摘要：紫坪铺水力发电厂根据励磁系统灭磁装置的实际运行情况，对ABB：Emax-2000A/1000V型灭磁开关进行了改造。文中介绍了改造后的新型灭磁开关的性能特点。
关键词：励磁装置；灭磁开关；改造
0引言
紫坪铺水电站位于四川成都西北岷江上游，是一座以灌溉和供水为主，结合发电、防洪、旅游等的大型综合利用水利枢纽工程，总装机容量4×190MW。励磁系统采用广州电器科学研究院生产的EXC9000型全数字式静态励磁装置，灭磁开关采用ABB-Emax型灭磁开关。
1灭磁系统结构及原理
紫坪铺发电厂励磁系统采用广州电器科学研究院生产的EXC9000型全数字式静态励磁装置，励磁系统由励磁调节器、功率整流器、灭磁及转子过压保护回路、起励单元、测量用电压互感器、电流互感器及励磁变压器6个部分组成。灭磁装置由灭磁开关及控制回路、灭磁柜智能板、非线性电阻、BOD过压检测、转子电压电流测量单元等组成。
在发电机正常停机时采用晶闸管全控整流桥的逆变功能,将发电机转子中的磁场能量转移到交流侧进行灭磁；事故停机时跳灭磁开关将励磁绕组的能量转移到灭磁电阻进行灭磁。由于励磁绕组具有很大电感，突然断开灭磁开关,会在其两端产生很高的过电压，可能造成击穿绝缘绕组的危险，因此在开关断开的同时，将励磁绕组自动接入氧化锌非线性电阻，使其磁场中储存的能量迅速消耗掉，以限制发电机组故障继续扩大。
目前水电机组多采用非线性电阻灭磁，非线性电阻主要有氧化锌阀片和碳化硅两种。较长时期以来,在大型机组灭磁系统非线性电阻型式的选择上存在着较大的争议，并形成了国内配套的灭磁装置均采用氧化锌，而国外机组则均采用碳化硅的现状。两种非线性电阻到底谁优谁劣，国内外各有立论，但氧化锌电阻非线度更好，本系统采用的是氧化锌非线性电阻。
氧化锌非线性电阻阀片配片采用“均能组合”的原则，以确保各个支路吸收的能量相当，阀片组合后并联支路间吸收能量误差小于2%，即均能系数大于98%。氧化锌非线性电阻装置整组非线性系数β＜0.1。
图1灭磁装置原理图
注：灭磁可控硅触发装置中的正向过压触发回路已经取消。
发电机励磁参数：
发电机容量：190MW
发电机额定励磁电压Uf：410V
发电机额定励磁电流If：1380A
发电机空载励磁电压Ud：155V
励磁变压器副边电压Uac：820V
氧化锌灭磁电阻残压U残：900V、U10mA=600V
灭磁开关型号：ABB-E2N/E20
灭磁装置使用能容量：1.6MJ
2改造前灭磁装置存在的问题
紫坪铺发电厂目前采用的灭磁方式为灭磁时先切脉冲引用交流负电压和直流隔离开关相配合的灭磁方式，即在灭磁开关分闸瞬间切除晶闸管上的触发脉冲，此时整流桥不再换流，由于发电机励磁绕组是一个大电感线圈，其电流不能突变，其电流远远大于晶闸管的维持电流，因此最后开通的一组晶闸管将始终保持开通状态，相当于一个闭合的开关，交流电压就被引入直流回路。当该交流电压小于零时，在不需要灭磁开关建立很高弧压的电压情况下就能迅速将转子中的能量转移到氧化锌非线性电阻中消耗掉，而达到灭磁的目的。这样，就可以大大降低对灭磁开关分闸时建立电弧电压的能力。
要实现上述交流电压灭磁就需要可靠地切除晶闸管的触发脉冲，因此该灭磁方式是建立在励磁系统中调节器和功率柜及相关设备安全运行的基础之上。目前切除脉冲的方法有很多，如切除脉冲电源、软件封脉冲等。由于励磁系统的误强励事故大多是励磁调节失控引起的，因此采用软件封脉冲是不可取的。目前EXC9000型全数字式静态励磁装置通过灭磁开关本体的常闭辅助触点来切断六路脉冲放大回路电源的方式，用硬件电路封脉冲的方法来实现交流电压灭磁。该方法运行多年效果来看总体简单可靠，但如果灭磁开关辅助触点或相关回路异常，且极端工况下能否满足正常灭磁需求，下面根据灭磁原理进行以下分析：
如果额定状况下灭磁时切脉冲失败，则灭磁开关弧压UK必需满足：
UK≥U残+Uf=900+410=1310V
如果强励状况下灭磁时切脉冲失败，则灭磁开关弧压UK必需满足：
UK≥U残+2Uf=900+820=1720V
如果空载误强励状况下灭磁时切脉冲失败，假设发电机过压保护动作值为1.3倍额定电压，则灭磁开关弧压UK必需满足：
UK≥U残+1.3*1.35Uac=900+1439=2339V
如果机组在三相短路情况下灭磁，机端及励磁电源电压为零，无法采用切脉冲交流负电压灭磁方式，则灭磁开关弧压UK必需满足：
UK≥U残+Uf=900+0=900V
由于ABB-Emax型灭磁开关只是直流隔离开关，不是真正磁场断路器，其建弧能力较弱，最高只能建起1000V~1500V的开关弧压，在强励及空载误强励或其他任何严重工况下，如果切脉冲失败，开关弧压不够必然灭磁不成功，势必造成灭磁开关烧毁的严重事故。另外ABB-Emax型开关断口数较多，对其合分闸同步性要求较高。
鉴于以上原因决定对机组励磁系统灭磁开关进行改造，将对灭磁柜内灭磁开关及其相关二次回路接线进行更换。
图2灭磁原理简图
3改造后灭磁装置工况
瑞士ABB进口的UR26-82S型灭磁开关，其建弧能力在4000V左右，灭磁方式仍采用交流负电压辅助灭磁方式，在灭磁开关动作前切除功率柜触发脉冲，同时跳灭磁开关。将灭磁残压由900V提高到1350V，以加速灭磁时间，减小氧化锌阀片的漏电流，防止氧化锌阀片老化；同时取消灭磁可控硅触发装置，增加事故状态灭磁可靠性。改进后发电机灭磁的几种工况计算：在调节器或功率柜故障，无法实现切脉冲交流负电压灭磁的情况下：
额定工况下灭磁时，开关弧压必须满足：
UK≥U残+Uf=1350+410=1760V
强励工况下灭磁时，开关弧压必须满足：
UK≥U残+2Uf=1350+820=2170V
发电机空载误强励状况下的灭磁，此时灭磁开关弧压应满足：
UK≥U残+1.3*1.35Uac=1350+1439=2789V
UR26-82S型灭磁开关其断流弧压可达到4000V，在此基础上无论是否采用交流负电压辅助灭磁方式，均能够满足机组的灭磁需要。由此可见，采用UR26-82S型灭磁开关可实现：发电机额定、强励、空载误强励、机端三相短路等各种工况下的灭磁。
4结语
灭磁装置能否成功灭磁的关键就是转子中的磁场能量能否瞬速转换到氧化锌耗能电阻中，而对于氧化锌电阻灭磁成功的关键就是灭磁开关能否建立起足够高的弧压，使得转子回路换流成功。改造后的灭磁开关具备更强的建弧能力，无论交流负电压辅助灭磁方式是否正常，均能满足各种工况下机组的灭磁需要，大大提高了机组运行的安全性和可靠性。
参考文献
[1]《EXC9000静态励磁系统用户手册》。
作者简介
卿尚猛（1978—），男，工程师，紫坪铺开发有限责任公司水电厂控制专业。
罗巧（1986—），女，工程师，紫坪铺开发有限责任公司水电厂控制专业。
论文作者:卿尚猛,罗巧
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：励磁论文; 氧化锌论文; 电压论文; 装置论文; 电阻论文; 发电机论文; 工况论文; 《电力设备》2018年第19期论文;