发电机励磁功率柜切除逻辑分析

发电机励磁功率柜切除逻辑分析

闫红军 梁炯 姬文 朱存利 李东双

华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂 云南普洱 665005

摘要：目前，大中型发电机普遍采用静止自并励励磁方式，晶闸管整流器作为发电机的励磁功率单元，在工作过程中会产生大量的热量，为保证晶闸管正常工作，需强制进行冷却，目前大多数励磁系统采用强制风冷，本文通过对励磁功率柜晶闸管选型、温升分析，以及风机电源、风机停运跳闸逻辑等综合分析，提出励磁功率柜的切除逻辑。

关 键 词: 风机;晶闸管;温升;跳闸

1引言

国内目前比较主流的发电机励磁厂商有南瑞电控、广州擎天、南瑞继保、东方电机、ABB、西门子等，励磁功率柜一般采用三相全控整流桥，不同厂商对励磁功率柜的设计不一样，会导致功率柜切除逻辑存在差异。多数的发电机励磁功率柜采用强迫风冷，每个功率柜配置有两个风机，风机电源取自不同电源点。经过统计澜沧江流域水电站励磁风机的电源消失是否启动电气事故停机功能，发现各水电站跳闸逻辑随意性大，且同一厂家同型号产品在各电站的使用也存在很大差异，具体如表1-1。因此本文通过对励磁功率柜晶闸管选型、温升分析，以及风机电源、风机停运跳闸逻辑等综合分析，提出励磁功率柜切除的逻辑。

表1-1 各电站功率柜切除逻辑

2分析

2.1晶闸管整流装置计算

晶闸管的选型很重要，要通过励磁电压、励磁电流进行计算，保证强励、故障情况下能可靠运行。以糯扎渡水电站东电机组为例进行计算，额定励磁电压485V，额定励磁电流3020A。

2.1.1 晶闸管元件额定电压的计算

晶闸管元件额定电压主要依据是励磁变压器二次侧电压。在额定负荷运行温度下，可控硅整流器所能承受的反向重复峰值电压应该不小于2.75倍励磁变压器二次侧最大峰值电压。东电机组励磁变压器二次侧电压为960V。由于晶闸管元件额定电压满足以下公式：

V_RRM，V_DRM ≥ 2.75× ×U2 =3733.0V

式中：V_DRM，V_RRM：可重复加于晶闸管元件的最大正向、反向峰值电压值。

所以选取晶闸管元件的额定电压为4200V。

2.1.2晶闸管元件电流参数的计算

满足发电机各种工况下(包括强励)对励磁系统的要求，整流桥并联支路数为4 个，各支路串联元件数为1；可控硅整流桥中并联支路数按（n－1）原则考虑冗余，即一桥故障时能保证满足发电机包括强励在内的所有工况的正常运行，二桥故障时能满足除强励外所有运行方式的要求；并联支路应保证均流系数不小于0.9。

当整流装置单柜退出进行强励，考虑到0.9 的均流系数，需要单柜输出的电流为：

2×3020/3/0.9=2237.0A

故选择单柜额定输出电流为3000A。

2 柜故障进行1.1 倍额定工况运行时，考虑到0.9 的均流系数，对单柜的电流出力要求为：3020×1.1/2/0.9=1845.6<3000A

所以采用3000A 的整流装置完全可以满足系统的要求，此时对晶闸管额定电流的要求是：

=1103.2.A

I_TAVM为晶闸管通态平均电流。

2.2温升分析

按照相关国标的要求，励磁系统要在40℃下正常运行。这涉及到晶闸管的结温计算，这里就再详细讲。计算时要考虑极端情况下，比如励磁功率柜按照N-1配置，1个功率柜退出，此时发生强励时的励磁电流进行计算。

2.3风机电源及切换逻辑

一般功率柜采用强迫风冷方式，配置两台风机，每一套风机应能提供每柜所需要的全部冷风，另1套风机备用，风机必须能在最大负载下连续运行。每台风机有双电源自动切换装置，电源可以取自机组自用电a、b段，但也可以分别取自励磁变低压侧和机组自用电，取自励磁变低压侧时需加变压器进行降压。两台风机，按照运行次数轮换，如果运行中功率柜温度高于启动设定值，将自动启动备用风机，当温度低于停止设定值，备用风机自动退出。当未检测到主用风机风压，功率柜会自动切换到备用风机运行，当主用风机风压正常后，备用风机自动退出。

2.4功率柜切除逻辑

从表1-1中可以看出，切除功率柜有以下逻辑：

①手动切除；②功率柜风机停风；③闭锁整流柜脉冲；④功率柜过温；⑤功率柜支臂断流；⑥功率柜脉冲丢失；⑦功率柜熔断器熔断。上述切除逻辑均合理，任意一个满足将切除功率柜。风机停运势必会导致晶闸管温度升高，因此有必要切除功率柜。功率柜过温的原因有风机停运或者滤网堵塞，过温后不及时切除功率柜，可能会导致设备损坏。三相全控整流桥发生支臂断流、脉冲丢失、熔断器熔断时，除了会导致励磁电压下降以外，还会引起励磁变压器的不对称运行，同时还可能产生直流磁化，导致其他可控硅过载^[1]。因此及时切除功率柜很有必要。

2.5风机停运跳闸逻辑

因为采用强迫风冷的功率柜，风机停运就要考虑晶闸管的温升，而且还要考虑极端情况下发生强励。如果在额定负荷仍然能短时坚持运行，那就没必要立即启动事故停机，可以给人为干预预留时间。一般风机电源采用冗余配置，全部消失的可能性很小。因此要以没有风压来判断风机是否停运，如果没有风压再退功率柜，如果功率柜退出的数量不满足正常运行的需要，再启动紧急事故停机。

3总结

励磁功率柜设计要从晶闸管选型、晶闸管结温温升、运行工况等进行分析，选择最优最经济的方法，同时要考虑功率柜的切除逻辑，避免发生故障后，功率柜不能及时切除造成设备损坏或者发电机失磁。

参考文献：

[1]许其品 朱晓东 许其质.可控硅整流桥故障对励磁系统的影响[J].水电厂自动化，2005

作者简介

1.闫红军（1986-）男，陕西宝鸡人，工程师，主要从事水电站电气二次管理。E-mail:415815065@qq.com

2.梁炯（1987-）男，陕西陇县人，工程师，主要从事水电站的运行、维护和检修。E-mail:305600323@qq.com

3.姬文（1987-）男，云南祥云人，工程师，主要从事水电站的运行、维护和检修。E-mail:415815065@qq.com

4.朱存利（1987-）男，四川荣县，工程师，主要从事水电站电气一次管理。E-mail:258789801@qq.com

4.李东双（1986-）男，吉林九台人，工程师，主要从事水电站的运行、维护和检修。

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