发电机逆变灭磁控制回路改进应用

卢瑞刚，孙鑫

（河津发电分公司，山西河津043300）

发电机逆变灭磁控制回路改进应用

卢瑞刚，孙鑫

（河津发电分公司，山西河津043300）

针对河津发电分公司300M W机组在正常停机检修中，发现励磁回路灭磁开关主触头存在严重灼伤痕迹这一问题，进行分析，找出原因，提出了解决问题的方案，对程跳逆功率保护跳灭磁开关控制回路进行改进，最终解决了该问题。

程跳逆功率保护；灭磁开关；控制回路

0 引言

由发电机、变压器和输电设备构成的电力系统，只向广大用户提供一种产品，那就是电。衡量这种产品的质量指标主要有两个，一个是频率，一个是电压。保证频率的稳定需要发电机调速器，保证电压的稳定需要发电机励磁装置，从结构上讲，发电机分为静止的定子和旋转的转子，励磁装置向转子提供可以调节的直流电流产生旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈产生交流的感应电势，感应电势经过输电线路向用户提供电力。用户的电压过低就增加励磁，电压过高就减少励磁，最终保持电力系统电压的稳定，这是直流励磁的同步发电机励磁装置的最基本原理，只有在发电机正常运行时需要励磁，当发电机停机备用、检修和故障时，都需要快速安全地减小励磁，使发电机的磁通降低到接近于零的过程称为灭磁过程。

大型发电机励磁系统采用逆变灭磁和直流侧灭磁开关灭磁两种方式，正常停机方式采用的是逆变灭磁方式，发电机出口主开关跳闸不联跳灭磁开关，通过励磁回路在发电机出口开关跳闸时大幅度增加可控硅触发角，把转子线圈储存的能量作为供电电源，向交流侧传送，由此产生的电压和原定子出线电压极性相反，从而迅速降低发电机交流侧的机端电压，同时又消耗了转子的能量，消除了励磁回路过电压，降低了机端定子电压，此后再跳开灭磁开关，实现机组的正常停机；当发电机定子、单元联接的主变压器或励磁系统发生故障，如励磁变压器故障、发电机滑环短路、励磁主回路短路及元件故障、发电机励磁调节器误强励等故障时，灭磁开关迅速跳闸，非线性灭磁电阻立即并联在转子两端，巨大的转子能量经由灭磁电阻发热释放能量，而且在转子电压过高的时候能够限制转子过电压。

1 存在问题

河津发电分公司300MW机组在正常停机检修中，发现励磁回路灭磁开关主触头存在严重灼伤痕迹，在机组停机时，发电机有功和无功降至最低值，汽轮机主汽门关闭，待程跳逆功率保护动作后，联跳主断路器和灭磁开关，实现机组的解列灭磁，此时由于未经过逆变灭磁，转子能量没有转移至发电机交流侧，然而实现非线性灭磁电阻灭磁的关键，就是快速让灭磁电阻导通，而灭磁电阻的导通依赖于灭磁电阻上的反压，也就是转子感应电势的反压。只有当转子反压高于氧化锌电阻的击穿电压后，转子电流才能流经电阻，显然此时的转子电压较低，不能通过非线性电阻灭磁，只能通过灭磁开关本身来灭磁，利用灭弧栅片来吸收灭磁能量，对灭磁开关主触头损伤较大，出现触头表面灼伤严重甚至烧毁灭磁开关。

造成这个问题有两方面的原因:第一，运行人员操作停机步骤不完善，当机组有功和无功降至最低值时，没有进行励磁系统逆变灭磁操作，直到程跳逆功率保护动作实现机组解列灭磁；第二，程跳逆功率保护跳闸出口回路设计不完善，由于停机过程时间比较短暂，要求人员手动操作逆变灭磁不太现实，需要发变组保护装置自动实现先逆变灭磁再断开灭磁开关这一过程。

2 灭磁开关跳闸回路改进

2.1 回路现状

发电机是向系统送出有功功率的，如果出现系统向发电机倒送有功，即发电机变成电动机运行，这就是逆功率异常工况。发变组保护装置中有2只逆功率继电器，其一用于程序跳闸方式，即当过负荷保护、失磁保护等动作后，应保证先关主汽门，等到出现逆功率状态时就确信主汽门已经关闭，这时逆功率继电器动作，主开关跳闸，这种程序跳闸可避免因主汽门未关而断路器先断开引起灾难性“飞车”事故。另一种逆功率继电器是用来构成逆功率保护。

对于大型汽轮发电机，发电机的逆功率保护除了作为汽轮机的保护之外，也作为发电机组的程控跳闸启动元件，也就是以上所说的程跳逆功率保护，逻辑框图如图1所示（图中K为主汽门辅助接点，主汽门关闭后开放保护出口）。

图1 程跳逆功率保护逻辑框图

当主汽门关闭后且发电机吸收的有功功率大于整定值时，且无TV断线闭锁条件时，经短延时t1发信号，经长延时t2去启动机组程序跳闸，跳开主断路器，跳开灭磁开关，跳开厂用工作进线开关，启动厂用电快切。

程跳逆功率保护动作后，其保护接点闭合将保护装置正电源接至灭磁开关分闸回路，将灭磁开关跳闸，灭磁开关跳闸回路图如图2所示。

图2 灭磁开关跳闸回路

2.2 回路改进方案

在发变组保护装置内部通过逻辑修改，新增加一个跳闸出口通道，作为程跳逆功率保护动作跳灭磁开关的出口，与其他保护的出口隔离开，机组正常停机时，程跳逆功率保护动作后新增的出口接点闭合启动时间继电器SJ，SJ的瞬动接点开入励磁调节器，作为停机逆变信号，励磁调节器向可控硅整流装置发出逆变脉冲信号，将发电机转子能量通过逆变送回励磁变压器交流侧，实现逆变灭磁，SJ的延时设定为5 s，其延时接点闭合将保护装置正电源接至灭磁开关分闸回路，将灭磁开关跳闸。经过5 s的延时再将灭磁开关跳开，以保证逆变灭磁可以成功完成，转子能量衰减为零。发变组其他保护跳闸出口在故障情况下可以直接跳开励磁开关。因此，对灭磁开关跳闸回路进行改动，如图3所示。

图3 修改后的灭磁开关跳闸回路

根据修改后的灭磁开关跳闸回路可以看出，正常停机过程时，程跳逆功率保护动作后启动时间继电器SJ并自保持，SJ瞬动接点逆变灭磁，其延时接点5 s闭合跳开灭磁开关，灭磁开关辅助接点打开后回路复归；故障情况下其他保护动作可以立即跳开灭磁开关。

3 改造前后对照

3.1 改造前波形分析

图4 改造前励磁电压波形

图5 改造前励磁电流波形

图6 改造前开入量变化情况

图7 改造后励磁电压波形

图8 改造后励磁电流波形

图9 改造后开入量变化情况

由图6所示，0ms时发变组保护程跳逆功率保护动作，1 001.5ms时发电机主开关动作跳闸，灭磁开关在1 083.6ms时跳闸，由图4和图5所示，励磁电压Uf和励磁电流If逐渐衰减，在图5中可以看出，励磁电压Uf在1 372.7ms时衰减至最低值，至1 803.6ms灭磁开关跳开时，励磁电压Uf有个突增的过程最大值达到393 V左右，这一过程为灭磁开关主触头断开灭磁拉弧的过程，励磁回路的剩余能量通过灭磁开关主触头释放，造成主触头表面严重灼伤甚至烧毁灭磁开关。

3.2 改造后波形分析

由图9所示，0ms时发变组保护程跳逆功率保护动作，1 024.5ms时发电机主开关动作跳闸，新增时间继电器SJ的瞬动接点开入励磁调节器实现逆变灭磁，由图7所示，励磁电压Uf经逆变灭磁后反相，将发电机转子能量送回励磁变压器交流侧，励磁电压的反相峰值达到251 V左右，然后逐渐衰减，5 539.0ms时灭磁开关跳开，此时励磁电压和励磁电流都已几乎衰减为零，这样就不会造成灭磁开关主触头灼伤的现象。

4 结束语

通过对发变组保护程跳逆功率保护跳灭磁开关控制回路改造，实现了在机组正常停机时，发变组保护自动向励磁调节器发出逆变灭磁命令，将发电机转子能量通过逆变送回励磁变压器交流侧，灭磁开关跳闸回路得到优化，并根据停机时波形的分析，取得了良好的效果，避免了灭磁开关主触头灼伤严重甚至烧毁灭磁开关事故的发生，保证了机组和电气设备的安全稳定运行。

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

卢瑞刚（1981-），男，山西永济人，2004年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，从事继电保护检修工作；

孙鑫（1980-），女，山西阳泉人，2003年毕业于太原理工大学信息工程及其自动化专业，助理工程师，从事继电保护检修工作。