HK-LYB-2000型励磁系统大能容尖峰过电压抑制器
在白山发电厂300MW机组的应用
马跃林1 李基成2 李开明3 黄冬华4
摘 要：本文阐述了目前大中型发电机组采用可控硅自并励励磁系统产生的过高的尖峰过电压对设备的危害，介绍了白山发电厂采用HK-LYB-2000型励磁系统大能容尖峰过电压抑制器的效果。
关键词：同步发电机；尖峰过电压；保护方法；抑制器
1、可控硅换相在励磁系统交直流侧出现尖峰过电压的机理及危害
在静止可控硅励磁系统中，励磁电源输出的大小由可控硅的导通角控制，在可控硅换相关断过程中，由电路中激发起电磁能量的互相转换和传递，其交流和直流侧产生了尖峰过电压。这种过电压峰值高，并具有三个特点：一是周期性很强，每个周期产生六个换相缺口，其中有两个是本相可控硅换相产生，另外四个是其它相可控硅产生；二是一致性也很强，换相过电压尖峰毛刺都是在可控硅换相关断瞬间产生，这是由于可控硅反向恢复电荷不能突变的原因；三是尽管每个尖峰毛刺能量不是很大，但每个周期产生6个尖峰，连续运行总能量很大。该尖峰过电压的峰值可达阳极电压的三倍左右，容易引起励磁变、功率柜和转子系统软击穿事故，甚至引起器件烧毁和停机事故，使发电机组安全运行受到威胁。
可控硅励磁电源出现误强励和失磁故障的几率比二极管整流电源高得的多，这主要是由于可控硅换相时产生的尖峰过电压引起的。当可控硅触发角α与重叠角β之和，为500左右时，尖峰过电压值****。
对于换相尖峰电压引起的励磁故障，由于过电压时间短（仅几微秒），能量不集中，一般对绝缘形成不了直接击穿，多为闪络放电，形成非金属击穿，事故后绝缘能恢复，故障点不易查找。对于可控硅微秒级上升前沿的尖峰电压来说，通过变压器高低压线圈的匝间杂散电容耦合也可产生感应过电压或反射波叠加过电压。在脉冲变压器的一侧是可控硅几千伏的高压电位，另一侧是十几伏的低压电子线路，稍有一点电位扰动，就会从高压侧传到低压侧，引起电子线路的紊乱。这种在高低压悬殊的连接点、隔离点产生的感应过电压也是非可控硅电源没有的，所以励磁故障多从脉冲变处产生、发展。对不动声色这种过电压曾经发现脉冲变发生击穿，引起多次误强励和失磁故障。但更多的是故障发生后找不到脉冲变的击穿点。
对于尖峰过电压问题必须引起充分的重视，对已运行的机组，可加强尖峰过电压的吸收，并对薄弱的局部加强绝缘，但最终应该用新的可靠的技术来解决问题。
目前东北电网公司白山发电厂采用的新型HK-LYB-2000型励磁系统大能容尖峰过电压抑制器对尖峰过电压的抑制效果明显，投运几年来情况良好，为白山发电机组的安全运行，提供了可靠的保障。
2、HK-LYB-2000型大能容过电压抑制器的组成：
2.1、装置主要由高能容氧化锌压敏电阻和进口无感电阻、进口高耐压电容经过详细计算组合而成的综合保护组合于一体的励磁系统交直流侧过电压保护。
2.2、装置配有特种熔断器用来防止保护回路因老化击穿造成的短路。
3、HK-LYB-2000大能容过电压抑制器接线示意图
4、HK-LYB-2000大能容过电压抑制器的技术结论及主要优点
此装置保护器件少，电阻发热量小。一方面通过压敏电阻降低过电压的幅值，同时由特殊阻容保护降低过电压的陡度。
按照这种方式整定的过电压保护，可以保护励磁变及可控硅不至于因电压过高造成绝缘损坏。压敏电阻过电压保护，无法吸收可控硅换相过电压的尖峰毛刺，不能降低过电压的前沿陡度，必须采用组容吸收装置加以限制。
采用高能氧化锌压敏电阻及特殊阻容保护相配合可以保护励磁变及可控硅不至于因电压过高造成绝缘损坏，同时利用电容稳压和充电特性，吸收励磁阳极过电压尖峰毛刺，避免设备绝缘因尖峰电压遭受软击穿。
该装置体积小、造价低、使用寿命长、免维护运行等性能指标大大优于普通过压保护。具有接线简单、成本低、故障率低、易于实现、经济实用之特点。
5、HK-LYB-2000大能容过电压抑制器在电白山电厂应用效果对比试验
白山电厂一期1-3F机，二期4-5F机，丰满电厂11-12F机，都安装了HK-LYB-2000大能容过电压抑制器。
5.1试验接线图：
5.2试验步骤：
（一）未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰过电压抑制器交流侧电压
波形图（空载额定）
阳极电压有效值：159.8×5.78＝923.6V
阳极电压尖峰值：U△=0.8×200×5.78＝924.8V
（二）投入HK-LYB-2000型大能容尖峰过电压抑制器交流侧电压波形图（空载额定）
阳极电压有效值：159.8×5.78＝923.6V
阳极电压尖峰值：U△=0.4×100×5.78＝231.2V
投入HK-LYB-2000型大能容尖峰过电压抑制器后阳极交流侧尖峰过电压下降: (924.8V－231.2V)÷924.8V × 100﹪ ＝ 75﹪
（三）未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰过电压抑制器直流侧电压波形图（空载额定）
直流侧电压尖峰值：U△=13×（500÷5）＝1300V （未用分压电阻）
（四）投入HK-LYB-2000大能容过电压抑制器直流侧电压波形（空载额定）
直流侧电压尖峰值：U△=2×（500÷5）＝200V （未用分压电阻）
投入HK-LYB-2000大能容过电压抑制器后直流侧尖峰下降:
(1300V－200V)÷1300V × 100﹪ ＝84.6﹪
5.3、试验结论：
HK-LYB-2000大能容过电压抑制器是目前为止对励磁系统交流过电压及尖峰过电压吸收效果****、安全系数最高的尖峰过电压保护设备，并且适用于各种类型和容量的机组。
可以预见，该装置将为我国采用静止式可控硅自并励励磁系统设备的安全提供最有效可靠的保障。
作者简介：
1、马跃林：东北电网公司吉林白山发电厂电气专责，长期从事发电厂励磁设备检修与维护以及电厂电气技术管理工作。
2、李基成：中国水电站自动化专委会励磁分委会及中国电机工程学会励磁分委会高级顾问、清华大学电力系统控制与仿真国家重点实验室兼职研究员。
3、李开明：安徽徽凯电气有限公司总工程师，长期致力于发电机励磁系统灭磁装置新技术的研制。
4、黄冬华：安徽徽凯电气有限公司总经理，长期致力于发电机励磁系统灭磁装置新技术的研制。
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