大朝山電廠勵磁系統(tǒng)過電壓及保護配置闡述

羅海龍

（國投云南大朝山水電有限公司，云南 昆明 650213）

0 引 言

大朝山水電站位于云南省西部瀾滄江中下游河段，起到銜接漫灣電站與糯扎渡電站的重要作用，大壩右岸的地下廠房共設計安裝有6 臺混流式水輪發(fā)電機組，每臺發(fā)電機組額定容量為225 MW，總裝機容量為 1 350 MW，現(xiàn)已成為云南電網主要調峰調頻電廠之一。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用三相晶閘管全控橋式整流勵磁系統(tǒng)，具備直流起勵、它勵及自并勵起勵方式，勵磁系統(tǒng)包含廣東順德特種變壓器廠生產的勵磁變變壓器、三相晶閘管全控橋式整流。

本文闡述的勵磁系統(tǒng)過電壓，不包括勵磁系統(tǒng)故障誤強勵和機組甩負荷等情況下，由于發(fā)電機機端電壓升高在勵磁系統(tǒng)交流電源出現(xiàn)的工頻過電壓。

1 勵磁系統(tǒng)過電壓原因

1.1 晶閘管換相關斷過電壓

晶閘管換相關斷、觸發(fā)回路或晶閘管故障。

1.2 勵磁變壓器操作過電壓

勵磁變壓器投入突加電壓時，由高壓繞組與電壓繞組間電容及低壓繞組與鐵芯電容的耦合，以及由高壓繞組漏抗與電壓繞組分布電容組成振蕩電路的瞬變過程，使低壓繞組產生過電壓。勵磁變壓器從高壓側斷開時，由于勵磁電流及與其成正比的磁通量突然消失，使變壓器繞組產生瞬態(tài)過電壓，可達正常峰值電壓的4～5 倍。磁場斷路器跳閘時，由于負載電流突變?yōu)榱?，使勵磁變壓器繞組產生過電壓。

1.3 電力系統(tǒng)的開關操作及雷擊過電壓

電力系統(tǒng)的斷路器及隔離開關操作及雷擊等產生的過電壓，以電容或磁耦方式傳遞給勵磁變壓器低壓繞組和整流器。

1.4 發(fā)電機在失步、非全相和機端短路等故障情況下產生過電壓

在發(fā)電機發(fā)生失步時，轉子在轉差下異步運行，與由定子電流產生的旋轉磁場繼續(xù)做相對運動，切割磁力線產生過電壓。發(fā)電機非全相或者兩間短路時，定子的負序電流在發(fā)電機轉子定子間的氣隙磁場中形成速率等于同步轉速但旋轉方向相反的負序旋轉磁場，以兩倍的同步轉速與以同步轉速的轉子相對運動，使轉子產生感應出反方向的100 Hz 電流，該電流經過發(fā)電機轉子磁極和槽楔，最終在轉子端部附近沿周界形成閉合電流回路，造成轉子表面局部灼傷，損壞轉子絕緣，被稱為“負序電流燒機”。

2 過電壓保護配置情況

圖1 機組主系統(tǒng)圖

針對章節(jié)1.3 和章節(jié)1.4 提出的過電壓產生的情況，采用的解決辦法是：在勵磁變高壓側斷路器的變壓器保護配置有中性點經“放電間隙接地+避雷器+間隙零序保護”和中性點“直接接地+零序電流保護”的保護設計，可以可靠有效應對操作和發(fā)生雷擊時產生的過電壓。

針對章節(jié)1.1 提出的晶閘管換相關斷過電壓情況，采用的解決辦法是：（1）在勵磁功率柜整流橋每臂均設置阻容吸收保護，在過電壓回路中可以作為常規(guī)過電壓及浪涌吸收元件使用，圖2 為阻容式過電壓保護接線圖；（2）在發(fā)電機轉子回路中裝設過電壓保護，圖3 為大朝山電廠轉子過電壓保護接線圖。

轉子過電壓保護與滅磁共用非線性電阻RV1、RV2，過電壓保護由可控硅觸發(fā)器（TR1、TR2），正向和反向晶閘管開關（V1、V2、V3、V4，也稱為跨接器）、非線性電阻及保護動作信號傳輸設備（CT1、CT2電流繼電器動作于發(fā)信）。轉子過電壓包括功率柜側過電壓和轉子側過電壓，其動作原理（以轉子側過電壓為例）：在轉子側發(fā)生正向過電壓時，可控硅觸發(fā)器動作使電子開關V1接通投入非線性電阻，反向過電壓時接通V2，過電壓保護動作后信號由電流繼電器CT1和CT2接出，由非線性電阻的限壓特性將轉子回路的電壓限制到要求水平，以保證發(fā)電機轉子、勵磁系統(tǒng)功率整流器及相關元器件的安全。整流柜側原理于轉子側一致。

圖2 阻容式過電壓保護接線圖

圖3 發(fā)電機轉子過電壓保護接線圖

3 結 論

通過文中多類型多方式的勵磁系統(tǒng)過電壓保護設置，可以有效可靠遏制和消除發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類過電壓現(xiàn)象，防止勵磁變變壓器、三相晶閘管全控橋式整流器、滅磁開關等重要部件的損壞。