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勵磁系統尖峰過電壓的抑制措施(馬躍林、李基成等)

文字:[大][中][小] 2014-12-26    瀏覽次數:939    

                                                          

HK-LYB-2000型勵磁系統大能容尖峰過電壓抑制器
在白山發電廠300MW機組的應用
馬躍林1 李基成2 李開明3 黃冬華4

      摘 :本文闡述了目前大中型發電機組采用可控硅自并勵勵磁系統產生的過高的尖峰過電壓對設備的危害,介紹了白山發電廠采用HK-LYB-2000型勵磁系統大能容尖峰過電壓抑制器的效果。

  關鍵詞:同步發電機;尖峰過電壓;保護方法;抑制器
1、可控硅換相在勵磁系統交直流側出現尖峰過電壓的機理及危害
在靜止可控硅勵磁系統中,勵磁電源輸出的大小由可控硅的導通角控制,在可控硅換相關斷過程中,由電路中激發起電磁能量的互相轉換和傳遞,其交流和直流側產生了尖峰過電壓。這種過電壓峰值高,并具有三個特點:一是周期性很強,每個周期產生六個換相缺口,其中有兩個是本相可控硅換相產生,另外四個是其它相可控硅產生;二是一致性也很強,換相過電壓尖峰毛刺都是在可控硅換相關斷瞬間產生,這是由于可控硅反向恢復電荷不能突變的原因;三是盡管每個尖峰毛刺能量不是很大,但每個周期產生6個尖峰,連續運行總能量很大。該尖峰過電壓的峰值可達陽極電壓的三倍左右,容易引起勵磁變、功率柜和轉子系統軟擊穿事故,甚至引起器件燒毀和停機事故,使發電機組安全運行受到威脅。
可控硅勵磁電源出現誤強勵和失磁故障的幾率比二極管整流電源高得的多,這主要是由于可控硅換相時產生的尖峰過電壓引起的。當可控硅觸發角α與重疊角β之和,為500左右時,尖峰過電壓值最大。
對于換相尖峰電壓引起的勵磁故障,由于過電壓時間短(僅幾微秒),能量不集中,一般對絕緣形成不了直接擊穿,多為閃絡放電,形成非金屬擊穿,事故后絕緣能恢復,故障點不易查找。對于可控硅微秒級上升前沿的尖峰電壓來說,通過變壓器高低壓線圈的匝間雜散電容耦合也可產生感應過電壓或反射波疊加過電壓。在脈沖變壓器的一側是可控硅幾千伏的高壓電位,另一側是十幾伏的低壓電子線路,稍有一點電位擾動,就會從高壓側傳到低壓側,引起電子線路的紊亂。這種在高低壓懸殊的連接點、隔離點產生的感應過電壓也是非可控硅電源沒有的,所以勵磁故障多從脈沖變處產生、發展。對不動聲色這種過電壓曾經發現脈沖變發生擊穿,引起多次誤強勵和失磁故障。但更多的是故障發生后找不到脈沖變的擊穿點。
對于尖峰過電壓問題必須引起充分的重視,對已運行的機組,可加強尖峰過電壓的吸收,并對薄弱的局部加強絕緣,但最終應該用新的可靠的技術來解決問題。
目前東北電網公司白山發電廠采用的新型HK-LYB-2000型勵磁系統大能容尖峰過電壓抑制器對尖峰過電壓的抑制效果明顯,投運幾年來情況良好,為白山發電機組的安全運行,提供了可靠的保障。
2、HK-LYB-2000型大能容過電壓抑制器的組成:
2.1、裝置主要由高能容氧化鋅壓敏電阻和進口無感電阻、進口高耐壓電容經過詳細計算組合而成的綜合保護組合于一體的勵磁系統交直流側過電壓保護。
2.2、裝置配有特種熔斷器用來防止保護回路因老化擊穿造成的短路。
3、HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器接線示意圖
4、HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器的技術結論及主要優點
此裝置保護器件少,電阻發熱量小。一方面通過壓敏電阻降低過電壓的幅值,同時由特殊阻容保護降低過電壓的陡度。
按照這種方式整定的過電壓保護,可以保護勵磁變及可控硅不至于因電壓過高造成絕緣損壞。壓敏電阻過電壓保護,無法吸收可控硅換相過電壓的尖峰毛刺,不能降低過電壓的前沿陡度,必須采用組容吸收裝置加以限制。
采用高能氧化鋅壓敏電阻及特殊阻容保護相配合可以保護勵磁變及可控硅不至于因電壓過高造成絕緣損壞,同時利用電容穩壓和充電特性,吸收勵磁陽極過電壓尖峰毛刺,避免設備絕緣因尖峰電壓遭受軟擊穿。
該裝置體積小、造價低、使用壽命長、免維護運行等性能指標大大優于普通過壓保護。具有接線簡單、成本低、故障率低、易于實現、經濟實用之特點。
5、HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器在電白山電廠應用效果對比試驗
白山電廠一期1-3F機,二期4-5F機,豐滿電廠11-12F機,都安裝了HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器。
5.1試驗接線圖:
5.2試驗步驟:
(一)未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器交流側電壓
波形圖(空載額定)

U△


陽極電壓有效值:159.8×5.78=923.6V
陽極電壓尖峰值:U=0.8×200×5.78=924.8V
(二)投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器交流側電壓波形圖(空載額定)

U△


陽極電壓有效值:159.8×5.78=923.6V
陽極電壓尖峰值:U=0.4×100×5.78=231.2V
投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器后陽極交流側尖峰過電壓下降: (924.8V-231.2V)÷924.8V × 100﹪ = 75﹪
(三)未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器直流側電壓波形圖(空載額定)

U△


直流側電壓尖峰值:U=13×(500÷5)=1300V (未用分壓電阻)
(四)投入HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器直流側電壓波形(空載額定)

U△
直流側電壓尖峰值:U△=2×(500÷5)=200V (未用分壓電阻)


投入HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器后直流側尖峰下降:
(1300V-200V)÷1300V × 100﹪ =84.6﹪
5.3、試驗結論:
HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器是目前為止對勵磁系統交流過電壓及尖峰過電壓吸收效果最好、安全系數最高的尖峰過電壓保護設備,并且適用于各種類型和容量的機組。
可以預見,該裝置將為我國采用靜止式可控硅自并勵勵磁系統設備的安全提供最有效可靠的保障。
作者簡介:
1、馬躍林:東北電網公司吉林白山發電廠電氣專責,長期從事發電廠勵磁設備檢修與維護以及電廠電氣技術管理工作。
2、李基成:中國水電站自動化專委會勵磁分委會及中國電機工程學會勵磁分委會高級顧問、清華大學電力系統控制與仿真國家重點實驗室兼職研究員。
3、李開明:安徽徽凱電氣有限公司總工程師,長期致力于發電機勵磁系統滅磁裝置新技術的研制。
4、黃冬華:安徽徽凱電氣有限公司總經理,長期致力于發電機勵磁系統滅磁裝置新技術的研制。
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