300 MW發電機滅磁系統的改造

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（1.臺州發電廠，浙江臺州318016；2.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

300 MW發電機滅磁系統的改造

朱曉瑾1，吳跨宇2

（1.臺州發電廠，浙江臺州318016；2.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

臺州發電廠300 MW機組滅磁系統存在滅磁開關弧壓低、滅磁電阻能容不足等問題，需進行改造。對新滅磁系統的設備參數進行了分析和計算。更換了滅磁開關，重新配置了滅磁電阻和轉子過電壓保護，使之滿足運行的要求。

發電機；滅磁電阻；滅磁開關；轉子過電壓保護

隨著電力系統的擴大和同步發電機單機容量的增長，快速切除故障電流是確保電力系統穩定和安全運行的必要條件。當發電機內部或外部出現短路或接地故障時，快速切斷勵磁電流，并在盡可能短的時間內消耗完儲藏在發電機轉子繞組中的能量。快速可靠地滅磁，是防止發電機過電壓的關鍵。

在發電機組運行中，由于滅磁失敗，引起滅磁開關燒毀、勵磁設備過壓擊穿，甚至危及發電機定子繞組的事故屢見不鮮。因此，可靠的滅磁系統對發電機組的安全至關重要。

1 原滅磁系統參數分析

臺州發電廠9，10號300 MW機組配備東方電機控制設備有限公司制造的GES3320微機型自并勵勵磁系統。發電機機組滅磁系統的主要技術參數如表1所示。

滅磁方式采用直流側移能型滅磁開關加ZnO非線性滅磁電阻的方式，并和逆變滅磁配合使用。正常停機時為逆變滅磁方式，發電機轉子中的儲能反饋到三相全控橋的交流側電源中。逆變滅磁過程中，勵磁調節器會將晶閘管控制角α設置到最大逆變角，使整流橋由“整流”工作狀態過渡到“逆變”工作狀態，整流橋輸出至轉子勵磁繞組上是一個反向電壓，滅磁速度較快，而轉子過電壓又在容許范圍內。事故時采用跳開滅磁開關在發電機轉子繞組接入滅磁電阻的滅磁方式，由ZnO非線性電阻吸收發電機轉子中的儲能。

表1 滅磁系統主要技術參數

事故情況下，發變組保護出口跳開滅磁開關，切斷發電機轉子電流，此時轉子將因電流變化而產生轉子反電勢，且在滅磁開關斷口產生電弧。當弧壓、整流橋輸出電壓和滅磁電阻續流電壓在滅磁開關跳開瞬間滿足式（1）后，滅磁電阻回路導通，轉子電流從滅磁開關-整流橋回路轉移進入滅磁電阻回路進行滅磁，滅磁開關斷口熄弧。

隨著轉子電流在滅磁電阻中流通，發電機轉子磁場儲能變成熱能，最后電流衰減到0。機端電壓由于阻尼繞組的作用，以比勵磁電流稍慢的速度衰減到殘壓，滅磁完成。

根據滅磁柜出廠試驗報告，滅磁電阻采用3串28并的ZnO非線性電阻接線方式，每個并聯支路的伏安特性由式（1）描述：

ZnO電阻的特性是：兩端電壓衰減速率遠遠小于其電流衰減速率。當通過的電流較小時，呈現的動態電阻較大；而通過的電流較大時，呈現的動態電阻較小。適當選擇非線性電阻的特性和阻值，可以在滅磁初瞬間使轉子電壓不超過容許值，在滅磁過程中，滅磁電壓值變化很小接近理想的恒壓滅磁，大大加快了滅磁速度。

分析滅磁系統配置是否滿足要求主要考慮以下幾個方面：滅磁開關有足夠的通流和分斷轉子電流的能力；滅磁開關的弧壓足以完成移能；滅磁電阻的工作能容可保證在整個滅磁過程轉子電流正常流通。在空載誤強勵和三相近端短路兩種最嚴重工況下的滅磁計算結果如表2所示。

表2 滅磁參數計算結果

由此可見，機組在2種最嚴重故障工況下滅磁的能容量分別為0.905 MJ和1.472 MJ，考慮到安全性，應該取高值即滅磁電阻在理想狀態下，可能需要吸收的最大能量為1.472 MJ。而改造前非線性電阻標稱能容量為1.26 MJ，不滿足要求。

由于空載誤強勵是考慮勵磁系統整流橋失控全開放的特殊運行方式，空載誤強勵滅磁時的滅磁開關弧壓Uarc要求為整流橋輸出的誤強勵勵磁電壓Ufmax（按表2取1 633 V）與非線性滅磁電阻兩端在當前勵磁電流下的電壓疊加。即：

發電機出口短路時，勵磁變電壓接近0。此時轉子電流轉移進入滅磁電阻的開關弧壓即為滅磁電阻在最大勵磁電流下的電壓值URxmax。考慮到出口短路后發電機勵磁回路電流主要由周期分量和非周期分量組成，最大勵磁電流和開關弧壓均應按照開關跳開瞬間前最近一個周期分量和非周期分量疊加峰值考慮，開關弧壓要求為：

因此滅磁開關最大弧壓取高值為3 016 V。

改造前的滅磁開關通流能力和分斷能力滿足要求，但是在技術參數中未包含弧壓數據。由圖1開關的試驗波形可見，弧壓波形頂部平坦部位的平均值，就是開關的弧壓值，其值大約為1 150 V，不滿足要求。

圖1 ABB E3H/E-MS開關試驗波形

2 新系統的配置和計算

根據以上分析結論，對滅磁系統進行改造時需要更換滅磁開關。為保持較快的滅磁速度，滅磁電阻仍采用ZnO非線性電阻，但需要增加工作能容，并配合新滅磁開關弧壓水平設計其殘壓水平。考慮到安全裕度，新滅磁開關的弧壓要求在3 200 V以上。在考慮均能系數、均流系數和在嚴重工況下滅磁時可能出現的熔斷器熔斷、滅磁電阻組件退出的情況，配置的滅磁電阻能容量在2 MJ以上。改造后的滅磁及過壓保護接線如圖2所示，主要技術參數如表3所示。

圖2 改造后滅磁及過壓保護

表3 主要技術參數

圖2中F2，RV2，V1，V2，TA1，R1，TR1組成轉子側過電壓保護跨接器，正常運行時V1不導通，正向勵磁電壓被V1阻隔，反向雖然有二極管V2導通，但勵磁電壓反向峰值很低，所以ZnO電阻RV2承受電壓不高，荷電率很低，可保證其長期工作壽命，不易老化。正向過電壓襲來時，通過分壓電阻R1使觸發器TR1動作，輸出觸發脈沖使V1觸發導通，RV2立即接入轉子回路導通吸能限壓；過電壓消失后，RV2的續流即下降到mA級，小于V1的維持電流，V1自行截止，跨接器復歸關斷。反向過電壓由二極管V2導通限壓，同樣自動恢復截止。正向過壓保護動作電壓值可通過改變R1阻值來整定，調整方便。圖2中F3，RV3，V2，V3，TA1，R2，TR2組成電源側過電壓保護跨接器，工作原理類同。

滅磁方式仍采用滅磁開關+ZnO非線性電阻+逆變滅磁。發電機轉子最大儲能按空載誤強勵狀態的儲能計算。根據試驗及大量的使用經驗，RV1能量容量值可由式（2）估算：

式中：Wde為滅磁電阻RV1標稱能量容量；k1為容量儲備系數，考慮運行中30%熔斷器退出后仍可保證可靠滅磁的要求，取1.3；k2為耗能分配系數，取經驗值0.5；k3為發電機磁場最大儲能系數，取為4；k4為閥片均能系數，取0.9；Wf0為轉子繞組的空載儲能；Lf0為轉子繞組在空載時的不飽和電感；If0為空載勵磁電流；Td0為定子繞組三相開路時的轉子繞組時間常數；Rf為轉子繞組直流電阻（75℃時）。

由此可以算得：

考慮到機端三相短路的嚴厲工況和必要的安全裕量，選取Wde=2.4 MJ。

確定滅磁電阻后，校核滅磁開關的弧壓：

空載誤強勵時：Uarcmax=Ufmax+Urx=1 633+900×（3 983÷80）0.027=2 633 V

發電機出口短路時：Uarcmax=URxmax=900×（7 075 ÷80）0.027=1 016 V

因此，滅磁開關的弧壓按2 800 V考慮，是符合要求的。

該套滅磁系統在中科院等離子所利用大電感進行了1∶1滅磁試驗，試驗波形見圖3。試驗時勵磁電壓電流最大值分別為938.8 V和4 239.7 A，滅磁時間1 350 ms，滅磁能量2 401.36 kJ。試驗結果表明，新的滅磁系統滿足設計和機組的最大滅磁工況要求。

3 結語

發電機轉子回路滅磁開關配合滅磁電阻作為目前廣泛使用的滅磁方式，可靠性主要受滅磁開關弧壓和滅磁電阻能容量的影響。以臺州發電廠9，10號機滅磁裝置為研究對象，計算、分析了滅關弧壓參數低、滅磁電阻能容不足的問題。計算磁裝置的性能參數。通過改造，解決了原滅磁開和試驗證明，改造后的滅磁系統滿足標準規定故障工況的滅磁要求。提供的有關滅磁系統參數實用計算方法，可供同行在勵磁系統設計選型、參數校核和設備改造工作中參考。

圖3 滅磁試驗波形

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（本文編輯：楊勇）

Retrofit of De-excitation System for 300 MW Generator

ZHU Xiao-jin1，WU Kua-yu2
（1.Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318016，China；2.Zhejiang Electric Power Corporation Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In order to deal with the problems of the de-excitation system for the 300 MW unit in Taizhou Power Plant including excessively low arc voltage of the de-excitation switch and de-excitation resistance capacity shortage etc，the retrofit is needed.This paper analyzes and calculates the parameters of the new deexcitation system equipments.The de-excitation switch is replaced and the de-excitation resistance and rotor over-voltage protection are reconfigured to meet the operation requirements.

generator；de-excitation resistance；de-excitation switch；rotor over-voltage protection

TM761+.11

：B

：1007-1881（2012）07-0030-03

2012-05-04

朱曉瑾（1974-），女，浙江三門人，碩士，高級工程師，從事發電廠繼電保護和自動裝置的技術管理工作。