UN6800 励磁系统跨接器原理及检测方法

朱 鹏，蒋佳杰

（1.江苏国信靖江发电有限公司，江苏靖江 214500；2.华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏宜兴 214205）

0 引言

随着电力工业的发展，通信控制技术飞速发展，先进的控制技术应用也不断引入励磁系统当中，励磁系统也在不断更新。UN6800 励磁就是这个趋势下，由瑞士ABB 公司研发生产的最新一代励磁系统。随着UN6800 系统的推广、应用，其励磁系统相关原理介绍及检测就成为大家关心的问题。

1 UN6800 励磁系统介绍

UN6800 励磁系统用于发电机励磁系统电压调节，集成了前几代的技术知识，利用了所有设备工具和目前先进的数字技术。基于控制电子学的AC 800PEC 平台，提供了一流的解决方案和设备工具集成。例如并联操作功率柜的动态电流分配机制，从发电机残余机端电压启动，更好的通信和设备工具诊断。进一步提高励磁系统的稳定性及可靠性[1]。

UN6800 采用IEEE 64 位浮点运算控制器以及当前最先进的印刷电路板制作技术和最新型的电晶体元件，具有维护方便的特点。受控的可控硅整流器直流输出通过灭磁设备接入发电机磁场（转子）。下面以600 MW 发电机组励磁系统为例，介绍励磁系统跨接器的原理及跨接器的一些常规检测方法、改进分析。

2 跨接器的工作原理

跨接器（CROWBAR）是指利用电力电子元器件或者机械开关将灭磁电阻跨接在发电机转子两端实现放电灭磁的装置，由触发模块和晶闸管堆、过流继电器及转子过压电流继电器三部分部分组成。在UN6800 励磁系统中，跨接器的作用主要有两个：一是灭磁；二是转子过电压保护（图1）。其中，BOD 为Break Over Diode 的缩写，即击穿二极管。

2.1 灭磁原理

对于600 MW 汽轮发电机自并励静止励磁系统，一般采用直流侧灭磁，直流灭磁是指直流磁场断路器安装在转子回路的放电灭磁方式。UN6800 采用灭磁开关为瑞士赛雪龙HPB 系列单极灭磁开关，灭磁开关接在图1 的正极处，整个灭磁回路有灭磁开关、跨接器、碳化硅非线性灭磁电阻。当运行的励磁系统收到发电机保护系统或者内部励磁故障跳闸信号时，灭磁开关在断开的同时，联动触发跨接器上的控制模块K1、K2 继电器，触发晶闸管V2、V3 导通，此时碳化硅灭磁电阻接入回路当中，发电机转子上的能量通过碳化硅电阻吸收消耗，快速灭磁[2]。

图1 跨接器原理

2.2 转子过电压保护原理

转子过电压保护，即励磁系统直流侧过电压保护。当发电机在运行中出现故障，如短路、或者异步运行时，会在其转子侧产中反向过电压。过电压值必须被限制在保证发电机安全的数值内，以不破坏发电机转子励磁绕组的绝缘为标准。跨接器电路通过匹配合适的过电压检测二极管来检测转子回路中出现的正向或反向过电压。其过电压检测二极管选用的是雪崩二极管（图1中触发模块的BOD）。通过计算可以选取不同击穿电压等级的雪崩二极管，转子过电压设定值以5～6 倍额定励磁电流设置。当雪崩二极管被击穿时，相对应的晶闸管V1、V2 则被触发，将碳化硅电阻并联连接到转子回路上、吸收过电压值。同时通过该回路的过流继电器反馈给励磁系统，励磁系统及时跳闸停机，起到保护发电机的作用。

3 跨接器故障情况

（1）跨接器晶闸管短路故障。当跨接器触发晶闸管V1、V2、V3 出现击穿短路导通时，碳化硅电阻会接到回路中造成碳化硅吸收能量发热，长时间接入回路中，会造成碳化硅电阻过热损坏。

（2）跨接器晶闸管不触发故障。当机组正常运行时，如果出现跨接器不能触发晶闸管当发电机转子两端出现过电压并达到触发过电压保护值时，由于跨接器故障没有及时触发晶闸管，造成碳化硅电阻没能及时接入回路中，吸收过电压能量，会造成发电机转子产生过热现象以及绝缘损坏。

（3）电流检测元器件故障。当跨接器触发导通，将碳化硅电阻接入转子回路中去，由于电流检测元器件的故障，没有及时将信号反馈给励磁系统，造成碳化硅电阻过热损坏。

（4）其他故障。跨接器接线问题，造成误触发。

4 跨接器回路检测

UN6800 励磁系统中，跨接器在励磁灭磁及转子过电压保护中所起的作用非常重要，是励磁系统可靠灭磁的保证。鉴于励磁系统跨接器的重要性，在励磁系统检修过程中，需要定期对跨接器进行检测。

4.1 转子过电压回路检测

转子过电压保护能不能准确触发，检测跨接器BOD 导通电压是关键。下面以2600V BOD 为例，介绍如何检测BOD（图2）。

检测步骤如下：

（1）使用绝缘摇表（1000 VDC）测量BOD 元件A、K 极绝缘，记录其阻值。

（2）在回路中串联一个二极管（耐压大于3000 V）和一个100 kΩ 的限流电阻。

图2 BOD 检测接线原理

（3）耐压仪的输出为交流值，显示值为交流有效值，所以理论动作电压换算为2600/1844 V。

（4）慢慢加大电压直到BOD 击穿导通，击穿导通时耐压仪上显示的漏电流会瞬间变大。

（5）耐压完成后将BOD 从试验回路取出，重新使用绝缘摇表测量BOD 的A、K 极阻值，确认与之前一次测量值相同，确保BOD 没有在试验中受到损坏[4]。

4.2 过流继电器检测

为防止过流继电器无法正常动作造成励磁系统不能准确判断情况，因此需对过流继电器进行检测：将过流继电器放置到一个可调节的直流回路中，通过控制通过过流继电器的电流大小，来检测过流继电器的实际动作值。

通过控制输出通过过流继电器的电流值从零开始直到过流继电器动作位置，记录动作电流值。理论上过流继电器动作值为40 A，实际检测动作值为30 A（图3）。

4.3 跨接器触发回路检查

电源选择原理如图4 所示。

图3 过流继电器实际动作值

电源选择为110 V 或220 V 交流电源，经过整流输出为100 V 或200 V直流电，作为电源。将整个跨接器回路从设备上脱开，将电源接入到跨接器两侧（图5）。

图4 跨接器检测电源原理

5 UN6800 励磁系统跨接器的改进分析

UN6800 励磁系统跨接器基本延续了UN5000 励磁系统跨接器的原理结构。不同之处，在于跨接器电流检测元器件的选择上不同。UN6800 励磁系统电流检测选用两个过电流监视继电器，在V1、V2这两个回路共用一个过电流监视继电器。V3 晶闸管回路中接入另外一个过电流继电器。该继电器采用无源设计，当穿过继电器内圈的电缆中电流达到一定值时，继电器线圈动作，节点闭合，输出信号，输出动作值为40 A，实际检测动作为30 A。

而UN5000 励磁系统在碳化硅回路导通时，电流检测使用的是电流传感器CUS，其工作原理利用HALL 传感器检测通过跨接器回路的电流。传感器能产生与跨接器内通过的电流成正比的差分电压（图6）。

UN6800 电流检测元件改进的优点主要有两个：

（1）在实际运行过程中，如果采用HALL 传感器，电流传感器在安装位置不妥时容易受到励磁电流的干扰，对传感器产生较大的干扰信号，容易造成励磁保护误动作。而且采用HALL 传感器时需要一个专门的电缆将其检测的电流值转化成励磁系统能读取的电压信号，造成回路复杂，容易出现问题。而UN6800 励磁系统采用过流继电器，检测回路简单可靠，输出信号为干节点信号。

（2）UN6800 对正向晶闸管V1、V2 和检测过电压V3 晶闸管分别单独使用过电流继电器，比UN5000 励磁系统更容易分区分不同的故障信号，对故障处理判断有很大好处。

图5 跨接器检测接线示意

图6 HALL 传感器原理

6 结束语

综上所述，UN6800 励磁系统作为国内电厂即将大范围使用的励磁设备，其跨接器回路是励磁系统中重要的灭磁和转子过电压保护设备，对于电厂用户来说，其跨接器回路事关机组的安全运行，因此在检修过程中，应该定期对其进行全面的检查和测试，以确保跨接器能够安全稳定地工作。