汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及過壓保護改造實例

李伯年

(粵瀧發(fā)電有限責任公司,廣東羅定 527217)

汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及過壓保護改造實例

李伯年

(粵瀧發(fā)電有限責任公司,廣東羅定 527217)

本文通過分析定能電廠發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護裝置存在的滅磁容量不足和設計上的缺陷,吸取其他電廠的事故教訓,提出最佳改造方案,并進行現(xiàn)場實施改造,提高了機組運行可靠性。

發(fā)電機 轉(zhuǎn)子 過電壓 保護

1 定能電廠汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護裝置存在的問題

1.1 定能電廠汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)主要相關參數(shù)(表1)

定能電廠汽輪發(fā)電機現(xiàn)在使用的轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護裝置是南瑞公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。該裝置的電路設計是有缺陷的,主要缺陷為：該裝置只滿足滅磁需要,沒考慮對發(fā)電機在大滑差時轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的持續(xù)交流過電壓進行保護;尤其是在轉(zhuǎn)子側(cè)過電壓保護回路中只串聯(lián)了一路熔斷器,根據(jù)勵磁技術規(guī)范：發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路的過電壓保護電路是嚴禁只裝一路熔斷器,由于該缺陷,使得在韶關電廠#11機事故中轉(zhuǎn)子出現(xiàn)持續(xù)交流過電壓時,氧化鋅保護電路導通很快把熔斷器熔斷,使轉(zhuǎn)子過電壓保護電路開路失去保護,過電壓把轉(zhuǎn)子擊穿,導致重大事故發(fā)生。韶關事故后,廣東電科院和粵電勵磁專業(yè)對事故進行了認真分析,指出了該裝置的這些重大缺陷,要求使用該裝置的電廠要進行改造,改造后的滅磁過電壓保護裝置應具備更多的滅磁過電壓保護能容量,以便在韶關那樣的事故中,能夠持續(xù)有效地保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣安全。防止災難性事故。

根據(jù)這個要求,定能電廠汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護改造達到的目的是：除能夠滿足連續(xù)兩次各種狀態(tài)下的滅磁外,還能在發(fā)電機大滑差運行,轉(zhuǎn)子出現(xiàn)持續(xù)交流過電壓時進行可靠保護。

南瑞的滅磁過電壓保護裝置除了保護容量不足,轉(zhuǎn)子過電壓保護回路只串聯(lián)一路熔斷器(勵磁規(guī)程嚴厲禁止的條款)嚴重問題,還有如果氧化鋅損壞會造成轉(zhuǎn)子短路;氧化鋅沒密封,可能造成受潮集垢爬電;檢修維護困難等問題。為了機組的運行安全,應用能夠?qū)Πl(fā)電機轉(zhuǎn)子進行安全可靠各種過電壓保護的裝置進行更換,將南瑞的滅磁及過電壓保護電路退出運行。

2 改造方案

2.1 本次改造的滅磁過電壓保護電路型號為MB62-2.0MJ/1.4KV

具體電路見圖中虛線包圍部分：(圖1)

圖中RV1和可控硅V1、二極管V2串聯(lián)組成轉(zhuǎn)子側(cè)滅磁過電壓保護電路接在轉(zhuǎn)子兩端,轉(zhuǎn)子側(cè)滅磁過電壓保護電路的主要參數(shù)為：

(1)滅磁及過壓保護壓敏電阻(RV1)能容量：Ee=1.8MJ;(2)正向過電壓保護動作整定值：UOPZ1=1.6kV;(3)正向過電壓保護限壓值：USPZ1≤1.4kV;(4)反向過電壓保護動作值：UOPF2=0.95kV;(5)反向過電壓保護限壓值：USPF2≤1.4kV;(6)型號：MYNZ1-1.8/1.4;(7)裝配：3串2并1個單元,共20個單元并聯(lián)。

2.2 根據(jù)改造方案計算確定各參數(shù)的選擇

RV2為電源側(cè)過電壓保護電路,其參數(shù)為：

(1)過壓保護壓敏電阻(RV1)能容量：Ee=0.2MJ;(2)正向過電壓保護動作值：UOPZ2=1.4Kv;(3)正向過電壓保護限壓值：USPZ2≤2.0kV;(4)反向過電壓保護動作值：UOPF2=1.4kV;(5)反向過電壓保護限壓值：USPF2≤2.0Kv;(6)型號：MYNZ1-0.2/2.0。

改造后的發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護裝置應該是電路簡潔可靠,保護容量充裕,滿足發(fā)電機能夠連續(xù)進行兩次滅磁及在各種情況下的過電壓保護。

2.3 改造設備供貨范圍(表2)

由于現(xiàn)在運行的滅磁過電壓保護裝置還有如果發(fā)生滅磁氧化鋅短路會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路的可能,因此,轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護改造后應該把原氧化鋅滅磁過電壓保護部分拆除。

3 改造后的滅磁過電壓保護裝置各部件參數(shù)計算如下

發(fā)電機轉(zhuǎn)子所貯存的能量在轉(zhuǎn)子電感是線性時為：

發(fā)電機在額定空載勵磁時轉(zhuǎn)子是線性的,所以：W=0.5×0.98×785×785=30195J=0.3MJ,發(fā)電機的最大滅磁能量為最大誤強勵時,這時的轉(zhuǎn)子貯存的能量大約為額定空載強勵時的三倍。根據(jù)現(xiàn)在的勵磁系統(tǒng)技術要求,滅磁設備要能連續(xù)滅磁兩次。一次最大誤強勵,一次帶滿載負荷滅磁(滿載負荷轉(zhuǎn)子貯存的能量大約是額定空載的1.5倍)。

由于汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子具有很強的阻尼效應,滅磁時,滅磁設備吸收的能量遠小于轉(zhuǎn)子所貯存的能量。因此,滅磁設備配備吸收能量時,一般按下式來計算：

靜(20)影(25)省(17)憐(1)冷(21)永(2)鼎(1)性(1)定(2)勝(1)艇(1)頂(1)境(2)醒(7)整(1)景(2)井(3)命(1)聽(1)迥(1)興(1)

Wfmax=K1×K2×K3×K4×W

式中 K1為容量儲備系數(shù),一般選1.3;K2為耗能分配系數(shù),汽輪發(fā)電機大約為0.1～0.4,為安全起見選0.4;K3為滅磁能力系數(shù),如只考慮一次最大滅磁應選3,如考慮一次最大滅磁一次帶滿載滅磁應選4.5;K4為氧化鋅均能因子系數(shù),對組合均能達到90%的配片,K4約為1.1。

于是：

表1

表2

圖1

以上是滅磁要求的裝置能量。如果從滿足大滑差對轉(zhuǎn)子保護的需要就應取更多的能量配置。由于現(xiàn)在還沒有人給出滿足大滑差對轉(zhuǎn)子保護的能量需要,所以我們只能從實際運行經(jīng)驗對此進行考慮。廣西巖灘300MW水輪機組配備的滅磁過電壓保護是6MJ,曾發(fā)生過類似韶關#11機組的在發(fā)電機靜止時連續(xù)誤上電兩次,其中較長的一次時間是20多秒。在該次事故中僅損壞氧化鋅幾路,發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)都得到很好的保護。另有一事例：在福建古田溪的60MW水輪機組在93年發(fā)生缺相運行十幾秒,該機組配備的氧化鋅為1.5MJ,發(fā)電機也獲得安全保護,僅有少量氧化鋅損毀。

由于汽輪機轉(zhuǎn)子的高阻尼,汽輪發(fā)電機配備的滅磁過電壓保護氧化鋅只需同容量水輪發(fā)電機配備的一半以下。從廣西巖灘300MW水輪機組滅磁過電壓保護裝置配備的6MJ氧化鋅容量和福建古田溪的60MW水輪機組配備1MJ氧化鋅在機組事故中的表現(xiàn)結果推論：135MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子配備總能容量為2.0MJ氧化鋅較為適宜?？偰苋萘繛?.0MJ。其中轉(zhuǎn)子側(cè)配高能氧化鋅。

RV1的能容量為：1.8MJ。

RV1的滅磁最大殘壓選擇：根據(jù)汽輪發(fā)電機靜止自并勵勵磁系統(tǒng)技術要求,最大滅磁電壓一般選取額定勵磁電壓的4～6倍。本勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子額定勵磁電壓為280V,在此選最大滅磁電壓為額定勵磁電壓的5倍。滅磁電壓選取還有一個重要的考量是與滅磁開關的參數(shù)配合。本勵磁系統(tǒng)中滅磁開關為DM4,其開關弧壓能力為大于3000V,滅磁電壓的設置要滿足：

式中UFMK＞3000V;UD是整流電源輸出電壓,其最大值為：550V×√2×1.5=1166V(1.5因子是考慮空載誤強勵時,發(fā)電機定子可能出現(xiàn)的最大倍數(shù))U滅滅磁電阻在最大強勵(3500A)時的殘壓。即UD+U滅=1166V+1400V=2566V,小于3000V。

電源側(cè)過電壓保護氧化鋅電阻RV2：選RV2的參數(shù)為：0.2MJ/(U10Ma=1400V)設置RV2的目的是為在滅磁開關FMK斷開時作電源側(cè)的過電壓保護,由于其能量有限,只需要較少的能容量就可以滿足保護,在已投入運行的滅磁裝置中,RV2的能量都小于0.2MJ。在本改造裝置中選RV2的能量為0.2MJ;RV2的電壓保護應該高于轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓限制。其電壓參數(shù)選U10Ma為1400V,將電源側(cè)過電壓限制在2000V以下。轉(zhuǎn)子正向過電壓保護動作值(即使可控硅觸發(fā)器TR1動作的轉(zhuǎn)子電壓值)為1600V(滿足勵磁技術標準,小于轉(zhuǎn)子額定勵磁電壓的6倍)。

4 結語

定能電廠發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁過電壓保護裝置經(jīng)過改造后,增大了滅磁容量,改變了轉(zhuǎn)子側(cè)過電壓保護回路中只串聯(lián)了一路熔斷器存在的風險,既滿足了滅磁需要,同時實現(xiàn)了發(fā)電機在大滑差時轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的持續(xù)交流過電壓進行保護,提高了發(fā)電機組運行的安全可靠性,為同類型機組提供了很好的改造實例。

[1]中國電力行業(yè)標準,DL/T650-1998《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術條件》.

[2]中國電力行業(yè)標準,DL/T583-1995《大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術條件》.

[3]李自淳,等.同步發(fā)電機滅磁電阻的吸能容量,2001年.