正向灭磁过压保护器试验方法改进探析

叶国根

（广西桂冠电力股份有限公司广源分公司，广西 南宁 530000）

横县江南发电有限公司，原名西津水电厂。电厂位于西江流域的支流郁江上，座落于广西横县县城横州镇上游5 km 的西津村，是兼防洪、发电、航运、灌溉等综合效益的水电厂；也是我国第一座低水头河床式径流水电厂，该电厂于1958 年动工，4 台轴流转桨式水轮发电机组分别于1964 年、1966 年、1975 年、1979 年投产发电，总装机容量为234.4 MW。在2004 年对1 号机组进行增容改造，改造后1 号机容量由原来的57.2 MW 增加到65 MW，2017 年对3 号机进行增容改造，改造后3 号机容量由原来的60 MW 增加到62.5 MW。该单位1 号、2 号、4 号机组励磁系统均为广州擎天实业有限公司产品，3 号机组励磁系统为南瑞公司产品。

1 正向灭磁过压保护器在励磁系统过压保护中的作用

励磁系统在机组定转子事故停机时，磁场断路器应能在机端三相短路、最大磁场电压及空载误强励等严重灭磁工况下独立、成功地断开发电机磁场电流[1]，灭磁开关断开并将磁场能量转移到灭磁电阻上。因发电机的非全相或非同期状态合闸等原因会使发电机非全相运行或大滑差异步运行[2]，此时，转子绕组中将产生过电压，过电压能量如无法快速释放消纳，此时产生的过电压将会击穿转子绕组的绝缘。当发电机在转子励磁回路中产生正向过电压，此时安装在转子灭磁回路中的正向灭磁过压保护器CF 将动作触发KPT 可控硅元件，接通耗能电阻单元FR2，消纳过电压能量；而转子回路的反向过电压则直接经过D1 二极管接入耗能电阻吸能，以可靠保护转子绝缘。

图1 灭磁过压保护原理图

图2 为本单位灭磁回路原理图，其中，正向灭磁过压保护回路由非线性灭磁电阻FR2、线性电阻R2负责消纳过电压能量，线性电阻R、正向灭磁过压保护器CF 则为过电压检测回路、可控硅KPT、二极管D1 为正反向过电压时的选择通道；D1 在发电机出现反向过电压时作为FR2 的导通回路，线性电阻R和正向灭磁过压保护器CF 配合触发可控硅KPT 启动正向过压保护回路。发电机正常运行情况下，发电机正向灭磁过压保护器处于截止状态。当发电机产生较大正向过电压，图2 中线性电阻R 和CF 所组成的过电压测量回路将导通，发出触发脉冲，可控硅KPT 导通，FR2 进入导通状态，消纳转子正向过电压能量，保护转子不受损害。当发电机产生反向过电压时，D2 支路即投入工作。此时，灭磁电阻经D1 和D2 导通，消纳转子过电压能量，确保转子安全运行。

综上分析，正向灭磁过压保护器CF 在励磁系统灭磁回路中主要作用是监测转子过电压、发出触发脉冲，导通可控硅KPT，使FR2 进入导通状态，消纳发电机转子过电压能量，最终保护转子不受损害。实际运行过程中，如若正向灭磁过压保护器CF 定值偏移，则会导致灭磁回路拒动或者误动作，严重情况下则会因为拒动导致转子过压烧毁，并引发定子扫膛等严重后果。因此，每年机组检修正向灭磁过压保护器CF 定值校验工作都是一项非常重要的试验。

2 正向灭磁过压保护器常规校验方法

以往机组检修中，正向灭磁过压保护器CF 校验用多功能测试仪在灭磁盘柜上测量R1、R2、R-1、R-2、CF 的电阻值；用可调直流电源、限流电阻、直流毫安表等接成的试验电路对电子保持器（DB）的触发电流、可控硅（KPT）和触发器（CF）的触发电流（过压保护定值）进行测试。正向灭磁过压保护器（CF）的触发电流在285～330 mA 为合格（根据不同机组参数不同），可控硅KPT 的触发电流在120～130 mA 为合格。

3 正向灭磁过压保护器CF 校验改进方法的提出

灭磁过压保护回路中，正向灭磁过压保护器CF为转子正向过压保护回路启动元件，CF 正确工作与否决定转子励磁回路正常工作可靠性。所以，务必要对CF 进行校验，保证其性能满足工作需要。然而灭磁过压保护柜KPT、CF 元器件校验均在灭磁柜内进行，有如下缺点：

（1）本校验工作在灭磁柜内进行，灭磁柜内元器件较多，试验中存在触电伤害隐患。

（2）需按图将相应接线甩出、接入相应设备及接线。存在甩线、上线错误风险，并存在设备误动、拒动隐患。

（3）可控硅KPT 经限流电阻接于直流电压中，若限流电阻故障或其他原因导致限流电阻短路，将烧毁试验装置或逆变装置，存在人员触电和设备烧毁的隐患。

（4）因校验工作在灭磁柜内进行，如机组投运中励磁装置过压保护正向灭磁过压保护器CF 损坏，需进行备品试验，则须申请中调将机组退备，降低机组利用小时指标，存在弃水事故隐患。为了安全可靠开展正向灭磁过压保护器校验工作，现根据现场灭磁过压保护柜KPT、CF 校验电路简图（图3）结合实际研究出一套安全、更高效的校验装置。

图3 现场灭磁过压保护柜KPT、CF 校验电路

图4 常规正向灭磁过压保护校验现场接线图（需要在现场灭磁柜进行）

本实施例的正向灭磁过压保护器试验专用装置包括：调压器T、整流器U、电流表PA、限流电阻R、可控硅KP 以及对线灯（图5）。

图5 正向灭磁过压保护器（CF）试验专用装置原理图

图6 正向灭磁过压保护器（CF）试验专用装置实物图

图7 正向灭磁过压保护校验装置接线图

调压器T、整流器U、电流表PA 和限流电阻R组成直流输出电路，用于将220 V 交流电变压、整流后输出。调压器T 输入端通过刀闸SQP 后接220 V交流电，输出端接整流器U；整流器U 将变压后的交流电整流为直流电，然后输出给电流表PA、限流电阻R 和正向灭磁过压保护器CF。电流表PA 与限流电阻R 串联，电流表PA 用于检测整流后输出的电流，限流电阻R 的阻值为30 Ω。限流电阻R输出接正向灭磁过压保护器CF。正向灭磁过压保护器CF 输出端与可控硅KP 控制极耦合，对线灯耦合在可控硅的阳极和阴极之间。对线灯包括串联的电源E1 和灯泡HL1。

工作时，由小到大逐渐调节调压器T 的输出电压和输出电流，当整流器U 整流后输出的电流达到正向灭磁过压保护器CF 的实际触发电流时，正向灭磁过压保护器CF 输出端输出小电流信号至可控硅KP 的控制极，可控硅KP 阳极和阴极导通，电源E1 和灯泡HL1 通路，灯泡HL1 亮，记录电流表PA读数，将该读数与正向灭磁过压保护器CF 的额定触发电流比较，如果该读数在额定范围内，则表明该正向灭磁过压保护器CF 符合要求，如果该读数在额定范围以外，则表明该正向灭磁过压保护器CF存在问题，应该及时更换。

4 正向灭磁过压保护器CF 校验改进方法优势分析

制作装置后，灭磁过压保护柜KPT、CF 元器件校验均在灭磁柜外进行，有如下优点：

（1）本校验工作在灭磁柜外进行，不存在误碰灭磁柜内元器件风险，试验中无触电伤害隐患。

（2）无需进行甩线、上线工作。只需将在用CF或备用CF 插入专用装置即可进行校验，不存在甩线、上线错误风险，更不存在设备误动、拒动隐患。

（3）装置校验接线简单、易于实现。

（4）校验数据一目了然，无需换算，提高效率。

（5）用对线灯验证可控硅导通情况，既安全又明显。

（6）制作本装置后，励磁装置过压保护正向灭磁过压保护器CF 可随时随地进行校验，无须申请中调将机组退备，不存在降低机组利用小时指标、弃水事故隐患等风险。

5 正向灭磁过压保护器（CF）校验改进方法正确性、可靠性验证

在进行正向灭磁过压保护器（CF）试验专用装置组装后，为证实装置的正确性和可靠性，经过2011～2019 年机组检修试验过程中，对比原校验方法和改进校验方法所测得数据一致，证明正向灭磁过压保护器（CF）试验专用装置具有良好的可行性和可靠性，通过专用装置校验正向灭磁过压保护器（CF）比原校验方法更简易、安全，更能保障机组备品备件在更换周期内校验的实时性，最终保障机组灭磁系统故障处理的快速性和经济效益。经过多年论证，西津电厂自2011 年至今，机组检修中正向灭磁过压保护器（CF）校验工作均由专用装置完成校验。

6 结语

正向灭磁过压保护器（CF）校验方法的改进是基于现场实际校验电路图建模后，根据模型组装试验装置，进而验证装置校验的正确性和可靠性，其研发探析过程思维可延伸于其他迫于现场工作环境及技术条件不便开展工作的试验内容，具有较高的推广价值。