汽轮发电机转子灭磁及过压保护改造实例

李伯年

(粤泷发电有限责任公司,广东罗定 527217)

汽轮发电机转子灭磁及过压保护改造实例

李伯年

(粤泷发电有限责任公司,广东罗定 527217)

本文通过分析定能电厂发电机转子灭磁过电压保护装置存在的灭磁容量不足和设计上的缺陷,吸取其他电厂的事故教训,提出最佳改造方案,并进行现场实施改造,提高了机组运行可靠性。

发电机 转子 过电压 保护

1 定能电厂汽轮发电机转子灭磁过电压保护装置存在的问题

1.1 定能电厂汽轮发电机励磁系统主要相关参数(表1)

定能电厂汽轮发电机现在使用的转子灭磁过电压保护装置是南瑞公司生产的产品。该装置的电路设计是有缺陷的,主要缺陷为：该装置只满足灭磁需要,没考虑对发电机在大滑差时转子出现的持续交流过电压进行保护;尤其是在转子侧过电压保护回路中只串联了一路熔断器,根据励磁技术规范：发电机转子回路的过电压保护电路是严禁只装一路熔断器,由于该缺陷,使得在韶关电厂#11机事故中转子出现持续交流过电压时,氧化锌保护电路导通很快把熔断器熔断,使转子过电压保护电路开路失去保护,过电压把转子击穿,导致重大事故发生。韶关事故后,广东电科院和粤电励磁专业对事故进行了认真分析,指出了该装置的这些重大缺陷,要求使用该装置的电厂要进行改造,改造后的灭磁过电压保护装置应具备更多的灭磁过电压保护能容量,以便在韶关那样的事故中,能够持续有效地保护发电机转子绝缘安全。防止灾难性事故。

根据这个要求,定能电厂汽轮发电机转子灭磁过电压保护改造达到的目的是：除能够满足连续两次各种状态下的灭磁外,还能在发电机大滑差运行,转子出现持续交流过电压时进行可靠保护。

南瑞的灭磁过电压保护装置除了保护容量不足,转子过电压保护回路只串联一路熔断器(励磁规程严厉禁止的条款)严重问题,还有如果氧化锌损坏会造成转子短路;氧化锌没密封,可能造成受潮集垢爬电;检修维护困难等问题。为了机组的运行安全,应用能够对发电机转子进行安全可靠各种过电压保护的装置进行更换,将南瑞的灭磁及过电压保护电路退出运行。

2 改造方案

2.1 本次改造的灭磁过电压保护电路型号为MB62-2.0MJ/1.4KV

具体电路见图中虚线包围部分：(图1)

图中RV1和可控硅V1、二极管V2串联组成转子侧灭磁过电压保护电路接在转子两端,转子侧灭磁过电压保护电路的主要参数为：

(1)灭磁及过压保护压敏电阻(RV1)能容量：Ee=1.8MJ;(2)正向过电压保护动作整定值：UOPZ1=1.6kV;(3)正向过电压保护限压值：USPZ1≤1.4kV;(4)反向过电压保护动作值：UOPF2=0.95kV;(5)反向过电压保护限压值：USPF2≤1.4kV;(6)型号：MYNZ1-1.8/1.4;(7)装配：3串2并1个单元,共20个单元并联。

2.2 根据改造方案计算确定各参数的选择

RV2为电源侧过电压保护电路,其参数为：

(1)过压保护压敏电阻(RV1)能容量：Ee=0.2MJ;(2)正向过电压保护动作值：UOPZ2=1.4Kv;(3)正向过电压保护限压值：USPZ2≤2.0kV;(4)反向过电压保护动作值：UOPF2=1.4kV;(5)反向过电压保护限压值：USPF2≤2.0Kv;(6)型号：MYNZ1-0.2/2.0。

改造后的发电机转子灭磁及过电压保护装置应该是电路简洁可靠,保护容量充裕,满足发电机能够连续进行两次灭磁及在各种情况下的过电压保护。

2.3 改造设备供货范围(表2)

由于现在运行的灭磁过电压保护装置还有如果发生灭磁氧化锌短路会导致发电机转子短路的可能,因此,转子灭磁过电压保护改造后应该把原氧化锌灭磁过电压保护部分拆除。

3 改造后的灭磁过电压保护装置各部件参数计算如下

发电机转子所贮存的能量在转子电感是线性时为：

发电机在额定空载励磁时转子是线性的,所以：W=0.5×0.98×785×785=30195J=0.3MJ,发电机的最大灭磁能量为最大误强励时,这时的转子贮存的能量大约为额定空载强励时的三倍。根据现在的励磁系统技术要求,灭磁设备要能连续灭磁两次。一次最大误强励,一次带满载负荷灭磁(满载负荷转子贮存的能量大约是额定空载的1.5倍)。

由于汽轮发电机的转子具有很强的阻尼效应,灭磁时,灭磁设备吸收的能量远小于转子所贮存的能量。因此,灭磁设备配备吸收能量时,一般按下式来计算：

静(20)影(25)省(17)怜(1)冷(21)永(2)鼎(1)性(1)定(2)胜(1)艇(1)顶(1)境(2)醒(7)整(1)景(2)井(3)命(1)听(1)迥(1)兴(1)

Wfmax=K1×K2×K3×K4×W

式中 K1为容量储备系数,一般选1.3;K2为耗能分配系数,汽轮发电机大约为0.1～0.4,为安全起见选0.4;K3为灭磁能力系数,如只考虑一次最大灭磁应选3,如考虑一次最大灭磁一次带满载灭磁应选4.5;K4为氧化锌均能因子系数,对组合均能达到90%的配片,K4约为1.1。

于是：

表1

表2

图1

以上是灭磁要求的装置能量。如果从满足大滑差对转子保护的需要就应取更多的能量配置。由于现在还没有人给出满足大滑差对转子保护的能量需要,所以我们只能从实际运行经验对此进行考虑。广西岩滩300MW水轮机组配备的灭磁过电压保护是6MJ,曾发生过类似韶关#11机组的在发电机静止时连续误上电两次,其中较长的一次时间是20多秒。在该次事故中仅损坏氧化锌几路,发电机和励磁系统都得到很好的保护。另有一事例：在福建古田溪的60MW水轮机组在93年发生缺相运行十几秒,该机组配备的氧化锌为1.5MJ,发电机也获得安全保护,仅有少量氧化锌损毁。

由于汽轮机转子的高阻尼,汽轮发电机配备的灭磁过电压保护氧化锌只需同容量水轮发电机配备的一半以下。从广西岩滩300MW水轮机组灭磁过电压保护装置配备的6MJ氧化锌容量和福建古田溪的60MW水轮机组配备1MJ氧化锌在机组事故中的表现结果推论：135MW汽轮发电机转子配备总能容量为2.0MJ氧化锌较为适宜。总能容量为2.0MJ。其中转子侧配高能氧化锌。

RV1的能容量为：1.8MJ。

RV1的灭磁最大残压选择：根据汽轮发电机静止自并励励磁系统技术要求,最大灭磁电压一般选取额定励磁电压的4～6倍。本励磁系统转子额定励磁电压为280V,在此选最大灭磁电压为额定励磁电压的5倍。灭磁电压选取还有一个重要的考量是与灭磁开关的参数配合。本励磁系统中灭磁开关为DM4,其开关弧压能力为大于3000V,灭磁电压的设置要满足：

式中UFMK＞3000V;UD是整流电源输出电压,其最大值为：550V×√2×1.5=1166V(1.5因子是考虑空载误强励时,发电机定子可能出现的最大倍数)U灭灭磁电阻在最大强励(3500A)时的残压。即UD+U灭=1166V+1400V=2566V,小于3000V。

电源侧过电压保护氧化锌电阻RV2：选RV2的参数为：0.2MJ/(U10Ma=1400V)设置RV2的目的是为在灭磁开关FMK断开时作电源侧的过电压保护,由于其能量有限,只需要较少的能容量就可以满足保护,在已投入运行的灭磁装置中,RV2的能量都小于0.2MJ。在本改造装置中选RV2的能量为0.2MJ;RV2的电压保护应该高于转子侧的电压限制。其电压参数选U10Ma为1400V,将电源侧过电压限制在2000V以下。转子正向过电压保护动作值(即使可控硅触发器TR1动作的转子电压值)为1600V(满足励磁技术标准,小于转子额定励磁电压的6倍)。

4 结语

定能电厂发电机转子灭磁过电压保护装置经过改造后,增大了灭磁容量,改变了转子侧过电压保护回路中只串联了一路熔断器存在的风险,既满足了灭磁需要,同时实现了发电机在大滑差时转子出现的持续交流过电压进行保护,提高了发电机组运行的安全可靠性,为同类型机组提供了很好的改造实例。

[1]中国电力行业标准,DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》.

[2]中国电力行业标准,DL/T583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》.

[3]李自淳,等.同步发电机灭磁电阻的吸能容量,2001年.