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二手发电机磁场断路器分断能力的选择


目前,国内外二手发电机的事故灭磁,多数仍采用磁场断路器及非线性电阻的灭磁系统在电站的实际运行中,灭磁时烧毁磁场断路器的事故己屡见不鲜导致这些事故的主要原因之一,是由于在某些灭磁工况下灭磁时,磁场断路器不能分断发电机转子的直流电源回路(转子与励磁功率整流器的连接回路),即磁场断路器未能满足发电机在某些运行工况下灭磁时对磁场断路器分断能力的要求分析表明,发电机在不同的运行方式下进行灭磁时,加于磁场断路器主触头上的电流、电压是不相同的,即对磁场断路器分断能力的要求不同。磁场断路器的分断能力,应按满足二手发电机在所考虑的严重灭磁工况下灭磁的要求进行选择,才能使发电机在这些工况下可靠地灭磁1灭磁过程中磁场断路器主触头的电流及电压对所示的采用SC或线性灭磁电阻的发电机自并励系统,在二手发电机磁场断路器QF主触头断开后的燃弧过程中,主触头的电弧电流A与转子电流If及灭磁电阻上的电流Ir有如下关系:燃弧过程中流过主触头的最大电流Am(也是灭磁过程中流过主触头的最大电流)为灭磁开始时转子反向感应电压出现前流过主触头的电流,此时Ir=0,故:主触头分离后,触头两端的电压W为:当灭磁采用非线性电阻时,A电流时的非线性电阻阻值;u为非线性系数,0  1.3Ugr/nb,Ugr为发电机额定电压,nh为励磁变压器原方、副方的电压比当计算取3个分段时,灭磁开始时的转子电流/f(0)= /3)近似计算时,也可用发电机在1.3倍额定电压、误强励时转子的稳态电流/f0)作为灭磁开始时的转子电流。
二手发电机磁场断路器分断能力的选择
灭磁过程中励磁功率整流器最大输出电压Udm为灭磁开始时的转子电压,即在灭磁开始时的机端电压Ug(0)下励磁系统发生误强励时的功率整流器的输出电压Ug(0)为灭磁开始时的转子电流/f(0)所对应的机端电压,可从发电机空载特性上由/f(0)查得这样,空载误强励灭磁过程中磁场断路器主触头所承受的最大电流及最大电压按灭磁过程中磁场断路器主触头所承受的最大电流及最大电压的计算与空载误强励灭磁工况类似保护跳闸前,计算采用发电机负载特性(并采用T/计算),二手发电机跳闸后用空载特十性近似计算时,也可考虑采用发电机在转子过电流保护的整定电流所对应的定子电压下误强励时的转子电压所对应的转子稳态电流作为灭磁开始时的转子电流在发电机三相短路的暂态过程中,定子短路电流将在转子绕组上产生感应电流感应电流由非周期的次暂态分量A//和暂态分量A/f/以及周期分量A/fc组成在短路发生后,它们分别以发电机的T,/',T,/及Ta时间常数随时间衰减由于发电机的动作时,转子中的感应电流虽有所衰减但仍然较大若发电机灭磁时短路故障未切除,磁场断路器需分断的电流为定子短路电流在转子上的感应电流与励磁功率整流器供给的转子电流的总和机端三相短路时转子绕组中感应电流的计算可参见在工程设计时也可参照ANSUIEEEC37.18标准,对凸极发电机机端三相短路灭磁开始时的转子电流,该标准推荐取/f(t)=/f(0)=机端三相短路时,励磁功率整流器的输出电压为0,但若在磁场断路器主触头燃弧过程中切除短路点,机端将出现较高的恢复电压并在较小的时延内达额定值机端短路时励磁系统处于强励状态,且励磁调节器将使强励状态保持到机端电压恢复至较高的电压水平因此,在工程设计中,可按机端电压为额定、励磁系统强励状态来考虑此时励磁功率整流器的输出电压这样,机端三相短路时,磁场断路器主触头所承受的最大电流及最大电压可计算为:表1表2是某两个电站发电机的几种灭磁工况的计算结果表1灭磁过程计算结果(电站1)灭磁工况主触头整流器输出灭磁电压备注额定空载灭磁额定负载灭磁正常强励跳闸灭磁空载误强励灭磁(115°C)保护延时0负载误强励灭磁(115°C)保护延时0机端三相短路灭磁(115C)取V,励磁变压器电压比:18kV/1.014kV;括号内数字对应保护无延时计算结果表2灭磁过程计算结果(电站2)灭磁工况主触头整流器输出灭磁电压备注额定空载灭磁额定负载灭磁正常强励跳闸灭磁空载误强励灭磁(115C)保护延时ft负载误强励灭磁(115C)保护延时ft机端三相短路灭磁(115C)取kV/0.932kV;括号内数字对应保护无延时计算结果载电流值给出,同时应说明所给出的额定分断能力试验电路的特性,如试验时断路器的负载形式及时间常数等。同一电器,在不同的分断电压下或不同的由表1表2可见,励磁系统正常时,机端三相短路灭磁为发电机最严重灭磁工况考虑励磁系统故障时(误强励),对所计算的电站1,发电机最严重灭磁工况为负载误强励灭磁工况;对所计算的电站2,发电机最严重灭磁工况为空载误强励灭磁工况2磁场断路器分断能力与低压电器中有关分断能力定义的关系目前,一般发电机磁场断路器属低压电器系列按照低压电器标准,低压电器的分断能力有额定分断能力及短路分断能力两种定义。额定分断能力(ratedbreakingcapacity)是在规定的分断条件下所能分断的电流值有关产品标准或技术文件应明确地规定分断条件h(g试验电路的特性压额定短路分断能力(ratedshort-circuitbreakingcapacity)是在产品标准或制造厂规定的电压额定频率以及一定的功率因数或时间常数)下电器能够分断的短路电流值电器额定分断能力的试验,是在断路器带规定的负载及某一电压下进行。短路分断能力则是在断路器负载接线端短路时进行。
在电器的产品标准或技术文件中,额定分断能力是以电器在某一电压(即恢复电压)下可分断的负的负载电流是不同的电器产品标准或技术文件中给出的额定短路分断能力,是在某一电压(即恢复电压)下电器可分断的短路电流值。
对一般低压电器,额定分断能力的试验电路按IEC或GB标准用电感电阻串联负载进行,回路时间常数按标准规定选择(例如时间常数为15ms)对磁场断路器,按ANSI/IEEEC37.18标准的规定,额定分断能力的试验负载应按实际发电机的磁场回路或等效回路进行。
二手发电机灭磁时,磁场断路器是在带有转子及灭磁电阻负载的条件下进行分断,在磁场断路器主触头电弧熄灭后,主触头两端仍承受着转子及励磁功率整流器的输出电压(即恢复电压)从磁场断路器分断时的这种工作环境可见,发电机在灭磁时所要求的磁场断路器的分断能力是断路器的额定分断能力,即磁场断路器应按其额定分断能力满足发电机严重灭磁工况的灭磁要求进行选择3磁场断路器额定分断能力的选择由上面的分析可见,发电机灭磁对磁场断路器分断能力的要求随发电机灭磁工况的不同在数值上有很大的差别。故在选择磁场断路器时,应首先分析并确定发电机应考虑的严重灭磁工况,然后计算出在这种严重的灭磁工况下灭磁时磁场断路器主触头所承受的最大电流Am及最大电压Ubm所选择的断路器的额定分断能力,应不低于在分断电压(即恢复电压)为Ubm时分断负载电流为Ibm的分断能力,并且所选断路器产品给出的额定分断能力应为按ANSUIEEEC37.18标准规定的试验条件所确定的分断能力例如,对本文所计算的电站1,当磁场断路器的额定分断能力不考虑励磁系统故障的灭磁工况时,应按机端三相短路灭磁要求选择磁场断路器,其额定分断能力应不低于在4316V的分断电压下分断8175A的负载电流值。当磁场断路器按考虑励磁系统故障(误强励)进行选择时,应具有不低于在5 137V的分断电压下分断11 530A的负载电流值的额定分断能力对采用ZnO灭磁电阻的励磁系统,由式(6)可见,所选择的磁场断路器在所考虑的严重灭磁工况下灭磁时,可保证转子电流可靠地向ZnO灭磁电阻转移应当指出,对米用ZnO灭磁电阻的励磁系统,在磁场断路器触头分开至ZnO灭磁电阻导通前,断路器的负载仅为转子绕组;ZnO导通后断路器的负载方与类同。故对采用ZnO灭磁电阻的磁场断路器,其产品额定分断能力的试验必须考虑断路器负载的这种变化。
一般而言,不需要考虑多重故障重叠的更严重的情况来选择磁场断路器的额定分断能力,如转子过负荷时发生机端三相短路、误强励时兼出现机端三相短路等4问题与建议a对于磁场断路器的额定分断能力及其他参数的选择计算,我国尚无较全面的标准;与额定分断能力的选择相关的对发电机灭磁时间的要求也未见到有关的标准或规范为规范磁场断路器的设计及使用,建议根据我国的情况并国内外有关的标准(如ANSI/IEEEC37.18),制定出我国相应的标准或规范磁场断路器的额定分断能力是设计、选择及使用磁场断路器的重要参数,在ANSUIEEE C37.1吸低压电器标准中对该参数己进行了明确的定义,并给出了该参数的测试方法及要求但在国内外的某些磁场断路器的产品技术规范中,并未按这些标准的规定给出磁场断路器的参数。在设计选用时,应先弄清楚产品技术规范中所给出的参数的含义及其测试条件,才能保证选择正确。
国内励磁系统故障(误强励)至今仍不少见,而国产的磁场断路器的分断能力较低,当所选的磁场断路器的额定分断能力不能满足所考虑的严重灭磁工况下的灭磁要求时,为保证灭磁系统工作的安全可靠性,建议可作下列考虑:适当地延长灭磁时间,以降低灭磁时非线性电阻上的电压,目前国内水轮发电机的灭磁时间大多要求为1s左右,而国外一些公司有米用2s~3s灭磁时间的建议;对有可能产生误强励的励磁系统,可考虑改进动作灭磁的启动回路,或设误强励时动作灭磁的速动保护,以避免误强励时在转子严重过流情况下的灭磁
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