汽轮发电机交直流灭磁分析.pdf

2 0 1 2 年 第1 期 上 海 电力 汽轮发 电机交直流灭磁分析 贾根娣 华能上海燃机电厂 上海2 0 0 9 4 2 摘要 对汽轮发电机的三种不同的灭磁材料及其交 直流灭磁方式进行 了分析比较 关键词 汽轮发电机 灭磁 交流 直流 材料 换流 封脉冲 弧压 中图分类号 T M 3 0 1 文献标志码 B 4 0 0 M W 级燃 气轮发 电的 T H D F 1 0 8 5 3型汽 轮发 电机及其励磁系统由 S I E ME N S公司提供配 置 在励磁系统的灭磁回路中 S I E M E N S 选用了 交流磁场断路器 国内 3 0 0 M W等级汽轮发电机 采用交流磁场断路器 跨接器 非线性 电阻 Z n O或 S i C 或线 性 电阻的交 流灭 磁方式 而 6 0 0 M W等级多数采用磁场断路器 跨接器 非 线性 电阻 Z n O或 S i C 或线性电阻的直流灭磁方 式 就交流和直流灭磁方式的特点简析如下 1 交流灭磁和直流灭磁 灭磁是指发电机励磁系统 静态励磁或三机 有刷励磁系统 在发电机及其出口发生异常或故 障情况下 需要紧急断开转子回路 并迅速将 回 路中能量释放完的过程 灭磁可分为直流灭磁和交流灭磁两种 1 1直流灭磁 将直流型磁场断路器置于发电机转子侧 灭 磁时利用辅助触点或电子开关在转子回路接人 灭磁 电阻的瞬间 利用磁场断路器灭弧栅断开回 路 称直流灭磁 1 2 交流灭磁 将三相交流磁场断路器置于可控硅整流桥 阳极侧或发电机转子侧 灭磁时利用封脉冲及能 量转移技术断开励磁回路 称交流灭磁 1 3 灭磁换流技术 目前无论采用直 流灭磁还是交流灭磁 磁场 断路器断开前 必须将发电机的转子电流转移到 灭磁电阻中 即换流 换流成功 将减轻磁场断 路器负担或避免其烧损 保证了灭磁的成功 1 4 灭磁电阻材料 汽轮发电机转子 回路在灭磁时 需串接灭磁 电阻 以便迅速将转子能量消耗掉 灭磁电阻采 用 的有氧化 锌压敏 电阻 Z n O 碳化硅压 敏电阻 S i C 或铜钪材料的线性 电阻三种材料 j 蛳 I k t j 9 k e t 9 9 l 9 誓 j I j k 啦 j e 9k t 高 出水水质 良好 具有一定的抵抗凝汽器泄漏 的能力 能保证超超临界直流锅炉的水汽品质和 机组的安全稳定运行 体外再生设备采用二次 变流量逐级递减分 离技术 应用物理分离原理 确保了阴中阳树脂 的体积比 O 1 和阳中阴树脂的体积比 0 1 最大限度地减少再生时树脂的交叉污染 提高了 出水水质 参考文献 1 中华人民共和国电力行业标准 电力建设施工及验收技 术规定 第 4部分 电厂化学 D I r 5 1 9 0 4 2 0 0 4 2 中华人民共和国电力行业标准 电厂用水处理设备质量 验收标准 D L 5 4 3 9 4 3 中华人民共和国电力行业标准 火力发电厂化学设计技 术规程 D L T 5 0 6 8 2 0 0 6 4 中华人民共和国国家标准 火力发电机组及蒸汽动力设 备水汽质量 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 G B T 1 21 4 5 2 0 0 8 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 2 0 作者简介 唐伟峰 1 9 6 6 一 男 高级工程师 高级技师 从事 电厂化 学技 术管理 工作 编辑 吕斌 一 5 5 上 海 电力 2 0 1 2 年 第1 期 2 不同灭磁电阻材料的灭磁速度 2 1 灭磁 原理 灭磁电阻材料为 Z n O 在比较低的电压下 氧化锌压敏电阻Z n O呈高电阻 兆欧级 电压升 高到一定值时转为低 电阻 Q 级 如图 I 所示 Z n O灭磁电阻 R V跨接于励磁绕组两端 发电机 正常运行时 转子电压较低 灭磁电阻呈高阻 漏 电流微安级 灭磁时 磁场断路器 M K分闸 弧压 u 上 升 导致 u 反向并升高 高至一定值 Z n O就转 为导通 励磁电流 I 转入灭磁电阻 R V 此时 R V 串人转子回路中 内衰耗 M K熄弧断开 I 衰减 过程中氧化锌压敏电阻 Z n O残压较高 而且恒 定 故接近理想恒压快速灭磁 Z n O灭磁电阻正 常换流灭磁波形如图 3所示 根据基尔霍夫 回路定律 u z u K o 则 u IJ 按最严重工况考虑 必须保证 1 式中 一M K保证能达到的最大开断弧 压 一 最大 强励 励磁电流 I 流过 R V时 其两端最高残压 一 最大 强励 电源电压峰值 U V 线性电阻 s ic 电 阻 z n 电阻 二 图 1三种灭磁 电阻材料伏安特性曲线图 灭磁电阻选用碳化硅压敏电阻 S I C 或线性 电阻 R u 公式 1 仍然成立 由于碳化硅 S i C和线性电阻的伏安特性的特 点 如果灭磁电阻直接跨接在励磁绕组 L Q两端 正常运行时会产生较大的漏电流 耗能发热 故 必须用一个常闭触头 或电子开关 将其断开 磁 场断路器带有联动的两副主触头 M K 1 和 M K 2 一 5 6一 正常运行时 M K 1 接通 M K 2 断开 以线性 电阻的灭磁波形为例 换流正确成功 波形图 见图2 1 t 前 正常运行 M K 1 接通 M K 2 断开 2 t 瞬间 磁场断路器动作 M K 2 先闭合 电 阻 R内因正常励磁电压 u 作用产生一附加电流 此电流方向与规定的 I 正向相反 故显示负 值 使 I 也增加一个附加电流 3 t 2 M K 1 断开 产生电弧 随着电弧的拉长 弧压 U 不断上升 转子电压 u 反向并不断上升 因u 的作用 I 也随之反向并不断上升 由于转 子绕组有相当大的电感量 故转子内励磁电流 I 不能突变 在短时间内可视作恒量 由基尔霍夫 结点定律 I L I R I K I 上升 使 I 下降 即完成励磁电流从磁场 断路器向灭磁电阻的转移 即 换流 4 t 3 I K 下降到零 I 全部转移到灭磁电阻 R 中 换流结束 5 随后 U K U I R 及 I 均按指数规律衰减 6 h I B 及 I 衰减到零 灭磁结束 一 般 t t 2 为几毫秒 t 2 一 t 3 为几十毫秒 t 3 一 t 4 为几秒 其中 t 与 t 之间为换流过程 t a t 为换 流时间 也是磁场断路器燃弧吸能的过程 此过 程越长 烧损越严重 所以换流时间越短越好 换 流不 良时的灭磁波形见图 3 l 憎 fI 悄 vH 亡 l 魄 匕 t g M d lg J 4 1 H I 膏 t 2 t t j 图 2线 性 电 阻 正 确 换 流 时 灭 磁 波 形 图 t i MK l2闭合 t 2 一 MK1断开 t 3 MK1断孤 t 4 灭磁 结束 2 0 1 2 年 第1 期 上 海 电力 v I L 帅 州 蛳 亡 u L l f t 聃 一 蚺 螂 士 I r 誊 l I 上 r J 图 3线性 电阻换流不 良时灭磁波形 图 无论选用 Z n O S i C电阻灭磁 还是选用线性 电阻灭磁 要达到正确 良好 的换流 都必须满足 式 1 2 2 灭磁速度 不 同材料的灭磁 电阻 对灭 磁速度影 响很 大 根据图 1 所示的氧化锌 Z n O 碳化硅 S i C 或线性电阻三种材料的特性可见 灭磁时的速度分别从快到慢 其 中 Z n O速度 可达到 理想 状态 国内的灭磁 电阻选用 Z n O材料较 多 国外 A B B及西 门子公 司灭磁 电阻选用 S i C G E及三菱 公司选用的灭磁 电阻是线性电阻 汽轮发电机由于转子有单独的阻尼绕组 尽 管励磁绕组经灭磁后可基本无励磁电流 在纵轴 上无磁通 但阻尼绕组中还有电流 灭磁时它产 生磁通反映在发电机还有端 电压 灭磁结束定义在发 电机端电压衰减到 1 0 的空载额定 电压时 真正起到保护发 电机不烧损 或烧损程度最低 有专家提出 灭磁过程是发电机 电压对时间 的积分除以发 电机的初始 电压值 用下式表示 1 m r m 一 r u d t 2 U 0 J 0 式中 一定子电压有效灭磁时间 一灭磁 开始发电机定子初始电压值 一 灭磁过程定子 电压 一 味追求 S 睦 灭磁 其实是起不到有效作用的 3 交流灭磁 交流灭磁接线如图 4所示 交流灭磁的励磁 整流电源必须是可控硅三相全控整流桥 励磁整流 电源不能是二极管整流桥或带续 流二极管的可控硅半控整流桥 z KA 一 K B 一 z K C I A一 MK A I B一 MK B R V P L Q I c一 MK c f 一 K A K B一 K KC 图 4 交流侧 灭磁 接 线 图 L B 一励 磁 变 压 器 次 级 绕 组 K A K B KC 一 可控 硅 L Q一转 子 绕 组 RV 一灭磁 电 阻 MK一 交流磁 场 断路 器 如图 4中的 K A K B K C全部用整流二极管 或改成带续流二极管的半控整流桥 则 1 交流磁场断路器 MK分闸后 励磁 电流经 二极管续流自然衰减 灭磁电阻R V被短路掉 2 转子回路电感大 电阻小 时间常数很大 二极管正 向压 降又很小 故 I L衰减缓慢 灭磁时 间很长 在交流灭磁中 磁场断路器主触头分闸前 必须封锁可控硅整流桥的全部触发脉冲 其原因 如下 1 磁场断路器三相断口电流波形如图5 任 何瞬间只有二相通流 另一相 电流为零 0 I 2 一 一 j 厂 1 一J L J 一 一 0 L l 厂 一 一一 一 一 1 J 一 一 U 一 f c 一 一 广 一 r 0一 一 一U 图 5交流灭磁 MK三相断口电流波形 图 一 5 7 上海电力 2 0 1 2 年第1 期 2 假定 t 瞬间磁场断路器分闸 此时可控硅 管 K A 及 K C 一导通 其余均截止 如果仅仅 M K A M K M K 断开 而不封锁可控硅的触发脉 冲 则可控硅管的触发脉冲将按如下顺序不断轮 流施加于 A 一 c B 一 A c 一 B各可控硅管上 现在 K A 及 K C 一 两管已经触发导通 由于转子 绕组 L O有电感的续流作用 K A 及 K C 一的阳极 电流大于维持电流 不能截止 断路器断 口M K A 及 M K 不能熄弧 此时 B相无电流 故 M K 熄 弧 接着 K B 被触发 但此时 B相阳极电源已开 断 故 K B 不能导通 电流仍经 K A 及 K C 一流 通 再过 3 3毫秒 K A 一被触发 这时 K A一的阳极 电压已转为正向 故 K A 一立即导通 K C 一截止 I 经 K A 一及 K A 短路续流 灭磁电阻 R V被短路 掉 M K 及 M K 熄弧 和二极管桥路一样 励磁电 流经可控硅正向导通续流 自然衰减 3 1满足条件的交流灭磁 1按图4 所示 K A K B K C用可控硅整流 假 定 t 瞬间断开 M K 同时封锁可控硅的触发脉冲 则 t 时刻导通的 K A 及 K C 一 两管一直导通续 流 而其他 4 只管子因无触发脉冲不再导通 这 样回路的等效电路如图6 所示 图 6交流侧灭磁等效电路 灭磁时 先封住脉冲 而后磁场断路器分闸 一 般控制回路同时发出分 M K及封脉冲的指令 但断路器有固有动作时间 几十毫秒 的延迟 而 封锁脉冲反应比较快 t 时刻脉冲封锁后励磁电 压 u 及 u 波形即从锯齿波变成正弦交流波 见 图 7 随后磁场断路器断开的瞬间有随机性 如 分闸瞬间正好 U 为负 则公式 2 易满足 可成 功换流 如分闸瞬间 u 为正值 公式 2 不满足 暂时不能换流 则断 口电弧继续燃烧 等待换流 条件的到来 因5 0 H z 电压的周期仅 2 0毫秒 最 多等待十几毫秒就满足公式 2 可以换流 整个 一 5 8一 屯 l I f l J I I I I f 厂 图 7 整流 输 出电流 电压 波形 灭磁过程要几百毫秒 3 2满足 U 士U z 的分析 1 式中 U 为交流阳极电压瞬时绝对值 可 取正负号 取正号对换流不利 取负号对换流有 利 取负号的最大值 ti P U x M 一 3 这是满足正确换流的最起码的必要条件 2 对 目 前常用的机端自并励励磁方式 为了 提高可靠性 还应考虑在发电机出口短路时 励 磁阳极电压几乎降为零 即U Z M一0时 仍应能 可靠换流 即必须满足 4 这是满足可靠正确换流要求的较高的条件 3 3交流断路器用在直流侧灭磁 用交流断路器设在发电机转予侧 灭磁时利 用封脉冲 将交流磁场断路器三相断口串联后 接人如 图 1 直流回路中灭磁 代替直流磁场断路器 如 同交流灭磁一定要封锁可控硅触发脉冲一样 置 于直流侧灭磁也要封锁脉冲 否则磁场断路器有 烧毁的危险 封锁脉冲后的等效电路如图 8 比较图8 和图 7 两者无本质区别 只是断路 器断口串联的位置不同 公式 2 仍然成立 交流灭磁中同样一台交流断路器装于交流 侧或直流侧的分析 一 交流断路器不论装于交流侧 还是直流侧 只要切脉冲 都可降低对断路器弧压的要求 2 0 1 2 年第1 期 上海 电力 燃机控制系统在委 内瑞拉燃机电厂中的 应用与接 口介绍 刘春梅 中机国能电力工程有限公司 上海2 0 0 0 6 1 摘要 介绍 了委内瑞拉新 中心电厂工程中的燃机控制系统 西门子 S P P A T 3 0 0 o 以及该控制系统与机组 D C S的接 口 介绍了 S P P A T 3 0 0 0的总体结构和特点 重点介绍 了它与电厂机组 D C S 通讯 硬接线 电源 接地等 接 口问题 通过接 E l 的可靠衔接为实现机组安全和可靠的运行奠定 了坚实的基础 关键词 燃机控制系统 S P P A T 3 0 0 0 D C S 接 E l 中图分类号 T K 2 2 3 文献标志码 B 女 女 女 女 j 过去的直流灭磁开关 如 D M 型 主要靠 自 身的栅片来吸收磁场能量 少部分靠辅助触点接 入线性电阻消耗能量 如图4所示 无需封脉冲 技术 故栅片烧损严重 目前的直流灭 磁 其磁场断路器也采用短 或长 弧栅直流开关 但灭磁时也采用封脉冲 换流与交流灭磁相同技术以达到移能