淺析發(fā)電機轉(zhuǎn)子過壓保護方法

1、<p>　　淺析發(fā)電機轉(zhuǎn)子過壓保護方法</p><p>　　摘要：本文系統(tǒng)介紹了發(fā)電機轉(zhuǎn)子過壓保護的方法， 對發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓原因及其保護措施進行了分析，設(shè)計了一套完整的保護方案，并且已經(jīng)應(yīng)用在我國多處水電站的設(shè)計中，取得了良好的效果，說明該保護方案具有實際的指導(dǎo)意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：過電壓轉(zhuǎn)子保護發(fā)電機 </p><p>　　中圖分類號：

2、TB857+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　0 引言： </b></p><p>　　隨著三峽水電站的落成，國內(nèi)大型水電站的興建逐漸走向高潮，機組的單機容量及勵磁容量不斷增大，特別是自采用高頂值系數(shù)的自動可控硅勵磁系統(tǒng)以來，對滅磁及轉(zhuǎn)子過壓保護的要求也越來越高，采用常規(guī)滅磁開關(guān)的滅磁方式已不能滿足大型發(fā)電機組正常、可靠滅磁的要求。常規(guī)的滅磁開關(guān)在電站

3、的實際運行過程中，曾多次出現(xiàn)滅磁失敗繼而引起轉(zhuǎn)子過壓，造成轉(zhuǎn)子磁極擊穿，滅磁開關(guān)及勵磁設(shè)備燒毀等重大事故。甚至出現(xiàn)由于滅磁時間過長，以致在主變壓器內(nèi)部短路時未能及時滅磁斷流，造成主變繞組嚴(yán)重?zé)龘p，外罩炸裂的惡性事故，由此造成的經(jīng)濟損失十分巨大。因此當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部及發(fā)電機外部的變壓器以及通向主斷路器的電力傳輸線上出現(xiàn)故障或發(fā)電機運行異常危及發(fā)電機安全時，迅速滅磁以縮短在故障點的燃弧時間，防止事故持續(xù)擴大，盡量減小經(jīng)濟損失就顯得尤為重要?？梢?/p>

4、，滅磁的快速性是滅磁保護的一個重要指標(biāo)，在快速滅磁的同時，轉(zhuǎn)子電流迅速下降，會產(chǎn)生危及轉(zhuǎn)子安全的危險過電壓，因此，限制過電壓值，保護轉(zhuǎn)子絕緣安全是滅磁保護的又一重要指標(biāo)。 </p><p>　　能否安全可靠地快速滅磁，有效地限制轉(zhuǎn)子兩端的過電壓，根據(jù)不同的工況，采取何種有效措施保護發(fā)電機的安全運行，乃是亟待解決的重要問題。 </p><p>　　1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的原因 </p&g

5、t;<p>　　首要問題是確定要采取何種有效措施保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓，第一步得分析發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓基本原因，然后再根據(jù)不同過壓原因，針對性的采用相應(yīng)保護措施，才是解決問題的有效方法。 </p><p>　　1. 1 定子出線短路或遭雷擊等產(chǎn)生故障過電壓定子繞組出線短路、接地，定子側(cè)產(chǎn)生各種故障過電壓，這些過電壓會經(jīng)過定子繞組及轉(zhuǎn)子勵磁繞組間的耦合，或者勵磁變壓器初級與次級間的耦合，感應(yīng)到轉(zhuǎn)子回路。

6、</p><p>　　1. 2 發(fā)電機異步運行時產(chǎn)生滑差過電壓同步發(fā)電機在運行中失磁，會使轉(zhuǎn)子在高于同步轉(zhuǎn)速下異步運轉(zhuǎn)，靠阻尼繞組的作用變成異步發(fā)電機。在有功負(fù)荷突然變化時，功率角發(fā)生突然變化或發(fā)生失步振蕩的過程中，也有暫時的異步運行。這時轉(zhuǎn)子勵磁繞組LQ的導(dǎo)體與定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場間有相對運動，導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，此過電壓是一個正弦波，其幅值：Ehm=2 ×4. 44f2wΦkw異步運行時

7、轉(zhuǎn)子滑差感應(yīng)電壓的電頻率，一般為幾到十幾個Hz；X-LQ的串聯(lián)匝數(shù)；定子電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的主磁通，Kw - LQ的繞組系數(shù)。由于LQ的匝數(shù)X較多，故Ehm較大，根據(jù)我國現(xiàn)有普通水電站的裝機容量分析，Ehm可以達(dá)到上十萬伏。 </p><p>　　1.3 定子三相負(fù)載不對稱或非全相運行時產(chǎn)生不對稱過電壓發(fā)電機定子三相負(fù)載不對稱或一相斷路（非全相）運行時，定子三相電流不對稱。根據(jù)對稱分量法的分析，一組不對稱的三相電流

8、， 可以按照一定的方法分解成三組對稱的三相電流， 分別為正序分量電流、負(fù)序分量電流及零序分量電流。這三組對稱的電流流過發(fā)電機定子三相在空間相隔 120b電角度的繞組，將分別產(chǎn)生各自的磁場。由矢量分析可知，零序電流產(chǎn)生的合成磁場為零，而正序及負(fù)序電流產(chǎn)生的合成磁場分別在空間作正向及反向的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，稱作正序及負(fù)序磁通。而轉(zhuǎn)子繞組LQ是以正向同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，它與正序磁通相對靜止而與負(fù)序磁通以兩倍同步轉(zhuǎn)速相對運動。該過電壓的幅值 f 1=

9、100 Hz 為定子不對稱電流產(chǎn)生的負(fù)序磁通。 </p><p>　　2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的保護措施 </p><p>　　在從事繼電保護的工作汲取大量經(jīng)驗的同時再結(jié)合大量的工程實踐，我認(rèn)為在實際工程實施時，針對發(fā)電機轉(zhuǎn)子過壓問題必須采取針對性的保護措施，現(xiàn)分別闡述如下： </p><p>　　2.1 換相過電壓的保護，由于其產(chǎn)生的頻率高達(dá)300 Hz而且又是長期連

10、續(xù)如此，因此用ZnO壓敏電阻來吸收效果并不理想。這主要是因為ZnO 要求長期的荷電率必須限制在0.6 以下，即意味著不能采取頻繁而連續(xù)地導(dǎo)通吸能，否則ZnO壓敏電阻容易出現(xiàn)老化，漏電流上升，最終導(dǎo)致其壽命會大大縮短。因此國內(nèi)有些單位應(yīng)用ZnO作尖峰吸收器時，都把ZnO的壓敏電壓取得很高，用意是以此降低荷電率。這僅僅為了保護 ZnO 自身安全，而對于其他相關(guān)設(shè)備的保護作用并不佳，甚至是形同虛設(shè)。 </p><p>

11、　　根據(jù)上述關(guān)于換相過電壓產(chǎn)生的原因分析可見，其產(chǎn)生的源頭在勵磁變的漏感及線路電感，因此選擇從頭攔截相對來說效果會比較好。如果有多臺整流柜并聯(lián)運行，建議在總交流進線處集中設(shè)一組 GRC 即可。這是因為換相過電壓的產(chǎn)生只決定于并聯(lián)橋臂中最后截止的那只可控硅， 而與并聯(lián)橋臂的多少并無多大相關(guān)性。在可控硅換相t3~ t4階段，LB次級繞組任意二相電流突變產(chǎn)生過電壓時，都可以經(jīng)過二極管D1~ D6對電容C充電，從而得到緩沖，降低了di/dt，限

12、制了過電壓。t4 時刻后，C上的電荷向電阻R釋放，等待下一個周期再次吸收。二極管D1~ D6 的作用是：首先是可使三相共用一組R、C，這樣可以比較有效地節(jié)省體積較大、價格較高的高壓電容；其次是防止C上的電荷向勵磁回路釋放，避免在可控硅換相重疊瞬間二相短路時電容C突然放電產(chǎn)生極大的di/dt，損壞可控硅管；再次是可以避免電容C和回路電感產(chǎn)生振蕩。 </p><p>　　2. 2 操作過電壓、故障過電壓、滑差過電壓、

13、不對稱過電壓等的保護，以上這四種過電壓，均不是長期連續(xù)而只是偶然發(fā)生的，因此非常適合采用ZnO壓敏電阻來進行保護。這主要是由于ZnO有優(yōu)良的非線性伏安特性，一方面在大電流沖擊下殘壓不高，保護特性較好；另一方面在過電壓消失后，ZnO的續(xù)流迅速大幅度下降到 mA 級， 可以使過電壓保護跨接器中的可控硅管自行關(guān)斷。但是進口的跨接器采用SiC 作為吸能元件，這種元件漏電流大，過電壓保護動作后不能實現(xiàn)自行關(guān)斷， 必須采取停機復(fù)歸，或者用熄滅線、瞬

14、時逆變等復(fù)雜的操作后才可以復(fù)歸，其可靠性相對較低，故很多進口的SiC跨接器大部分都改成ZnO跨接器，這種類型的過電壓保護器在我國現(xiàn)已普遍推廣使用。其工作原理如下：正常運行時不通，正向勵磁電壓被KP阻隔，反向雖然有二極管KP導(dǎo)通，但勵磁電壓反向峰值很低。因此D電阻RV承受電壓不高，荷電率很低，可以保證其擁有長期的工作壽命，不易出現(xiàn)老化等問題。正向過電壓襲來時，通過分壓電阻R，使觸發(fā)器CF動作，輸出觸發(fā)脈沖使KP觸發(fā)導(dǎo)通，RV立即接人轉(zhuǎn)子回

15、路導(dǎo)通吸能限壓；過電壓消失后，RV的續(xù)流即下降到mA級，小于KP的維持電流</p><p><b>　　3 結(jié)束語： </b></p><p>　　在不同工況下，到底采取何種保護措施來有效限制發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓，到目前為止在國內(nèi)外一直沒有一個準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)答案。但是從我國南方各省以及長江、淮河、紅水河等支流上個別水電站發(fā)電的運行效果來看，本文所分析表述的轉(zhuǎn)子過電壓措施，相對

16、來說還是行之有效的。特別是采用ZnO壓敏電阻（在葛洲壩水電站、龍羊峽水電站等水電站使用）來保護偶然性發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的情況，效果比較顯著，具有一定的推廣價值。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1. 黃俊. 半導(dǎo)體變流技術(shù). 北京： 機械工業(yè)出版社， 1980 年( 第一版) </p><p>　　2. 李

17、基成. 現(xiàn)代同步發(fā)電機整流器勵磁系統(tǒng). 北京： 水利電力出版社，1987 年 12月( 第一版) </p><p>　　3. 許實章. 電機學(xué). 北京： 機械工業(yè)出版社， 1981 年 4 月( 第一版) </p><p>　　4. 王維險. 電力系統(tǒng)繼電保護基苯原理. 北京： 清華大學(xué)出版社， 1991年 2 月( 第一版) </p><p>　　6. 中國電力行