汽輪發電機轉子滅磁及過壓保護改造實例

李伯年

(粵瀧發電有限責任公司,廣東羅定 527217)

汽輪發電機轉子滅磁及過壓保護改造實例

李伯年

(粵瀧發電有限責任公司,廣東羅定 527217)

本文通過分析定能電廠發電機轉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,并進行現場實施改造,提高了機組運行可靠性。

發電機 轉子 過電壓 保護

1 定能電廠汽輪發電機轉子滅磁過電壓保護裝置存在的問題

1.1 定能電廠汽輪發電機勵磁系統主要相關參數(表1)

定能電廠汽輪發電機現在使用的轉子滅磁過電壓保護裝置是南瑞公司生產的產品。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,沒考慮對發電機在大滑差時轉子出現的持續交流過電壓進行保護;尤其是在轉子側過電壓保護回路中只串聯了一路熔斷器,根據勵磁技術規范：發電機轉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機事故中轉子出現持續交流過電壓時,氧化鋅保護電路導通很快把熔斷器熔斷,使轉子過電壓保護電路開路失去保護,過電壓把轉子擊穿,導致重大事故發生。韶關事故后,廣東電科院和粵電勵磁專業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,能夠持續有效地保護發電機轉子絕緣安全。防止災難性事故。

根據這個要求,定能電廠汽輪發電機轉子滅磁過電壓保護改造達到的目的是：除能夠滿足連續兩次各種狀態下的滅磁外,還能在發電機大滑差運行,轉子出現持續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,轉子過電壓保護回路只串聯一路熔斷器(勵磁規程嚴厲禁止的條款)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,應用能夠對發電機轉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串聯組成轉子側滅磁過電壓保護電路接在轉子兩端,轉子側滅磁過電壓保護電路的主要參數為：

(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。

2.2 根據改造方案計算確定各參數的選擇

RV2為電源側過電壓保護電路,其參數為：

(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。

改造后的發電機轉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,滿足發電機能夠連續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)

由于現在運行的滅磁過電壓保護裝置還有如果發生滅磁氧化鋅短路會導致發電機轉子短路的可能,因此,轉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計算如下

發電機轉子所貯存的能量在轉子電感是線性時為：

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

由于汽輪發電機的轉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,一般選1.3;K2為耗能分配系數,汽輪發電機大約為0.1～0.4,為安全起見選0.4;K3為滅磁能力系數,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,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子保護的需要就應取更多的能量配置。由于現在還沒有人給出滿足大滑差對轉子保護的能量需要,所以我們只能從實際運行經驗對此進行考慮。廣西巖灘300MW水輪機組配備的滅磁過電壓保護是6MJ,曾發生過類似韶關#11機組的在發電機靜止時連續誤上電兩次,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,發電機和勵磁系統都得到很好的保護。另有一事例：在福建古田溪的60MW水輪機組在93年發生缺相運行十幾秒,該機組配備的氧化鋅為1.5MJ,發電機也獲得安全保護,僅有少量氧化鋅損毀。

由于汽輪機轉子的高阻尼,汽輪發電機配備的滅磁過電壓保護氧化鋅只需同容量水輪發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結果推論：135MW汽輪發電機轉子配備總能容量為2.0MJ氧化鋅較為適宜?？偰苋萘繛?.0MJ。其中轉子側配高能氧化鋅。

RV1的能容量為：1.8MJ。

RV1的滅磁最大殘壓選擇：根據汽輪發電機靜止自并勵勵磁系統技術要求,最大滅磁電壓一般選取額定勵磁電壓的4～6倍。本勵磁系統轉子額定勵磁電壓為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配合。本勵磁系統中滅磁開關為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,發電機定子可能出現的最大倍數)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。

電源側過電壓保護氧化鋅電阻RV2：選RV2的參數為：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子側的電壓限制。其電壓參數選U10Ma為1400V,將電源側過電壓限制在2000V以下。轉子正向過電壓保護動作值(即使可控硅觸發器TR1動作的轉子電壓值)為1600V(滿足勵磁技術標準,小于轉子額定勵磁電壓的6倍)。

4 結語

定能電廠發電機轉子滅磁過電壓保護裝置經過改造后,增大了滅磁容量,改變了轉子側過電壓保護回路中只串聯了一路熔斷器存在的風險,既滿足了滅磁需要,同時實現了發電機在大滑差時轉子出現的持續交流過電壓進行保護,提高了發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]中國電力行業標準,DL/T650-1998《大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件》.

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

[3]李自淳,等.同步發電機滅磁電阻的吸能容量,2001年.