320MW发电机组灭磁及转子过电压保护装置设计.doc

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1、龙羊峡320MW发电机组灭磁及转子过电压保护工业试验装置朱仲彦 方 斌摘要 本文通过龙羊峡水电厂320MW发电机组的灭磁及过电压保护工业试验装置,介绍采用高能PTC&ZnO组件用来解决大型发电机组的灭磁的基本原理及方法.关键词 电子换流器DHQ 移能器YNQ 高能PTC1 发电机及励磁系统的主要参数额定功率：Pn 320MW 功率因数：cos 0.9额定发电机电压：Un 15.75KV 额定发电机电流：In 13035A额定励磁电压：Ufn 475V 额定励磁电流：Ifn 1623A空载励磁电压：Uf0 180V空载励磁电流：If0 875A励磁绕组时间常数： Tdo 10.15S 励磁绕组电

2、阻：Rf(75) 0.2559 励磁变二次阳极电压：Ua 1000V 强励顶值倍数：Kc 2.52 励磁系统灭磁及转子过电压保护原理图2.1 方案A电子换流器DHQ和移能器YNQ与直流磁场断路器断口并联灭磁主回路结线如下图：正常运行时，电流Ik只经过直流磁场断路器闭合触头K(若为双断口,则可串接使用)，并接在L03、L01断口两端的电子换流器DHQ因K被短接而不工作（不承受电压），正常或事故停机跳开关触头K时，由于冷态的电子换流器DHQ为初始阻值（RT0）很小的高能PTC器件，磁场电流(即Ik = If )能很快换流至DHQ支路上，在RT0两端的电压可设计为IKRT0 106），在DHQ两端（

3、亦即开关断口）的电压UK随其阻值的增大而增高(UK=IKRT)，当UK超过移能器YNQ中的高能ZnO非线性电阻的阀值电压时，即能迅速转移磁场电流并消耗掉贮存在励磁绕组中的能量实现快速灭磁。其中二极管硅桥D1&D2的作用：D1能保证励磁调节器正常的逆变功能；D2能避免因可控硅整流桥快速熔断器全部熔断造成转子回路开路引起的过电压。电子换流器DHQ冷态时的低阻导通特性,能使直流磁场断路器的主触头K在跳闸过程中没有直流电弧的烧损;其电阻随温度而升高的高阻态特性，一方面能阻断磁场电流，在其两端能建立起足够高的断口电压UK，达到移能器YNQ中的高能ZnO非线性电阻所需的灭磁残压,实现快速灭磁；另一个突出的

4、功能是PTC具有“有效限制”故障电流的作用，即能确保开关的安全跳闸，又能实现主回路电流的分断。方案A为无电弧开断, 可对直流磁场断路器触头实现免维护运行,电流的转移及断口的建压容易, 缺点是：转子绕组与电源之间无明显的间断点。2.2 方案B电子换流器DHQ和移能器YNQ与转子磁励绕组并联灭磁主回路结线如下图:直流磁场断路器触头K使转子绕组与电源之间有明显的断口，Kf为常闭辅助触头，遵循的原则是直流磁场断路器在跳闸时，先合辅助触头Kf ，再跳主触头K。由于采用了DHQ，对直流磁场断路器就可降低断口弧压Uk的要求，对于现有的ABB直流磁场断路器而言，只需满足：UK Uzmax + 100V=135

5、0V+200V=1550V其中： Uzmax=1.35Ua=1350VUa-整流变压器二次电压200V-DHQ换流导通电压电路的灭磁过程是：直流磁场断路器跳闸灭磁时，先合辅助触头Kf ，当主触头断口弧压达到大於1550V时，磁场电流就能全部换流到DHQ上，主触头断口K断流，DHQ在磁场电流的作用下发热升温，阻值升高，在DHQ两端的电压达到YNQ所需的灭磁残压时即能实现快速灭磁。本方案的优点是：转子绕组与电源之间具有明显的断口，换流瞬间DHQ的低阻导通容易使直流磁场断路器断流，不须要太高弧压，缺点是直流磁场断路器在跳闸时仍会有一定的电弧，主触头可能会造成一些烧损而带来一定的维护工作量.3 灭磁及

6、过电压保护装置参数设计3.1 磁场断路器选型选用电厂现有的ABB磁场断路器3.2 灭磁容量的计算：技术要求按2.5倍额定励磁电流的强励灭磁工况进行计算，则：转子储能 计及定子漏抗及磁路饱和的影响计及转子绕组本身电阻的耗能再计及阻尼绕组的耗能实际的灭磁容量为：3.3 灭磁残压VDE的计算残压比 取1.21.3电源波动系数 取1.151.33.4 开关换流及移能的计算及设计选用电子换流器DHQ-800A/1860V 7只并联，换流残压200V。移能器YNQ采用高能低场强ZnO(28-30V/mm)5串 22并，其V10ma=1450V，每个支路中有一组ZnO&PTC组件，能具有自动均流均能及过流保

7、护的功能。3.5 过压保护装置GB用ZnO&PTC组件制成的过电压保护装置GB，主要用于吸收正向过电压，具有强大吸收尖峰换相过电压的能力。由于PTC有正阻特性的作用，其荷电率可选取0.8，它几乎可以吸收掉除电源峰值以外的所有尖峰过电压，当遇到具有较大能量的过电压(如异步过电压)时，若PTC器件因发热阻断，能量仍可被并接的ZnO阀片所吸收。YNQ除吸收灭磁过电压外，还具有吸收反向过电压的能力。GB过电压保护动作整定值（V10ma ）：尖峰过电压：UP Ua/0.8 =1768 V灭磁过电压:：Ud 1450V异步过电压：Uns 2068V4 灭磁试验4.1 灭磁试验原理接线图 灭磁试验的负载采用

8、1.96H不饱和空芯可调电感，在开关回路、移能换流回路、磁场电流回路分别装设三只分流器以检测开关电流Ik 、换流移能(灭磁)电流Iy、转子电流If。电感两端还装设检测电压的分压器以检测转子电压Uf 。测试仪器：SC-16光线示波器。4.2 试验步骤Ik4.2.1 小电流灭磁试验 (在L=1H电感上)合磁场断路器K，经0.7S，使磁场电流If上升到400A时跳磁场断路器，录取灭磁波形。测试定标：电流为100A/div 电压为200V/div 时标0.1S/div由录波图看到：开关电流Ik上升到400A时，磁场断路器K跳闸，Ik断流，磁场电流立刻转移到DHQ上，从电流Iy可看出，经0.52S后DH

9、Q发热阻断，电流转移到YNQ上经0.3S灭磁完成。IkIfIyUf4.2.2 大电流灭磁试验在L=1H电感上，合磁场断路器K，使磁场电流If上升到2000A时跳磁场断路器，录取灭磁波形。IkIfIyUf测试定标：电流为200A/div 电压为200V/div 时标0.1S/div由录波图看到：开关电流Ik上升到2000A时，磁场断路器K跳闸,，Ik断流，磁场电流立刻转移到DHQ上，从电流Iy可看出，经0.06s，DHQ发热阻断，电流转移到YNQ的ZnO非线性电阻上实现快速灭磁，开关断口间的电压为1800V，整个灭磁时间为0.5S。5 结论用高能PTC冷态时的导通特性与发热后阻断的高耐压特性，可以解决磁场断路器断口高弧压建压困难的问题；也可以解决采用高残压ZnO非线性电阻快速灭磁串并联所带来的均流及短路问题。