论励磁系统过电流信号的重要性

论励磁系统过电流信号的重要性

韦杰文王新星杨森

（云南联合电力开发有限公司云南昆明650011）

摘要：介绍了瑞丽江一级水电站滑环室目前存在的隐患，分析了励磁调节柜和保护装置在保护机组存在的缺陷。提出了对励磁过电流信号作为一种必要的信号的建议。

关键词：转子滑环；烧损；防范措施

瑞丽江电站发电机组配备了国电南瑞NES5100自动励磁调节装置和许继WFB-801A/F发变组保护装置。在防止转子过流方面装设强励限制、过励限制、失磁保护、转子接地保护及励磁绕组后备保护等保护，其目的是既要在系统需要时提供无功功率，支持系统电压，又要保护励磁绕组不至于过热。这些励磁限制和保护相互配合，其动作顺序是：先进行限制，使励磁电流恢复到正常工作状态。当励磁限制动作后电流仍然不能恢复到正常状态时，再由发变组保护作用于信号或者停机。一般情况下，当励磁限制与相关保护在整定参数和配置方面进行了正确设置时，它们都能很好的保护发电机组。但由在某些极端条件下，瑞丽江电站配备的励磁限制与相关保护还是存在缺陷。本文介绍了目前丽江电站在保护发电机滑环室方面存在的隐患和相应的改进建议。

1存在的问题

瑞丽江电站位于缅甸北部掸邦境内紧邻中缅边界的瑞丽江干流上。2008年投产以来，机组都不同程度的存在滑环室内油污较多，部分碳刷磨损过快，个别碳刷存在跳火现象，局部温度较高。这种滑环室带病状态长时间运行的情况下，会出现滑环室起火，烧毁集电环和刷架引起机组非计划停机的事故。而对于瑞丽江电站而言，由于设计和制造等问题，存在多种因素有可能引起滑环室烧毁的事故。

第一个因素是投产的机组都不同程度的存在推力轴承甩油问题。机组的集电环设计安装在推力轴承和上导轴承中间，被甩出的油污与碳刷的碳粉粘结成油泥，附在滑环室的碳刷和刷架上。经过一段时间运行后结块的油泥积累越来越多，引起刷架与大地的绝缘降低。并且大量的油泥块导致碳刷弹簧卡涩、碳刷与滑环表面接触压力不平均，引起碳刷电流分布不均、造成个别碳刷带大负荷电流。根据Q=I2×R，发热量跟电流的平方成正比，流过电流大的碳刷产生较大的热量，碳刷与滑环接触面就会产生火花。火花产生会使碳刷工作环境更加恶劣，碳刷长期冒火状态将使滑环拉毛、烧蚀和产生麻点，这些会造成碳刷与滑环表面接触不良，更容易打火，滑环室更加过热，从而在碳刷和滑环间由火花演变为环火。如滑环室内积聚的油不及时清除，在机组运行的时候碳刷和滑环间的环火就有可能点燃透平油，引起事故。

第二个因素是在瑞丽江电站部分机组供缅方系统。由于缅甸由于电网电压相当不稳定且事故多发，励磁经常要进行强励，在电网崩溃时需要跳灭磁开关。强励时候励磁电流会突然增大到2倍额定励磁电流，这会导致滑环室内局部温度瞬间升高并产生更多的火花，频繁的强励有可能引发滑环室起火。缅甸电网崩溃时机组跳灭磁开关导致的转子过电压也会恶化滑环室的工作环境。

2对存在问题的分析

综合国内电站以往滑环室烧毁的事故分析报告，滑环室的起火往往发生在碳刷和刷架上。瑞丽江电厂转子集电环正极和负极间距小，集电环处的正负极或者是在刷架和地之间很容易产生放电。在滑环室刚发生起火情况时火苗小且飘忽不定，这种放电是瞬时的，我们可以将起火初级阶段转子正负极间的放电或者是刷架和地之间放电看成是一种经暂态过渡电阻短路。从功率柜直流侧来看，相当于转子整体直流电阻降低，故而励磁电压下降，流经转子的电流减少，励磁系统为了维持机端电压，会增大可控硅触发角，将励磁电压提高，维持转子电流到原来水平，所以机组的机端电压基本不变。并且这种将转子绕组正负极间的短路是对称的，并不影响发电机的气隙磁通的对称性，不会引起发电机的剧烈震动。对于瑞丽江电站而言，此时无论是励磁限制还是发电机保护都不会动作。分析如下：

1)过励限制。过励限制判断的是机组的无功功率，根据不同的有功功率限制在这个有功功率下的一个最大的无功功率。在滑环室起火时，流经转子电流不变，机组无功并不会变化，所以过励限制并不会动作。

2)强励限制。强励限制采用的是反时限，在2倍额定励磁电流时允许运行10s，在1.05倍额定励磁电流时可长期运行。用曲线方程表示为：t=C1/(ifd2-1)。式中，t为时间，ifd为额定励磁电流倍数，C1为热容值（取30）。在滑环室起火初级阶段，流经功率柜的电流会达到强励限制的动作电流值，但因为这种电流是瞬时的，强励限制还没动作就已经返回了。

3)转子接地保护。瑞丽江水电站转子接地保护的定值如下：接地电阻高值50KΩ；高定值延时时间10S；接地电阻低值10KΩ；低定值延时时间5S。

由于刷架和地之间的导通是时断时续的，转子一点接地并不会动作。而转子2点接地保护动作的判据之一是转子一点接地保护已经动作，故而即使转子正负极间经过渡电阻短路了，转子2点接地保护还是不会动作。

4)失磁保护。当转子正负极经金属性短路时，励磁电压大幅下降，当Uf<Ufd0时（Uf为励磁电压，Ufd0为空载励磁电压），失磁保护动作。但当转子正负极经一个大过渡电阻短路时，从功率柜直流侧来看，只相当转子电阻稍微下降，励磁调节器加大触发可控硅的角度就可以将励磁电压恢复至原水平，励磁电压并未降低到失磁保护动作条件。

5)励磁绕组后备保护。励磁绕组后备保护定值如下：励磁绕组额定电流0.6A；定时限动作电流0.7A；定时限延时时间5S；过负荷常数75；反时限启动0.8A；反时限延时上限30S；反时限延时下限240S；散热常数0.02；速动段动作电流3A；速动段延时0.1S；反时限和速动段出口：跳出口断路器、灭磁开关、停机。

由于励磁绕组后备保护的定时限和反时限都有延时动作的限制，依据上文分析结论，这两个保护都不会动作。而速动动作电流是额定电流5倍，参照国内的滑环室起火的事故分析，在着火初期流过功率柜的电流并不能达到5倍额定励磁电流，在初期励磁绕组后备保护的速动保护并不能动作。

由上分析得知：目前瑞丽江电站配置的保护和限制功能均不能很好的起到保护作用

3改进方法

为了能在滑环室起火初期能提醒运行人员，防止发电机转子烧滑环事故从由轻微到恶性发展，我们需要一个报警信号。考虑到在起火初期流经功率柜电流会瞬时性变大的这一异常，我们可以增加一个励磁电流过流告警。这个告警应考虑以下几个方面：1、告警应该是瞬时动作瞬时复归；2、告警仅作用于信号；3其告警定值要躲过允许机组长时间运行的励磁电流。当运行人员看到励磁电流过流告警的信号后，就可以结合机组运行工况进行有效的判断，对尽早消除故障是非常有帮助的。

4结束语

结合上面分析，我们看到对于滑环室运行情况恶劣的瑞丽江电厂，是有发生滑环室起火烧毁的可能性的，而励磁调节柜和发电机保护装置在保护机组方面确实存在漏洞。要解决这个漏洞，比较有效的办法就是增设励磁过电流告警信号。

参考文献

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