(1.中广核风力发电有限公司，内蒙古 呼和浩特 010050；2.内蒙古国华准格尔发电有限责任公司，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要： 针对2006年1月内蒙古岱海发电厂＃2机瑞士ABB Unitrol 5000励磁调节器失控 误强励，烧毁整套励磁功率整流柜事故，对Unitrol 5000励磁调节器的灭磁方式进行了分析 探讨，并对Unitrol 5000励磁调节器事故跳闸是否逆变灭磁问题进行研究。
关键词：励磁调节器；Unitrol 5000；跳闸；灭磁；逆变
中图分类号：TM761.＋11 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)07—0169—03
2006年1月，内蒙古岱海发电厂2号机瑞士ABB Unitrol 5000励磁调节器投产带504MW负荷作P SS 试验时，励磁调节器失控误强励，发生励磁盘内的励磁变压器二次三相母线短路，烧毁整套 励磁功率整流柜事故。内蒙古岱海发电厂对此次事故编写了事故分析报告，其中指出“该问 题还使得励磁系统在随后的励磁系统过励保护跳闸动作时无法转入逆变状态”。
灭磁是发电机及变压器内部故障的一项保护措施，发电机组内部故障时，虽然主断路器断开 可将发电机与系统隔离，但发电机仍有电压，维持故障电流。必须将发电机快速灭磁，使其 电压降至熄弧电压以下，以限制发电机故障时损坏的范围，灭磁时间越短，故障范围越小。 根据岱海电厂的事故分析报告，岱海电厂Unitrol 5000励磁调节器过励磁保护动作跳闸后， 调节器先逆变再跳灭磁开关。如果这样，将增长事故情况下发电机的灭磁时间，使故障范围 进一步的扩大。
笔者针对内蒙古国华准格尔发电厂＃3、4发电机组瑞士ABB Unitrol 5000自并励励磁系 统， 对该型励磁调节器的灭磁方式进行分析探讨，并对Unitrol 5000励磁调节器事故方式下是否 逆变灭磁问题进行研究。
1 发电机灭磁方式简介
目前常见的发电机灭磁方式有续流灭磁、通过整流电源的续流灭磁、逆变灭磁、跳开关灭磁 等4种，也可以结合使用。励磁方式和励磁系统构成影响灭磁方式的使用。
三机无刷励磁系统不设发电机灭磁开关，发电机灭磁使用通过整流电源（励磁机定子绕组） 的续流灭磁。
三机励磁系统不能实现发电机的逆变灭磁，发电机侧仅使用跳开关灭磁。
上述两种励磁系统中，AVR在励磁机励磁侧实施的跳开关灭磁、逆变灭磁或通过整流电源（ 副励磁机定子）的续流灭磁，或其组合，以降低励磁机定子电压，以启动或帮助发电机灭磁 。
对于采用三相全控晶闸管整流桥的自并激静止励磁系统，上述4种灭磁方式均可使用。
1.1 逆变灭磁是正常停机使用的灭磁方式
对于起停操作频繁，且灭磁开关不必配合其他操作的机组，如普通调峰水电机组，为缩短启 动时间、延长开关寿命，在停机时不跳开关，仅进行逆变灭磁。ABB在逆变60s后将采取闭锁 触发脉冲的安全措施。目前ABB在燃煤电厂中的Unitrol 5000装置多采用跳开关灭磁为正常 灭磁方式。
1.2 跳开关灭磁是事故灭磁的基本形式，磁场开关通常是 空气开关
1.2.1 耗能型磁场开关的灭磁过程是：磁场开关断开时在动静主触头间产生高强度电场 ，产生金属和空气电离即形成电弧，电弧通过引弧装置引入灭弧室。电弧两端的电压与通过 的电 流有关，与灭弧室的设计有关，其方向是流过电流的方向。因此在电弧熄灭前，磁场绕组两 端所加的电压等于整流电源电压减去电弧电压。当电弧电压超过整流电源电压时（必要条件 ），磁场绕组的电压为负值，磁场电流出现衰减。如果电弧可以持续燃烧，将烧掉所有可引 出的磁场能量。这样的开关也称灭磁开关，但这样的开关在大型机组中已很难选到。由于电 弧具有非线性电阻的特征，故灭磁时间较短。
1.2.2 大部分磁场开关属于移能型空气开关，不能单独实现灭磁，需要由在灭磁前瞬间并 接 到磁场绕组上的灭磁电阻来消耗大部分可引出的转子能量。灭磁电阻可以是线性电阻或非线 性电阻，材料可以是铁、铜合金、碳化硅等。使移能型磁场开关顺利断开的条件是磁场开关 的电弧电压高于整流电源电压和灭磁电阻通过灭磁初始电流时产生的电压（灭磁电压）。这 样当灭磁开关在瞬间建立起足够高的弧压时，就可以将所有磁场电流转移到灭磁电阻回路中 ，使电弧迅速冷却熄灭，磁场能量消耗在灭磁电阻上，磁场电流迅速衰减。在同样的初始灭 磁电压下，非线性电阻具有比线性电阻更快的灭磁时间。
1.2.3 通常磁场电阻在发电机正常运行时不能直接并联在转子两端，必须使用磁场开关的 常闭灭磁触头或跨接器将灭磁电阻并接到转子两端，目前大中型机组的自并激励磁系统多采 用可靠性更高的跨接器，磁场开关不具有常闭灭磁触头。在常开主触头打开前要求常闭灭磁 触头先动作，如使用跨接器，则它应处于准触发等待状态。
1.2.4 要满足移能型磁场开关顺利断开的条件，可以有3种方法：即提高弧压、降低灭磁电 压和降低整流电压。第一种方法的限制条件是与磁场开关相连的电气系统的绝缘不能受到威 胁；第二种方法的限制条件是灭磁初始电压一般应大于额定磁场电压；第三种方法的限制是 AVR必须工作正常，因此只能作为辅助手段使用，系统选型时以前两种方法为主。
这3种方法往往是同时使用的。
由于条（2.2.4）中的第三种方法通常没有副作用（如果降低到负电压需要考虑与磁场 开关 电弧电压叠加后对磁场绕组绝缘的影响），在灭磁时作为必备的辅助措施使用，条件是在常 开主触头打开前动作。该措施适用于除AVR失控外的所有工况。如果磁场开关串联在励磁变 压器和整流桥之间，这种方法多用于中小型机组，降低整流电压的方法是切除整流桥触发脉 冲，发电机转入通过整流电源（励磁变压器副边绕组）的续流灭磁，整流器输出呈现交流电 压（可以为负值），当电压降低到足以满足移能型磁场开关顺利断开的条件时，灭磁过程开 始。如果磁场开关串联在和整流桥输出和磁场绕组之间，降低整流电压的方法是实施逆变灭 磁，整流器输出电压迅速降低（在10ms内可转变为反向电压），当电压降低到足以满足移能 型磁场开关顺利断开的条件时，灭磁过程开始。这两种方法与节（2.1）所说的逆变灭磁停 机不同，仅在灭磁过程开始前的短暂时间起作用。
续流灭磁仅在某些特殊情况下使用，不再叙述〔2〕。
2 Unitrol 5000事故方式下是否逆变灭磁问题的探讨
2.1 Unitrol 5000励磁调节器跨接器灭磁系统
随着灭磁开关技术的发展，带动了励磁技术的发展，ABB公司开发了与新型直流断路器配合 使用的晶闸管跨接器灭磁系统，现对该公司跨接器灭磁系统分析如下：
ABB公司的跨接器灭磁系统，接线方式如图1、2所示，本线路为ABB公司的典型灭磁方式。.gif)
灭磁系统所应用的直流断路器是单极的，由并联连接的正、反向晶闸管整流器V2和V1组成的 跨接器与灭磁电阻相接后并接在励磁绕组两端。这种灭磁及过电压保护回路，国外统称为Cr owbar回路。在国内则称之为跨接器。晶闸管跨接器回路包括下列元件：①反向过电压保护晶闸管元件V1及正向过电压保护元件V2；②包括过电压测量单元的晶闸管触发回路；③电源及电流监测及报警回路。其灭磁及过电压保护工作过程如图3所示，现分析如下：对于正向过电压保护，红色注释线是触发V1的回路；对于反向过电压保护，绿色注释线是触发V2的回路；对于灭磁回路，蓝线是K1动作触发V2的回路，紫线和黄线是K2或者K3动作触发V3的回路。
对于这个原理图，A和C，B和D短接。V1000是正反过电压的触发二极管，是BOD管。K1、K2、 K3是跨接器触发继电器。
为保证与直流断路器配合使用的晶闸管跨接器可靠地工作，ABB公司在设计中作了许多特殊 的考虑。
首先是在灭磁时为励磁电流提供通路的晶闸管元件V1的触发回路由多重的测量回路予以保 证。在对直流断路器发出跳闸指令的同时，由独立的触发回路使灭磁晶闸管元件V1导通。 即使此触发回路故障，由直流断路器断开时所产生的过电压也足以使灭磁晶闸管元件V1导 通。
此外，晶闸管元件自身亦提供一种后备的灭磁保护措施。例如，当选择灭磁晶闸管元件V1 的正向峰值阻断电压低于断路器产生的弧电压时，即使在上述两种触发回路均故障的情况下 ，此时晶闸管元件V1自身亦可被此弧电压所强制触发而构成通路。这种操作方式，虽导致 晶闸管元件V1损坏，但是对灭磁作用而言，却得到了保证〔1〕。
2.2 Unitrol 5000励磁调节器事故方式下是否逆变灭磁问题的探讨
自并励励磁系统通常采用逆变灭磁加直流开关灭磁的方式，逆变灭磁时使整流装置的控制角 α790°，整流装置出现负电压，发电机转子绕组中的电磁能量反馈 回电源系统中。逆变角越大负值 也越大，灭磁速度越快，但α角加整流装置的换弧角应＜180°，以防止逆变失败。励磁 变压器电抗较小，换弧角在强励电流时一般＜30°，因此逆变角α可采用140°～150°。
自并励励磁逆变灭磁时励磁电压下降，发电机端电压也随之下降。电源电压的下降使逆变速 度也相应降低，因此一般在逆变一段时间后跳开灭磁开关，以加快后期的灭磁速度，并保证 可靠灭磁。
通过对软件逻辑图的分析，ABB Unitrol 5000励磁调节器正常停机时，DCS向励磁调节器发 送FCB[CD#*4]OFF指令，励磁退出，并进行逆变，经过一定的延时闭锁触发脉冲，然后跳灭 磁开关，属于软硬件在时间上配合的问题。根据各个电厂实际参数设置的不一样，有所不同 。
ABB UNITROL5000 静止励磁系统在事故灭磁时各措施的时序配合：
外部或内部保护动作，同时作用于磁场开关跳闸、跨接器导通和降低整流电压（根据开关位 置采用切除脉冲或逆变的方法）。在AVR正常时，整流电压可保证在10ms内从强励顶值电压 降到0再继续降低到负值，跨接器在约20ms内由保护命令直接动作，使跨接器处于准触发状 态，而磁场开关主触头在约90ms的时间内动作（不同的开关有不同的固有动作时间，但均在 跨接器动作后完成），建立弧压，跨接器导通，灭磁开始。这些配合无需由软件完成，而是 靠器件和部件的固有延时实现的。当然，即使AVR失控，使整流电压升高到一定水平，磁场 开关亦应在跨接器和灭磁电阻的配合下断开磁场电流〔2〕。
3 结束语
通过对内蒙古国华准格尔发电厂＃3、4发电机Unitriol 5000励磁调节器跨接器灭磁系统的 分析，Unitrol 5000励磁调节器在正常停机时，采用先逆变、再闭锁触发脉冲，最后跳灭磁 开关的方式正常灭磁；在事故情况下，Unitrol 5000励磁调节器是直接跳灭磁开关来进行灭 磁，不会增长事故情况下发电机灭磁的时间。
根据分析，对Unitrol 5000励磁调节器截止触发脉冲的情况也总结出以下三点：①逆变后如果不跳灭磁开关，延时60s，截止触发脉冲；②如果设置的是逆变后立刻跳灭磁开关，灭磁开关常闭接点直接截止脉冲。就不需要再 等逆变延时60s。③灭磁开关在交流测时，309设置发FCB分闸令的时候就可截止触发脉冲，有利交流侧灭 弧。
具体灭磁过程，各个电厂参数设置不一样，灭磁方式也有所不同，但该型励磁调节器的灭磁 工作原理大同小异。
内蒙古岱海发电厂引进的原装Unitrol 5000励磁调节器与内蒙古国华准格尔发电厂引进的Un itrol 5000励磁调节器系统一样，版本不同，可以肯定，造成励磁调节器失控误强励，烧毁 功率整流柜事故的直接原因不是过励磁跳闸不逆变造成，具体原因还有待应进一步的研究分 析。
［参考文献］
［1］ 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用［M］.北京：中国电力出版社，2 002.[ZK)]
［2］ 周年专刊.中国励磁专业网站，2006.