发电机转子过电压保护试验的必要性

发电机转子过电压保护试验的必要性

张帅 梁兆侃 高研斌

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450000

摘要：发电机转子灭磁系统以及过电压保护的改造是值得人们进行深入探讨的，只有合理的进行改造，才能真正发挥保护的作用，维持电压的稳定，保证电网的持续运行，这具有重要的意义。这就要求有关工作人员能够意识到转子过电压保护改造的重要性，针对其中存在的问题能够进行深入的分析，进而找出关键的影响因素，进而为改造方案提出一定的依据，加强过电压的保护，提高整体机组运行的安全性，从而保证人们的用电安全，避免对人们的生命财产安全造成影响，进一步的提高供电的质量，更好的满足人们的用电需求，促进社会健康的发展。鉴于此，本文对发电机转子过电压保护试验的必要性进行分析，以供参考。

关键词：发电机；转子过电压保护；试验；必要性

引言

发电机转子过电压保护试验是很有必要的，既可以验证其接线的正确性，又可以检验各零部件的情况及整体性能。

1转子过电压的来源及危害

发电机转子过电压在励磁系统过励，定子内部或出线故障，发电机运行中受到较大扰动，发电机失步、非同期合闸、非全相运行、可控硅关断、整流桥换相、电网操作、雷击、甚至正常停机分断灭磁开关等很多情况下都会出现，严重过电压情况下将损坏发电机转子，甚至损坏发电机定子。

2转子过电压保护的原理

转子过电压保护一般配置在励磁设备内部，图1为某火电厂350MW机组转子过电压保护原理图。

图1中K1、K2分别为灭磁开关第一路、第二路分闸回路触发过电压保护启动灭磁继电器，K3备用未接线。V1000为击穿二极管（BOD），型号为IXBOD1-20R，当两端电压大于2000V后导通，触发过电压保护启动灭磁。V1、V2、V3为3个可控硅，在K1、K2、V1000的触发下将SiC非线性灭磁电阻（图1中右下角电阻串）与发电机转子并联，利用非线性灭磁电阻的伏安特性来钳制发电机转子电压。W200∶6接转子正极，W200∶16接转子负极。本保护装置在正、反双向过电压情况下均能起到保护作用，其中，K1、K2分别触发V2、V3，只在转子电压反向时起灭磁作用，也就是灭磁开关分断、磁场电流持续、磁场电压突然反向时起作用；V1000作为转子回路过电压检测元件，在正向及反向过电压时可分别触发V1、V2灭磁。

2改造前设备主要存在问题

2.1灭磁开关切断小电流时不能可靠灭弧

如果断开DM2-2500/40开关，断路器中出现的ARC是一个连环杀手，由膀胱线圈流产生的磁场，由吹两侧的ARC角度的拱门产生，沿着ARC角快速进入断路器，美发沙龙正在均匀地进行。换句话说，流越大，吹制的拱门越大，反之亦然，当开关切断小流时，无法可靠地消除ARC。

2.2灭磁开关灭弧时，易产生断流现象

灭磁开关灭弧的关键时刻，是比较容易发生断流的，这是改造前设备存在的基本问题，断流现象的性别会对电压产生显著影响，运输电流变得不稳定，同时也影响电力安全。此问题与过压保护过程有关，可以通过进行过电压保护，能够防止电流中断现象的出现，但这是因为设备的每个组件的功能都发生了变化，因此您不希望发生器销毁大多数交换机时，设备存在风险。因此，有关人士必须关注这个问题。

3改造后各设备的优点

3.1灭磁开关灭弧能力强，动作可靠

改造后可以清楚地看到设备的优点增加了，发电机转子灭磁系统的性能也得到进一步的优化。其中之一是自灭火开关灭火能力的提高。交换机使用的双断口灭弧所以不容易发生烧损等现象，灭弧能力有所增强，然后在一些分、合闸的动作上也比较可靠，改善了使用原始马铃薯交换机时的不足，使设备能够实际发挥作用。

3.2采用非线性电阻灭磁做到安全、可靠

使用非线性ZnO电阻(fr1)代替原始线性电阻。正常工作时，fr1电路串中有反相二极管，因此没有通过电路的电流。马铃薯开关跳闸时，励磁线圈产生的逆转向上通过二极管和fr1电路将励磁能量消耗给fr1，而转子励磁电流在恒定压力下迅速消耗给fr1，因此发电机迅速破坏磁力。fr1具有良好的非线性特性，因此发电机转子电压在发电机自毁时牢固地限制在安全范围内，有效地保护发电机励磁线圈的安全。因为励磁电压一般在500v以下，所以电阻在正常运行时只有很小的泄漏电流，所以相当于开启状态，不影响设备的正常运行。

4转子过电压保护试验的必要性

1）若没有进行此次试验，跨接器得不到整改一直处于错误的接线方式，则每次停机时只有第二路分闸回路能触发跨接器灭磁，由于第一路分闸回路不能触发跨接器，一旦第二路也出现问题，则每次停机时灭磁开关必然承受较大的灭磁电弧，减少灭磁开关的寿命，而且每次停机转子都要经受一次反向高电压的冲击。

2）验证转子过电压保护在新装或改造后接线的正确性，同时，该试验还可以检验跨接器中3个可控硅的情况，若可控硅一直导通或击穿，则机组正常运行时跨接器SIC非线性灭磁电阻也一直与发电机转子并联运行，将会导致转子无法升压，机组不能正常运行。

5转子过电压保护试验

5.1试验前准备工作

试验前准备工作包括以下几项:1）灭磁开关处于分位；2）拔出发电机碳刷，防止试验时发电机转子带电；3）断开转子接地保护装置，断开轴电压抑制回路，拔出转子电压表保险；4）相关回路的绝缘检查合格。

5.2检验出现转子过电压情况下跨接器的动作情况

在跨接器（图1中3个可控硅V1、V2、V3两端，A、C与B、D之间）两端加全波交流电压，操作试验仪器逐步升高电压，监视录波仪所显示的电压波形，直到不再是完好的正弦波，而是波峰、波谷处突然变为0，从而可以判断出跨接器动作，测量并记录跨接器两端的电压波形。

5.3异常分析

通过仔细分析比对，可以知道第一路分闸（K1）触发可控硅V2；模拟转子交流过电压时，负半波过压也对应于触发可控硅V2。由此可以得出可控硅V2可能存在故障，经过核对图纸及跨接器实际接线情况，确认可控硅V2安装反向。

5.4再次试验

通过再次试验，模拟灭磁开关第一路、第二路分闸时，跨接器两端电压都能突然降为0；模拟转子出现过电压时，正半波波峰、负半波波谷都会突变为0，波形如图2所示。

从图2波形可以看出，BOD正半波的动作电压为1882.57V，负半波的动作电压为1890.50V。|1-BOD击穿电压值/BOD击穿电压额定值|=|1-1882.57/2000|=5.87%≤10%，属于正常范围，符合标准要求，可以保证功能正常。跨接器、BOD测试结果表明，整改后的转子过电压保护装置动作正确，功能正常。

结束语

目前，大中型同步发电机多采用可控硅静止励磁的方式，发电机运行时，由于可控硅整流换相、发电机机端短路、发电机失磁异步等原因，转子回路中会产生相当高的过电压，若不采取适当措施抑制这些过电压，极有可能击穿发电机励磁绕组或可控硅整流桥，从而造成发电机事故停机及大的经济损失，因此，转子过电压保护的重要性就凸显出来。工程实际应用中，为了保证发电机转子过电压保护装置可靠工作，需要有一种操作简单、安全可靠的试验方法，对其工作性能进行定期检查。

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