机械化工60科技展望 2014/151同步发电机转子过电压的来源1.1定子侧或转子侧开关通断产生的操作过电压定子出口开关非同期并网，或突然甩负荷跳闸，使定子电流发生阶跃突变，发电机气隙及铁心中磁通急剧变化，在交链的转子励磁绕组LQ 中感应出过电压。由于励磁绕组的串联匝数较定子绕组多，好象变压器的升压绕组，故过电压幅值较高。转子侧的灭磁开关跳闸灭磁，使励磁电流快速下降，也会在励磁绕组LQ 的电感及励磁变LB 漏感中感应出较高的过电压。1.2定子出线短路或遭雷击等产生故障过电压定子出线短路、接地，或遭雷击等事故时，定子侧产生各种故障过电压，这些过电压会经过定子绕组及转子励磁绕组LQ 间的耦合，或者励磁变压器初级与次级间的耦合，感应到转子回路里来。1.3发电机异步运行时产生滑差过电压同步发电机在运行中失磁，会使转子在高于同步转速下异步运转，靠阻尼绕组的作用变成异步发电机。在有功负荷突然变化时，功率角发生突然变化或发生失步振荡的过程中，也有暂时的异步运行。1.4定子三相负载不对称（或非全相）运行时产生不对称过电压发电机定子三相负载不对称或一相断路（非全相）运行时，定子三相电流不对称。1.5可控硅整流桥产生的换相过电压2辽宁华电铁岭发电有限公司发电机转子过电压保护方案2.1发电机主要相关参数
额定有功功率：300MW 励磁方式：三机励磁额定空载励磁电压：102V 额定空载励磁电流：1093A 额定负载励磁电压：360V 额定负载励磁电流：2642A 转子绕组时间常数（Td0'）：8.04s 强励顶值倍数：2转子绕组电阻(Rf75℃)：0.1253s
强励时间：20s 2.2
2.3 2.
3.1路器的额定电流：I BN =1.3*2642=3435A 2.3.2路器的额定最大遮断电流（遮断容量）:满足遮断滑环短路电流的需要，满足遮断机端三相突然短路时转子电流。选择ABB 的Secheron 公司生产的UR36.64型直流高速磁场断路器，主要技术参数如下：额定电压：4000V 额定电流：3600A 最大遮断电流：55kA 操作：DC.110V ，电磁操作机构，永磁保持操作机构2.4灭磁过电压保护电路方案采用如图电路方案。图中，RV1、RV2及MOP 均为高能氧化锌非线性电阻组件。其中RV1为灭磁电阻，主要用于灭磁时吸收发电子转子磁场能量，兼作转子过电压保护，吸收正常运行中出现在转子绕组上的各种过电压，保护转子绝缘；
RV2为整流电源侧的过电压吸收器，用于吸收灭磁过程中及灭磁结束后出现在整流桥两端的各类过电压，保护整流管。MOP 为熔通式后备过电压保护器，用于一些极端情况下的后备过电压保护。F1、F2为特制熔断器，与高能氧化锌电阻支路串联，作为氧化锌电阻内部保护。TA1与TA2为电流互感器，用于检测灭磁过电压保护回路的电流，供二次信号使用。2.4.1RV1的选择灭磁能容量的计算：由于发电机转子绕组电感储能与空载特性曲线右边的面积成正比。发电机在额定运行时，铁心处于不饱和状态的临界状态，转子电感：L=T d0′?R f =8.04×0.1253=1.01(H)空载储能量W 0=0.5LI f02=0.5×1.01×10932=0.603×106(J)=0.603MJ 强励时铁心饱和，电感量减小，强力时转子磁场储能W m =W 0×K w =0.603×3=1.809MJ 上式中，K w =S 0/S m ，即在发电机空载曲线中，曲线自0至额定空载点与纵坐标围成的面积S 0与曲线自0至强励点与纵坐标围成的面积S m 之比。由于无法提供相应的空载曲线，面积计算有困难。我们根据大量机组的近似计算及实际试验得出S 0/S m =2.5~3.0，这里取K w =3.0。实际RV1所需容量：W de =K 1×K 2×W m /K 3=1.3×0.3×1.809/.9=0.7839(MJ)上式中，K1为容量储备系数；K2为耗能分配系数；K3为阀片组合均能系数。考虑必要的安全裕量选取W de =1.0MJ 2.4.2RV1的残压选择根据国家电力行业标准DL/T650-1998《大型七轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》5.5.2条，“在强励状态下灭磁时发电机转子过电压值不应超过4~6倍额定励磁电压值。”5.5.5条：“发电机转子过电压保护装置应简单可靠，动作电压应高于强励后灭磁和异步运行时过电压值，同时低于转子绕组出厂工频耐压试验幅值的70%”。按5.5.2条,残压下限为：U cmin =4×360=1440V 上限为：U cmax =6×360=2160V 取中间值并考虑到UR36磁场断路器的弧压应能可靠换流，定为：U c =1700V 按5.5.5条，异步运行时的过电压峰值?(2~3)U fN =730~1095V ，RV1的动作电压为1250V ，能满足大于730V~1095V 的要求。转子绕组出厂工频耐压试验幅值的70%为10U fN *70%=2555V ，RV1残压值为1700V ,满足要求！对于UR36.64，额定遮断电压为4000V ，则灭磁电阻残压应满足：U RV ≤U int –U fN *K top –ΔU=4000–360*2–300=2980V 可取URV=1500V 对于F4S-3600，取直流额定遮断弧压600V ,四断口串联为600*4*0.9=2160V 。U RV ≤U int –U fN *K top –ΔU=2400–360*2–300=1140V 可取U RV =900V 。最大能容量下阀片的串并联组合均能系数：>90%2.4.3过电压保护电阻RV2用于灭磁过程中及灭磁后整流桥的过电压吸收。过电压保护限压值：(30~70)%*360*10*1.414=1527~3563过电压保护动作值：(1527~3563)/1.5=1018~2375V ,取1500V 能容量：0.2MJ 正常运行的荷电率：S=360*1.3/1500=0.312浅析同步发电机转子过电压及其保护
李 闯
（辽宁华电铁岭发电有限公司，辽宁 铁岭 112600）
摘 要：随着我国电力工业的迅速发展，发电机的额定电压随着发电机额定容量的增大而不断提高,以及可控硅整流励磁的利用,使得同步发电机转子回路的过电压问题更加显得突出。本文分析探讨了同步发电机转子回路过电压的几种来源，并以辽宁华电铁岭发电有限公司300MW 发电机转子回路过电压保护为例，设计了一套较完整的保护方案，以供参考。
关键词：发电机 转子 过电压 保护
中图分类号：TM921.41 文献标识码：A 文章编号：1672-8289（2014）15-0060-01