瑞典ASEA公司灭磁装置性能分析及改进方法

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内容摘要：

瑞典ASEA公司灭磁装置性能分析及改进方法
湖北宜昌市三峡供电局 王思南
摘要:本文对瑞典ASEA公司ASLG4000灭磁开关及其灭磁装置进行介绍,从试验数据和理论计算两方面分析其灭磁性能,总结其运行情况,并提出了三种改造方案.
一,前言
随着大中型企业水轮发电机组采用晶闸管静止励磁方式的日益增多,非常突出的是发电机快速灭磁与转子过电压问题.1981年晶闸管静止励磁方式在葛洲坝电厂17万千瓦及12.5万千瓦的水轮发电机组上首次应用,据统计,从1981年至1983年期间,在葛洲坝电厂因灭磁系统内故障而被烧坏的DM2—2500型灭磁开关就有8台.因此,发电机组快速灭磁与抑制灭磁过程中转子过电压问题也引起了国家有关部门的高度重视,并列为重大科技攻关项目进行攻关.至今为止,在国内有关制造厂,科研部门的通力合作下,这个问题已基本得 到解决,与此同时,也引起了了数套瑞典ASEA公司(现为ABB公司)的灭磁装置,并在葛洲坝电厂12#,14#两台12.5万千瓦水轮发电机组上安装,投入运行.
二,ASEA公司灭磁装置组成
ASEA公司灭磁装置原理图如图一所示,主要组成部分:
1,磁场断路器:单断口,型号ASLG4000,用于切断磁场回路.
2,放电晶闸管:形成转子放电回路,由磁场断路器起动触发放电晶闸管导通.
3,灭磁消能非线形电阻:灭磁消能元件,灭磁时转子能量经此非线电阻迅速消耗掉,该非线性电阻的成分为sic(碳化硅),在额定电流流过下,残压为500V,有关参数:C=165,α=0.36,伏安特性:U=C·I2
4,触发及保护单元:
晶闸管触发回路
磁场断路器过流保护
转子接地保护
转子正,反方向过压保护
三,装置性能分析
1,可靠性
该装置磁场断路器本身动作安全可靠,就磁场断路器本身而言没有发生过误动,拒动的现象.曾因其过流保护误动,使其磁场断路器误跳两次(每次都造成机组事故,甩负荷12.5万千瓦).
2001年6月19日,该磁场断路器在机组满负荷125MW运行情况下偷跳,造成12F解列,经检查系统磁场断路器操作接触器F1线圈引线端部是断解断所引起,因无备品,改用DZY219型国产中间继电器代替,才使磁场断路器恢复正常运行.
总之,该装置运行可靠性较高,但有后顾之忧,一旦某些重要部件损坏,该装置将无法正常运行.
2,灭磁性能
为了能说明该装置的灭磁性能和比较方便我们选用了发电机空载额定工况下的灭磁特性并选取以下参数:
(1)发电机定子电压下降到额定值的0.368及0.1倍的时间tm1和tm2.
(2)磁场断路器建压时间:cj
(3)灭磁过程中转子绕组出现最高电压Ucmax10试验结果
图(2)所示为空载额定工况灭磁波形曲线
由示波图可得知:tm1=1.94〃,tm2=3.72〃,tj=40ms ,ULmax=-240V.
从上述灭磁数据可得知,该装置灭磁时发电机转子绕组过电压数值较低,所以说在此电压下转子绕组及励磁回路绝缘不会造成任何损害.它的转子过电压数值是我厂其它机组灭磁时转子过电压数值(-1500U—-2000U)的0.16倍.
从示波图中可以看出,灭磁曲线与"理想灭磁"曲线相差甚远.这是因为改造装置灭磁电阻采用的是碳化硅非线形电阻,该种类型的电阻伏安特性较差,其伏安特性如图(3)所示.
现在从理论上验证试验结果.图四的回路方程:
求出:
当电流if=0时,可求得灭磁时间为:
(1)
UnRO—灭磁时非线形电阻两端初始电压值
Ifo—灭磁前初始励磁电流值
UnR=clf2—非线形电阻压降
K—即非线形电阻的动作电压与转子额定电压之比.
由公式(1)可计算得出该装置灭磁时转子电流衰减到零的时间.
该装置c=165 α=0.36 K=1
可以看出,理论计算和试验数据相吻合,故可以证明试验数据是正确的.
四,存在的主要问题
从该装置灭磁特性分析中可知,该装置灭磁时间较长,tm1和tm2的时间是我厂其它同类型机组灭磁时间的3.8倍.我厂大部分机组采用双断口开关——高能氧化锌非线性电阻组成的灭磁装置,其有关参数为:非线性电阻动作电压1500V,α=0.04,K=3
根据公式(1)可计算灭磁时间tm,
可以看出,这种灭磁装置的灭磁时间远小于ASEA公司的灭磁装置灭磁时间.
由于瑞典ASEA公司灭磁装置灭磁时间较长,当发生发电机内部及出口器线短路故障时,该灭磁装置不能尽快地灭磁以缩短在故障点的燃弧时间,将会使故障所造成的危害加大,扩大事故.如果故障电流较大,除击穿线棒绝缘外还将有严重的铜和铁芯的烧损,这种故障至少需要换损坏的绝缘,甚至要部分地拆修发电机的定子铁芯.这是一个我们非常不愿意看到的而又可能发生的事情,发电机内部短路故障在其它的水电厂如丰满发电厂,云峰发电厂都曾发生过,造成了发电机组严重的损坏.而葛洲坝二江电厂也曾发生过两次主变内部短路故障(单机单变低压侧无断路器的单元接线).当时的发电机采用续流线性电阻灭磁方式,灭磁时间较长,无疑使故障所造成的危害加大造成机组及变压器停运四十九天,损失电量二亿度.所以发电机组采用简单有效的快速灭磁装置是十分有必要的.
五,改进方法
为了改善ASEA公司灭磁装置的灭磁性能,提高灭磁速度,使灭磁曲线近于"理想灭磁"曲线,同时保证转子两断过电压值不超过允许值,可采用如下方法:
利用现有的磁场断路器,改变灭磁消能用的非线性电阻的动作电压值
由于进口外国碳化硅非线性电阻困难较大,而且国产高能氧化锌非线性电阻性能优于碳化硅非线性电阻所以非线性电阻,采用国产氧化锌电阻,其动作值选为3500=1500V,即可达到改善该装置灭磁性能的要求.
但是这种改进方法能否获得成功,则取决于该装置磁场断路器的性能,断路器的主要技术数据如下:
型号:ASLGA4000,额定绝缘电压:2400V
额定工作电压:1350V,额定电流:4000A
最大允许恢复电压:3200V
在我厂同类型机组上所做的双断口开关——ZnO非线性电阻(动作电压1500V)灭磁装置所做的灭磁试验数据表明:当单断口(正级)切断发电机空载励磁电流880A时,其正级断口电压差已高达2552V,接近最大允许恢复电压.如果出现空载误强励工况,该磁场断路器切断误强励电流,此时,发电机机端将出现1.5倍过电压,整流桥输出电压UZ=1.51.35VY=1.51.35780=1580V(平均值).转子电压ULM(非线性电阻电压)为-1679V(试验数据).则:
断口电压VK=U-ULM=1580-(-1679)=3259V.这是灭磁装置受到的最严重考验,可以看出这时的断口电压值已超过该断路器的最大允许恢复电压,断路器断口可能被击穿重新燃弧,使断路器的触头烧毁.
所以,这种改进方法能否获得成功,必须经过各种工况下的灭磁试验来验证,但风险很大,该装置无备品.
2,采用熔断器——氧化锌(ZnO)非线性电阻灭磁方式.
该种灭磁方式我厂13#机已采用,这种灭磁方式的最大优点即是对磁场断路器要求不高.可利用该装置的磁场断路器,熔断器并在磁场断路器两端,灭磁时磁场断路器先断开,转子电流通过熔断器流过,然后熔断器熔断,转子产生反压,使ZnO电阻导通灭磁,动作电压值宜选为1500V,这种灭磁方法效果较好,近于"理想灭磁"效果.
3,采用双断口——ZnO非线性电阻灭磁方法
该种方法即是ASEA灭磁装置全部换掉,另外采用一套灭磁装置.目前我厂有11台机组采用此种灭磁方式.
六,结论
由上述分析可知,第一种改进方法的实施技术上难度较大,不易实施.第二种改进方法技术上是可行的,并且有一定的试验,运行经验,投资和施工量都不大.
第三种改进方法技术上完全可行,试验及运行经验也很丰富.鉴于该磁场断路器已投入运行长达十五年之久,元器件老化问题越来越突出,如今年六月十九日的事故.且备品也无法解决(在ABB公司也到产品升级换代,不易买到备品),故应下决心更换此磁场断路器,以最终解决灭磁装置的灭磁性能及运行可靠性问题.
作者简介:
王思南 长江三峡工程开发总公司三峡供电局副局厂,高级工程师
湖北宜昌市 443002
图三:非线性电阻伏安特性
额定电流流过时的残压
U
UN
IN
I
UZ
RN
RF
LF
IF
K
图四:灭磁回路简图
K
YM
SCR
L
I>
R<
OVER CURRENT PROTECTION
磁场断路器过流保护
ROTOR EARTH FAULT PROTECTION
转子接地故障保护
图二:空载额定工况下灭磁波形曲线
图一:原理简图
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