静止自并励励磁系统的保护及均流措施探讨

第３ｌ卷第８期２００９年８月

华电技术

ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇ）ｒ

Ｖ０１．３１Ｎｏ．８

Ａｕｇ．２００９

静止自并励励磁系统的保护及均流措施探讨

郑兵

（中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司，广东惠州

５１６０８２）

摘要：介绍了自并励励磁系统的过电压保护、过电流保护及其参数选择，探讨了并联可控硅整流桥的均流措施，以提高可控硅的使用寿命，保证电气设备的安全。关键词：自并励励磁系统；过电压保护；均流中图分类号：ＴＭ

７６ｌ＋．１１

文献标志码：Ｂ文章编号：１６７４一１９５ｌ（２００９）０８—００５７一０２

Ｏ引言

随着自并励励磁系统的增多，其在电网中的重要性日益增强。由于保护措施的配置不完善，使得故障扩大化，经常发生严重损坏电气设备的事故。据统计，发电机故障中励磁系统的故障约占一半，因此，对于励磁系统的保护设计和配置问题应予重视。

自并励励磁系统整流装置中的可控硅元件是整个励磁装置中的重要器件，为了保证其安全、可靠地长期运行，除了提高可控硅元件的产品质量、正确选择可控硅元件的参数外，还必须在装置中适当地采用保护措施。因为可控硅元件所承受的正向电压上升率和电流上升率有一定的限度，因此，转子励磁绕组绝缘的耐压水平有限，如不采取适当的保护和抑制措施，运行中就有可能超过容许范围，损坏励磁系统中的有关部件…。

习』昭：

ａ单相交、直流侧过压阻容保护

ｂ三丰ｌｊ交、直流侧过压阻容保护

一

ｓｃＲｎｃｂ千白Ｒｂ

Ｏ——＿Ｊ

ｃ并联于司挖硅几件两端的阻容保护

图ｌ阻容吸收保护接线

１．１交流侧阻容保护

一般按断开空载变压器时产生的能量冲击来选择阻容吸收保护的电容量。若该能量全部转换成电容器内的电场能量，使电容器上的电压最高可达变压器副方额定电压幅值的Ｋ倍，则电容器应储存的最大电场能量为

睨＝寺ｃ（Ｋ脚（ｏ）：）２＝暖职。）２＇（１）

式中：Ｕ（。）：为变压器副方空载额定电压，Ｖ；ｃ为电容量，Ｆ。

从而可得电容量为

１过电压的保护

利用电容器两端电压不能突变，而能储存电能的基本特性，可以吸收瞬间的浪涌能量，限制过电压。为了限制电容器的放电电流，降低可控硅开通瞬间电容放电电流引起的正向电流上升率ｄ，／山，以及避免电容与回路电感产生振荡，通常在电容回路上串入适当电阻，从而构成阻容吸收保护。一般可抑制瞬变电压不超过某一容许值，作为交流侧、直流侧及硅元件本身的过电压保护。

用于单相或三相交流侧、直流侧的过电压阻容保护如图１ａ、图ｌｂ所示，并联于可控硅元件两端的阻容保护接线如图ｌｃ所示。用于三相交流侧的阻容保护通常采用△形接法以减小电容量，但耐压要求要高些¨Ｊ。

收稿日期：２００９—０３—２２

“等×去×惫，

ｚ霄

Ｋ‘

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㈤

式中：，㈨：为折合到副方的激磁电流，Ａ∥为电源频率，Ｈｚ。

式（２）是理论上将变压器的全部磁场能量转换成电容器贮存的电场能量，而使电压不超过Ｋ倍时所需的电容值。实际上，断开变压器空载激磁电流时，电弧要消耗大部分能量（如断路器触头断开电流，出现过电压时，电流已降低到激磁电流，０的２０％～４０％）。变压器铁心及导线电阻上也有损耗，变压器和进线电缆的对地电容以及各种寄生电容均有吸收作用，故实际选择阻容保护用电容器的

电容量ｃ比式（２）的计算值要小，通常需乘上０．２～

０．４或更小的修正系数∞Ｊ。

至于容许电压升高的倍数，一般选取Ｋ值为１．３～１．５较为经济。

所选电容器的额定电压，应不小于交流侧最高

万方数据

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华电技术

第３１卷

工作电压峰值的１．１～１．５倍。

在选定电容器作为储能元件后，一般应串入耗能电阻，避免电容与回路电感产生串联谐振，应选择电阻值如下

月＞２厩

（３）

为了避免可控硅管在开通过程中，因交流侧阻容保护的放电电流流过可控硅管，造成过大的电流上升率而损坏可控硅元件，整流桥交流侧的阻容保护也可采用反向阻断式接线，如图２所示。当整流桥Ｚ的交流侧发生过电压时，其直流侧的阻容保护可以吸收交流电源发生的浪涌电压，以避免可控硅桥Ｋｚ承受过电压。而交流侧电压下降或短接时，由于整流桥ｚ的反向阻断作用，可以阻止电容器向交流侧的可控硅元件放电。

图２反向阻断式阻容保护及综合阻容网络

１．２直流侧阻容保护

若在直流侧装设阻容保护Ｃ。，Ｒ。，来抑制交流时，电容器的额定电压一般取直流侧最高工作电压的３～５倍。

总之，阻容保护应用相当广泛，性能也可靠。但正常运行时阻容保护的电阻消耗功率，发热厉害。这一不利影响。此外，阻容保护还有容易使波形畸变，以及作为大容量装置的保护时体积过大等缺点，对于可控硅整流励磁装置，可能有下列几方面的原因，使流过整流桥臂元件及励磁变压器绕组的电流超过其正常定额。

（１）整流桥内部某一桥臂元件击穿短路，丧失万方数据

绕组，其数值可超过交流侧三相短路时周期分量的幅值。

（２）整流桥所连接的转子励磁绕组回路可能发生飞弧短路、转子绕组两点接地、直流母线间短路等

故障。此种直流侧短路的故障电流同样流过某些桥

臂元件及变压器绕组，数值也同样可能很大。

（３）全控整流桥在逆变工作状态下，由于逆变角口过小、交流电源电压消失，或者触发脉冲消失等原因引起逆变换流失败，转子绕组通过某对桥臂元件直通短路续流，使这些桥臂元件流过较正常工作电流大和持续时间长的电流。

（４）可控硅控制极受外部干扰信号而误触发、失脉冲而单相导通，或限制环节失灵使可控硅控制角过小等原因，均有可能使流过硅元件的电流大于正常工作值。

对于这些情况，通常采用过电流保护措施，迅速将通过硅元件的电流予以限制，或者及时切断故障电流。在一般整流装置中采用的过载及短路保护为：在直流侧装设直流快速开关，其动作时间约１０ｍｓ，它的主要作用是切断直流侧的故障电流，保护整流装置并避免整流元件的熔断器在直流侧短路时

发生熔断。当在整流装置内部发生故障时，直流快速开关对该装置不能起有效保护作用，仅对并联运行的其他整流装置内部故障有保护作用。

如果负载电流大，流过桥臂的工作电流（平均值）超过单个元件所能承受的额定通态平均电流，则需要采用多个元件并联，这时要考虑防止并联支路间电流分配不均匀的问题。如果电流分配不均的问题严重，则负担重的元件最先损坏，接着加重其他元件的负担，从而引起其他元件也相继损坏，因此，对于并联支路的均流问题同样应予以重视。

并联支路间电流分配不均的原因主要有：（１）在瞬态时，由于并联元件开通时间的先后有差异，而引起瞬态电流不均。如图３ａ的２个支路并联电路，若ＳｃＲ，的开通时间比ＳＣＲ：早出（如图３ｂ所示），则引起的瞬态不均的电流△，＝（ｄ∥出）×

（２）在导通进入稳态后，由于并联元件在导通状态下的伏安特性（正向压降）有差异，则引起稳态电流不均，如图３ｃ中所示的△，。

为获得理想的均流效果，应注意选配特性尽可能相同的并联支路元件，使其具有相近的开通特性和正向压降，各元件开通时间的偏差尽可能小（如小于２０斗ｓ），正向压降的偏差也尽（下转第６ｌ页）

侧的浪涌过电压，电容器的额定电压一般取直流侧最高工作电压的１．１—１．５倍；当采用直流电容器特别是由交流励磁机供电的励磁方式，由于交流励磁机电压波形的畸变，使得阻容保护的电阻发热很厉害。一般阻容保护还会增大可控硅导通时的电流上升率，只有采用反向阻断式的阻容保护，才可避免故在许多情况下可采用压敏电阻浪涌吸收器来代替交流侧或直流侧的阻容保护。

３并联支路的均流

２过电流保护

阻断能力，则交流电源可通过已损坏短路的桥臂和其他完好的桥臂元件，交替形成二相短路及三相短路。这些电流将流过某些完好的桥臂元件及变压器

△ｔ，其中，ｄ，／山为ｓｃＲ。开通时的电流上升率。

第８期凌鹏：３００ＭＷ机组二次风测风装置的改造

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图２ＤＣＳ显示的风量变化曲线图

５结束语

广州恒运电厂’８机组ＦＬⅡ型二次风量测量装置改造完全达到了预期目标。ＦＬⅡ型多点式自清灰风量测量装置由于在设计上根据电站锅炉二次风及风道特点采用网格多点式布置，且测量装置本身具备自清灰和防堵塞功能，性能可靠、测量准确，．可在其他电厂推广应用。（上接第５８页）

，

参考文献：

［１］边立秀，周俊霞，赵劲松，等．热工控制系统［Ｍ］．北京：

中国电力出版社，２００１．

（编辑：刘芳）

作者简介：

凌鹏（１９７５一），男，江西九江人，工程师，从事电厂热控

工程方面的工作。

ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●・：：＇●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●・：：’●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●・：：’●・：》●ｏ●ｏ●・Ｃ＇●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●—：争●ｏ●ｏ●・（＞●ｏ●ｏ●ｏ●・：》●・Ｃ＞●＜＞●・：：＇●ｏ●＜＞●‘，●

电阻相等和自感相等，互感也大致相等，以避免其他相在换流过程中对该并联支路产生互感影响。

ａ并联支路

县芦

ｂ开通时间差异４Ｉ引起

的瞬态电流不均４，

４结束语

在保证具有良好均流性能的基础上，再辅以交直流阻容吸收装置，并选取合适的参数，各个可控硅的使用寿命及其他电气设备的安全是有保障的。

ｃ正同压降特性差异引起

的稳态电流小均４，

参考文献：

［１］ＧＢ／Ｔ７柏９—１９９７，同步电机励磁系统［Ｓ］．

［２］ＤＬ／Ｔ６５０—１９９８，大型汽轮发电机自并励静止励磁系统

技术条件［Ｓ］．

［３］李基成．现代同步发电机励磁系统设计及应用［Ｍ］．北

京：中国电力出版社，２００２．

图３并联支路出现的电流不均现象

可能小（如不超过０．０５Ｖ），元件运行在Ｏ．８～Ｏ．９倍的额定电流，同时采取专门的均流措施，即在各并联支路内串入均流互感器。

如果提高触发电流的陡度和幅值，使开通时间偏差△ｔ缩小，同时增大回路电感，降低ｄ，／出，就可从２方面来使开通偏差电流值△，下降。

此外，应注意元件安装时的排列与引出母线的位置。因为硅元件的通态电阻很小，各并联支路阻抗的差异对电流均衡度的影响很大，应使各支路的

（编辑：刘芳）

作者简介：

郑兵（１９８１一），男，江西高安人，助理工程师，从事继电

保护技术管理工作。

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