溪洛渡水电站励磁系统灭磁逻辑和时序分析.doc

溪洛渡水电站励磁系统灭磁逻辑和时序分析刘喜泉、陈小明、毕欣颖、李基成（溪洛渡水力发电厂 云南永善 657300）摘要：针对溪洛渡水电站励磁系统灭磁回路的主要设备，本文对其逻辑及时序进行了简要分析。经现场试验说明，其灭磁设备动作逻辑及时序正确。溪洛渡水电站励磁系统采用双磁场断路器冗余配置，设计合理,完全满足溪洛渡水电站励磁系统的灭磁需要。关键词：溪洛渡水电站 励磁系统 跨接器 灭磁逻辑时序The temporal logic analysis of de-excitation circuit for excitation system of XiluoDu Hydropower PlantLIU xiquan，CHEN xiaoming，BI xinying（Xiluodu Hydropower Plant，657300 YongShan YunNan）Abstract: This paper brief analyses the de-excitation circuits temporal logic for excitation system of XiluoDu Hydropower Plant, according to the test and analysis, the design of de-excitation circuits temporal logic is reasonable and its redundancy mode is safe, the de-excitation circuits temporal logic for excitation system of XiluoDu Hydropower Plant fits its real situation.Keywords: XiluoDu Hydropower Plant，excitation system，temporal logic of de-excitation circuit 1、励磁系统简介溪洛渡电站分为左、右两个电站，各装9台单机容量为770MW的水轮发电机组，其中左岸（#1-#9）发电机励磁设备由国电南瑞科技股份有限公司供货为NES 5100静止自并励励磁系统，右岸（#10-#18）发电机励磁设备由ABB提供,型号为UNITROL 6800静止自并励励磁系统，由三峡能事达电气股份有限公司系统集成生产。溪洛渡电站发电机励磁系统主要技术参数如表1所示。电气参数左岸发电机组（1-6#/7-9#）右岸发电机组（10-18#）额定励磁电流（A）3516.1/33603530额定励磁电压（V）435.3/422505励磁系统型号NES 5100UNITROL 6800励磁变压器厂家及型号金盘电气ZSC9-5400/20顺特电气DC9-2100/20/3/1额定容量（kVA）3180032100额定二次侧电压（V）9201000表 1 发电机和励磁系统主要技术参数溪洛渡电站励磁系统灭磁回路，沿用三峡电站首创的大型直流和交流双磁场断路器灭磁方式，主要由直流磁场断路器、交流磁场断路器、跨接器、灭磁电阻等部件构成直流和交流双灭磁系统，其主要技术参数如表2所示。部件名称左岸励磁设备（NES-5100）右岸励磁设备（UNITROL 6800）直流磁场断路器Q02生产厂家：Secheron 型号：HPB45-82S额定电压/电流：2000V/4500A最大分断弧压4000V额定分断电流Icc=75kA生产厂家：Secheron 型号：HPB45-82S额定电压/电流：2000V/4500A最大分断弧压4000V额定分断电流Icc=75kA交流磁场断路器Q07生产厂家：SIEMENS 型号：3AH3 078-8额定电压/电流：7200V/4000A 额定短路分断电流Icu=63kA生产厂家：ABB 型号：Emax系列 E3H/E 32额定电压/电流：1000V/3200A 额定短路分断电流Icu=50kA灭磁电阻R02生产厂家：M&I 型号：SiC 600A/US14/7P/2S标称容量：14MJ生产厂家：M&I 型号：SiC 600A/US14/7P/2S标称容量：14MJ灭磁和过电压保护跨接器生产厂家：南瑞跨接器型号： NES5160；Masterpact NW08/HA10/800A/1140VAC转子过压保护BOD动作值：3000V生产厂家：ABB 跨接器型号：UNS0017A-P；UNS4023a-E 转子过压保护BOD动作值：3000V表2 灭磁回路主要技术参数表跨接器（Crowbar）是指利用电力电子元器件或者机械开关将灭磁电阻跨接在发电机转子两端实现放电灭磁的装置，一般由触发器和晶闸管组成，触发器可以采用继电器和转折二极管BOD组成。直流灭磁是指直流磁场断路器安装在转子回路的放电灭磁方式，交流灭磁是指交流磁场断路器安装在励磁功率柜交流侧，并且跳闸前封闭功率柜脉冲的放电灭磁方式。溪洛渡左岸灭磁回路如图1所示，其主要特点是采用三峡电站相同的真空开关作为交流磁场断路器Q07，尽管灭磁弧压低，但是不会存在电弧外喷现象，无需采取隔离措施。图1中配置有直流磁场断路器、交流磁场断路器以及用于转子过电压保护和灭磁的跨接器，其中跳Q02时联动触发器并导通晶闸管V构成直流灭磁跨接器，跳Q07前合上Q09空气断路器构成交流灭磁跨接器；转折二极管BOD触发V1和V2构成转子正反向过电压保护跨接器。灭磁电阻R02直流开关Q02隔离刀闸Q08交流开关Q07功率柜励磁变发电机Q09V1V2V3触发器BOD图1 左岸灭磁回路原理图溪洛渡电站右岸灭磁回路如图2所示，其主要特点是采用ABB推荐的空气断路器作为交流磁场断路器Q07，灭磁弧压较高，但是存在电弧外喷现象，需要采取防护隔离措施。为了防止Q07误动，采取了并网信号闭锁跳闸回路措施；为了防止停机后转子产生意外过电压，采取了Q07辅助接点触发灭磁跨接器逻辑。图2中配置有直流灭磁和转子过电压保护2个跨接器，其中跳Q02时联动触发器并导通V2和V3构成灭磁跨接器，BOD触发V1和V2构成转子正反向过电压保护跨接器。触发器及BODV1交流开关Q07隔离刀闸Q08功率柜励磁变灭磁电阻R02发电机V2 V3直流开关Q02图2 右岸灭磁回路原理图溪洛渡电站励磁系统灭磁主回路配置手动（左岸）和电动（右岸）隔离刀闸，有利于检修维护时的隔离。2、灭磁逻辑和时序分析2.1 正常停机逻辑和时序溪洛渡电站正常停机采用逆变灭磁方式，即在发电机空载状态下，励磁调节器接收到励磁退出命令后，经过一个计算周期，立即将励磁功率柜控制角置150逆变角，转子反向电势经功率柜和励磁变向定子回路放电灭磁，逆变命令持续时间约1分钟，确保发电机电压和励磁电流基本为零。然后调节器封闭脉冲，励磁系统退出运行，其典型时序如图3所示。Q07位置Q02位置t160st210ms 图 3 正常停机励磁退出时序 图4 正常开机起励开关时序溪洛渡左岸励磁逆变灭磁后不跳Q02，但是首先会合上Q09，用R02短接发电机转子，防止产生意外过电压，然后跳开Q07，隔离励磁变和功率柜，便于检修维护。右岸励磁逆变灭磁后也不跳Q02，也不跳Q07，这一点不同于左岸灭磁逻辑。 在正常开机起励过程中，溪洛渡电站励磁系统首先合上Q07，再合上Q02，二者典型时差为40ms，其现场试验录波如图4所示。2.2 事故停机逻辑和时序溪洛渡电站事故停机采用跳闸灭磁方式，依照放电灭磁原理，励磁系统首先要利用跨接器投灭磁电阻，然后跳开直流磁场断路器，随后跳开交流磁场断路器。直流断路器应具备单独安全灭磁能力，交流磁场断路器可以按照满足下列三个条件设计：第一是能够在直流断路器拒动情况下单独进行交流灭磁；第二是能够安全快速分断功率柜短路电流；第三是停机后隔离励磁变和功率柜电气回路，便于检修维护。按照双重化的可靠性要求，发电机出口断路器和磁场断路器必须配置双分闸线圈，分别接受双重化的继电保护跳闸1和跳闸2命令。由于磁场断路器的跳闸时间影响灭磁逻辑和时序，因此现场试验每一个分闸线圈的时间特性非常重要。溪洛渡电站磁场断路器在不同操作电压下的跳闸时间试验数据，如表3所示。分闸电压等级Q02分闸线圈1跳闸时间（ms）Q02分闸线圈2跳闸时间（ms）Q07分闸线圈1跳闸时间（ms）Q07分闸线圈2跳闸时间（ms）100%额定电压63.5（右岸）7.1（右岸）47.9（左岸）47.3（右岸）42.5（左岸）46.1（右岸）65%额定电压100.4（右岸）14.7（右岸）65.7（左岸）68.0（右岸）49.4（左岸）60.3（右岸）表3 Q02和Q07分闸性能试验结果溪洛渡电站继电保护跳闸1和跳闸命令2按照同时开出设计，左岸灭磁逻辑时序（典型时间）分析如下：保护跳闸命令（0ms）经接触器扩展（70ms），调节器逆变和直流灭磁跨接器动作（75ms），Q02分闸线圈2动作（80ms），Q09合闸（120ms），Q02分闸线圈1后备动作（130ms），硬件封脉冲电源并保持60秒（140ms），Q07分闸线圈1和2动作（150ms），时序设计合理。调节器持续逆变中判断Ug20%或If5%后，再延时6秒软件停脉冲，完成整个灭磁流程。为了验证溪洛渡电站灭磁逻辑和时序的正确性，在溪洛渡电站8号机（左岸）、10号和11号机（右岸）进行了灭磁时序现场试验，图5是11号机保护跳闸1命令灭磁时序，图6是11号机保护跳闸2命令灭磁时序，如图5和图6所示。图 5 保护跳闸1命令灭磁时序 图6 保护跳闸2命令灭磁时序上述时序试验是在励磁小电流基础山进行，外跳1和2分部是保护跳闸1和2命令，跨接器表示灭磁跨接器动作，逆变表示小电流输出为零，封脉冲是功率柜硬件封脉冲动作，其典型动作时间如表4所示。跳闸信号跨接器（ms）逆变（ms）封脉冲（ms）Q02已分（ms）Q07已分（ms）外跳1102095245（分闸线圈1）270（分闸线圈1）外跳21020 105 70（分闸线圈2）150（分闸线圈2）表4 右岸励磁系统灭磁时序记录表分析比较左右岸励磁系统的灭磁时序，二者区别不大，左岸南瑞NES 5100励磁系统首先逆变和触发直流灭磁跨接器，而ABB UNITROL 6800首先触发灭磁跨接器，然后逆变灭磁，利用转子反向电压让跨接器导流后，再跳磁场断路器。值得注意的是，正常运行时，外跳1和外跳2是同时开出的，但时序结果由外跳2决定，外跳1作为后备命令执行。3 结论（l）溪洛渡水电站励磁系统灭磁回路，采用三峡电站首创的大型直流和交流双磁场断路器灭磁方式，时序设计科学合理，动作响应很快，SiC灭磁电阻容量充足，转子过电压保护灵敏可靠，满足励磁系统技术规范和设计要求。（2）在直流磁场断路器跳闸前，无论是NES 5100的首先逆变和触发直流灭磁跨接器，还是ABB UNITROL 6800的先触发灭磁跨接器后逆变灭磁，都能够有效转移磁场能量向灭磁电阻放电，此时分断磁场断路器不会产生较大电弧。（3）利用硬件方案闭锁功率柜脉冲后，交流磁场断路器紧随直流磁场断路器跳闸，符合交流灭磁原理，并且可以帮助直流