（黄河水电公司拉西瓦发电分公司 青海拉西瓦 811700）
摘要：本文以拉西瓦水电站为例，分析了励磁变频繁烧损的原因，对发电机励磁系统换相过电压过高的问题，采取了用GRC阻容吸收器和SXY三相限压器组成的过电压保护，解决了尖峰过电压的问题。
关键词： 励磁变烧损 换相过电压 阻容吸收器 三相限压器
引言
拉西瓦水电站总装机容量4200MW,为有6台混流式水轮发电机组，单机额定容量为700MW，送出线电压750KV，是“西电东送”北通道的骨干电源，也是黄河上最大的水电站。
随着同步发电机自并励静止整流励磁方式的不断推广，拉西瓦水电站的励磁系统采用静止式可控硅自并励励磁设备，众所周知，这种励磁方式可靠性高、调节速率快、反应灵敏、系统接线简单，操作和维护方便等优点，但也存在过电压、过流承受能力低等缺点。原因是可控硅在换相过程中交直流侧会出现换相尖峰过电压这种过电压峰值高，容易引起励磁变绝缘薄弱地方击穿而烧损，针对这种故障目前还没有手段进行检测，使发电机组安全运行受到威胁。所以，对于大型发电机组来说，其换相尖峰过电压问题也越来越引起人们的关注。
本文结合拉西瓦水电站可控硅整流系统出现的问题进行分析，并如何加以解决做一论述。这类问题在黄河上游李家峡水电站其他同类型励磁变也曾多次发生过，分析和解决这些问题具有实际意义。
1拉西瓦励磁变烧损原因分析
2016年11月30日，6F机组递升加压试验开始，启励后发电机定子电压由20%Ue起逐次按10%Ue递升加压。当电压至34%时， 6号机组A套保护装置外加20HZ 定子接地保护动作，跳开6号机组灭磁开关。
随即运行人员检查相关保护动作信息，发现外加20HZ 定子接地保护装置报文显示“SEF100 TRIP、TRIP 296ms”,现地检查6F机组A套保护外加电源定子单相接地保护动作，定子绝缘低跳闸灯亮，检查发现6F励磁变C相有冒烟，高压线圈外围有烧损痕迹，下端有烧化的熔渣。
事件发生后，再次对6F机组励磁变C相安装完成后进行了6F零起升压试验，并对励磁系统1号功率柜自用变T15一次侧AB相电压进行了录波。
从图中可以看出，发电机电压升至40%Ue，机端电压40.1%同步电压Usyn=323V ，整流桥交流侧电压经分压后录波有效值39V，换相过电压最大值为64V，换相过电压尖峰倍数为：323+64/323=1.2倍。
拉西瓦水电站励磁整流装置采用的是三相全控桥接线方式，可控硅换相过电压有3个特点，一是周期性很强，每个周期产生6个换相缺口，其中有两个是本相可控硅换相产生，另外4个是其它相可控硅产生；二是一致性也很强，换相过电压尖峰毛刺都是在可控硅换相关断瞬间产生，这是由于可控硅反向恢复电荷不能突变的原因；三是尽管每个尖峰毛刺能量不是很大，但每个周期产生6个尖峰，连续运行总能量很大。
2 可控硅换相在励磁系统交直流侧出现尖峰过电压的机理及危害
对于换相尖峰电压引起的励磁变故障，由于过电压时间短（仅几微秒），能量不集中，一般对绝缘形成不了直接击穿，多为闪络放电，形成非金属击穿，事故后绝缘能恢复，故障点不易查找。对于可控硅微秒级上升前沿的尖峰电压来说，通过变压器高低压线圈的匝间杂散电容耦合也可产生感应过电压或反射波叠加过电压。在脉冲变压器的一侧是可控硅几千伏的高压电位，另一侧是十几伏的低压电子线路，稍有一点电位扰动，就会从高压侧传到低压侧，引起电子线路的紊乱。这种在高低压悬殊的连接点、隔离点产生的感应过电压也是非可控硅电源没有的，所以励磁故障多从脉冲变处产生、发展。对不动声色这种过电压曾经发现脉冲变发生击穿，引起多次误强励和失磁故障。但更多的是故障发生后找不到脉冲变的击穿点。对于尖峰过电压问题必须引起充分的重视，对已运行的机组，可加强尖峰过电压的吸收，并对薄弱的局部加强绝缘，但最终应该用新的可靠的技术来解决问题。
3 拉西瓦水电站励磁变过电压保护解决方案
3.1 采用特制GRC大功率换相尖峰电压吸收装置
如图所示，采用整流桥式阻容吸收器的原理。正常工作时，三相整流桥把电容C的电压充到三相线电压峰值，过电压产生时，电容C继续充电储能，电压升高，此时如果过电压继续升高达到三相限压器SXY装置中氧化锌的导通电压时，SXY投入工作，吸收超高过电压，并将其限压，当过电压消失后，三相限压器中的氧化锌恢复高电阻状态，等待下一次过电压的出现，而此时电容C通过电阻放电。由于电容上电压不能突变，因此选取合适的RC参数，就可以达到将过电压限制在规定的范围内。采用整流式电路，避免了交流侧采用Y形或△形阻容可能引起的di/dt过大对励磁变绕组绝缘的破坏以及可控硅元件的损坏。
3.2 特制三相限压器SXY
GRC大功率换相尖峰电压吸收装置通过压敏电阻降低过电压的幅值，同时由特殊阻容保护降低过电压的陡度。按照这种方式整定的过电压保护，可以保护励磁变及可控硅不至于因电压过高造成绝缘损坏。但GRC阻容吸收器能吸收连续而频繁的换相过电压，但其一次性吸收的能容量有限。而且随着吸收能量的增加，电容器C两端电压会不断升高，没有限压的功能。对于偶然出现的较大能量冲击的过电压，就起不到保护的作用。在这种情况下，采用高能氧化锌压敏电阻及特殊阻容保护相配合可以保护励磁变及可控硅不至于因电压过高造成绝缘损坏，同时利用电容稳压和充电特性，吸收励磁阳极过电压尖峰毛刺，避免设备绝缘因尖峰电压遭受软击穿。 该装置体积小、 造价低、 使用寿命长、 免维护运行等性能指标大大优于普通过压保护。具有接线简单、成本低、故障率低、易于实现、经济实用之特点。
GRC阻容吸收器和SXY三相电压器都可作为励磁变压器的过电压保护，二者各有利弊。GRC阻容吸收器可以吸收频繁、连续的换相过电压，但不能限压，一次性性能容量不大，SXY三相电压器对于偶然出现的较大能量冲击的过电压，可以起到保护作用。所以，GRC阻容吸收器和SXY三相电压器组合的综合过电压保护装置是目前为止对励磁系统交流过电压及尖峰过电压吸收效果最好、安全系数最高的尖峰过电压保护设备，对操作过电压、大气过电压也有很好的保护作用，并且适用于各种类型和容量的机组。
4 结论
拉西瓦水电站这次的励磁变过电压保护装置改造从根本上解决了危害机组长期运行的危害缺陷，提高了机组运行的安全可靠性。
参考文献
[1]李自淳、夏维珞、符仲恩等；励磁变压器的过电压保护 《上海大中型电机》 2003.01.
论文作者:刘言冬
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/18
标签：过电压论文; 尖峰论文; 励磁论文; 可控硅论文; 电压论文; 水电站论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第23期论文;