范圍以外，則表明該正向滅磁過壓保護器CF存在問題，應該及時更換。

4 正向滅磁過壓保護器CF 校驗改進方法優(yōu)勢分析

制作裝置后，滅磁過壓保護柜KPT、CF 元器件校驗均在滅磁柜外進行，有如下優(yōu)點：

（1）本校驗工作在滅磁柜外進行，不存在誤碰滅磁柜內(nèi)元器件風險，試驗中無觸電傷害隱患。

（2）無需進行甩線、上線工作。只需將在用CF或備用CF 插入專用裝置即可進行校驗，不存在甩線、上線錯誤風險，更不存在設備誤動、拒動隱患。

（3）裝置校驗接線簡單、易于實現(xiàn)。

（4）校驗數(shù)據(jù)一目了然，無需換算，提高效率。

（5）用對線燈驗證可控硅導通情況，既安全又明顯。

（6）制作本裝置后，勵磁裝置過壓保護正向滅磁過壓保護器CF 可隨時隨地進行校驗，無須申請中調(diào)將機組退備，不存在降低機組利用小時指標、棄水事故隱患等風險。

5 正向滅磁過壓保護器（CF）校驗改進方法正確性、可靠性驗證

在進行正向滅磁過壓保護器（CF）試驗專用裝置組裝后，為證實裝置的正確性和可靠性，經(jīng)過2011～2019 年機組檢修試驗過程中，對比原校驗方法和改進校驗方法所測得數(shù)據(jù)一致，證明正向滅磁過壓保護器（CF）試驗專用裝置具有良好的可行性和可靠性，通過專用裝置校驗正向滅磁過壓保護器（CF）比原校驗方法更簡易、安全，更能保障機組備品備件在更換周期內(nèi)校驗的實時性，最終保障機組滅磁系統(tǒng)故障處理的快速性和經(jīng)濟效益。經(jīng)過多年論證，西津電廠自2011 年至今，機組檢修中正向滅磁過壓保護器（CF）校驗工作均由專用裝置完成校驗。

6 結(jié)語

正向滅磁過壓保護器（CF）校驗方法的改進是基于現(xiàn)場實際校驗電路圖建模后，根據(jù)模型組裝試驗裝置，進而驗證裝置校驗的正確性和可靠性，其研發(fā)探析過程思維可延伸于其他迫于現(xiàn)場工作環(huán)境及技術(shù)條件不便開展工作的試驗內(nèi)容，具有較高的推廣價值。