李丹丹
新疆伊河电力有限责任公司 恰甫其海电厂
摘要：本文介绍了雅玛渡水电站3#发电机转子过电压保护动作的故障分析，通过对转子过电压硬件回路及软件逻辑分析并现场验证，找到过压保护回路中平板式晶闸管故障导致过压保护动作，上位机监控频发发电机转子过压动作报警信息，并提出了防范措施。
关键词：励磁系统；过电压；跨接器；转折二极管；
励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设备的总称，包括所有的调节与控制元件、励磁功率单元、磁场过电压抑制和灭磁装置以及其他保护装置，是发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性，励磁系统与电力系统稳定有着密切的关系， 在维持发电机电压、系统故障时电压快速恢复、提高电力系统动态稳定性等方面发挥重要作用。励磁系统中设置转子过电压保护装置，用于保护运行中的发电机和相连设备免遭非允许的过电压危害。励磁系统过电压产生的因素有以下几点：1、交流侧过电压，主要有：1）经由主变、励磁变、发电机端传输到励磁系统的过电压；2）换相过电压；2：直流侧过电压，主要有；1）发电机在失步和失步后拉入同步的过程中引起转子绕组过电压，2)发电机外部短路切除后的电压恢复过程引起的转子过电压，3）发电机非同期并列引起的转子绕组过电压，4）定子线圈耦合过来的大气过电压和操作过电压，5）发电机快速灭磁过程中断开转子回路时产生的过电压。转子过电压检测回路用于判断识别过电压因素及过电压情况的严重程度，检测回路工作正常是转子过电压保护装置动作正确的前提。一旦发生转子过电压保护误动，可能造成机组强迫停运或电力供应中断，给发电企业的正常运行带来较大影响。笔者采用理论研究和现场验证的方法，分析了系统故障导致励磁过电压，将过压保护装置中的平板式晶闸管击穿和过压检测电路板烧毁，在更换过压检测电路板后，上位机仍频发发电机过电压保护动作的告警信息后，及时发现处理过压保护装置中的平板式晶闸管击穿的故障，并提出了相应的措施及建议。
1 机组参数及转子过电压保护装置
1.1机组及励磁参数（见表1）
表1
.png)
机组励磁由国网电力科学研究院南京南瑞集团电气控制分公司研发生产的NES5100调节器为主的自并励励磁系统。
1.2 灭磁与过电压保护装置及原理
单极直流磁场开关、跨接器及相串的非线性电阻（触发电子板、雪崩二极管、两个正反两相连接的可控硅）。其作用的是在发电机正常停机或者故障时迅速切除励磁电源并灭磁、抑制正向和反向转子过电压或出现大滑差和非全相运行时保护转子，原理如（图一）。
.png)
转子过电压保护的基本电路是两个二极管和一个晶闸管正反向并联后与氧化锌非线性电阻串联后接入绕组的两端，当过电压保护检测电路板检测到过电压以后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量，目前，在大型发电机组上，普遍使用的转子过电压保护装置是跨接器，对于NES5100励磁调节系统其转子过电压保护装置主要由跨接器、触发回路、转子过电压检测元件转折二极管（ＢＯＤ）、过压动作检测及灭磁电阻等组成，当发电机机端出现如短路、非同期并列或异步运行故障时，会在发电机转子上感应出磁场电流并在转子回路中产生过电压，当过电压值达到转折二极管（ＢＯＤ）的动作阈值时，该装置检测转子回路中的正向和反向过电压，触发导通相应的可控硅将灭磁电阻并联到转子两端，同时通过过压动作检测单元传送到上位机报警。
2故障情况
2.1 事故通报 2017年9月9日10：02时，山口电站110kV山河I线、II线跳闸，河川变110kV II段母线失压，萨尔布群变电站全站失压，雅玛渡7.5万负荷均通过110kV雅萨线输送功率，萨尔布群变电站全站失压以后，导致雅玛渡水电站机组甩负荷，机组调相运行，频率波动高达65赫兹，现场人员手动将三台机组全停备用。再次开机后3#发电机转子过电压信号报警刷屏。
2.2 停机检查励磁调节柜
（1）励磁调节器柜内设备检查，发现灭磁柜BOD触发板烧毁，现场调取备件进行更换。
（2）励磁调节器跨接器接线、可控硅及快速熔断器检查未见异常和熔断抱紧。
（3）励磁调节器功能未见异常。
2.3 检查转子过电压保护回路
（1）更换后ＢＯＤ 功能正常。
（2）电流互感器元件检测回路正常。
（3）跨接器正向硅堆元件检测，未发现异常。
（4）检查过电压晶闸管，在信号极未有信号输入时，晶闸管的正反两级均为电气导通状态，现场测试绝缘为0MΩ，由此找到该故障的根本原因。
3 原因分析
3.1转子过电压逻辑
转子过电压装置硬件回路对应有转子过电压保护软件逻辑，其逻辑框图见（图二）。
.png)
机组并网运行时，由于跨接器硅堆中的可控硅因为损坏而一直处于发导通通状态，此时主励磁机转子、跨接器 可控硅、灭磁电阻会形成一个回路，主励磁机转子 上的电流通过该回路续流。电流继电器检测到跨接 器回路上的电流大于保护定值后，其 触点 １、２ 会吸合，使正向负向电流过大信号发出，若１００ ｍｓ之后该信号仍存在，即主励磁机转子电压仍大于 过电压保护 定 值，就会产生“过电压故障”信号。由（图三）可分析机组在停机前过电压保护已经在动作。
.png)
调取波形如（图四），机组在停机前，励磁电压有明显的突变量
.png)
4 预防措施
针对此次事件，提出以下改进措施及建议：
（1）在机组大修期间对跨接器进行检测，包括触发板、ＢＯＤ、电流互感器等，进行重点测试。
（2）制定备件储备定额，定额数量宜不少于 １０％，包括但不限于灭磁电阻及转子过电压保护组件。
（3）加强运行巡检与设备点检，及时发现与控制事故隐患。
（4）对继电保护与励磁系统间的配合关系进行认真梳理，对不合理的部分及时修改，确保机组安全运行。
５结语
转子过电压保护是对发电机设备的重要保护措施，关系到机组的安全稳定运行，但在系统投运后发电企业对该保护硬件回路及软件逻辑的关注度不高。笔者针对此次事件以 NES5100励磁系统的转子过电压装置为例进行了分析，并提出了防范措施与建议，以期对于采用同类型励磁调节器的发电企业防止类似事件发生起到一定的借鉴作用。