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电气开兴〉(2013.No.5
文章编号;1004-289X(2013)05-007-04
励磁调节器整流桥结构配置可靠性分析
唐诚
(中科华核电技术研究院有展公司,深圳518124)
摘要:针对不同冗余配置的励磁调节器,提出可能存在单臂短路时故障扩大的风险,通过短路电流计算、可控硅
导通特性和快速嫆断器特性分析,得出不同配置的励蔽调节器发生该故障的几率。
关键词:励磁系;短路;整流桥;结构;可靠性
中图分类号:TM76
文献标识码:B
Reliability analysis of AVR Structure Configuration for Large
Capacity Generator with Brushless Excitation
T'ANG Cheng
(China Nuclear Power Technology Research Institute Co. Ltd, Shenzhen 518124, China)
Abstract: This paper introduces kinds of regulator with different redundant configuration, and presents the risk of AVR
fully fault down if there is short circuit in one of the rectifier bridges. After calculating the Short-circuit current as well
as analyzing the characteristic of bridge and fast fuse, the fault possibility of A VRS with different configuration are presen
ted in this paper
Key words: excitation system; sho u ifer bridge structur; reliability
不同冗余配置的励磁调节器,在发生整流桥单臂
1概述及问题
短路时故障,因快速熔凘器错误熔断而造成故障扩大
同步发电机励磁控制系统在合理分配无功功率、的风险也不同。本文将从硬件冗余配置角度,对该
提高电力系统运行稳定性等方面起着十分重要的作故障模式下发生故障扩大风险进行分析。
用。励磁调节器作为励磁控制系统的控制核心,其工
作稳定性和可靠性对同步发电机乃至整个电力系统来
2故障模式分析
说,都是十分重要的。可靠性也称为励磁调节器中最2.1多桥并联运行时单桥短路故障扩大
重要的指标,因此,国内外对于大型发电机励磁调节器
A桥lcc
B桥
均采用双重冗余设计。
对于无刷励磁调节器来说,不同冗余配置大致可
分为如下几种:
(1)主备配置模式:以ABB、 ALSTOM、 SIEMENS
为代表,正常只有一个通道运行,另一个通道热备用
(整流桥处于冷备用状态),当运行通道故障时自动切
换到备用通道;
(2)调节器主备配置、整流桥并列运行:三菱和南
瑞电控采用该模式,正常时只有一套调节卡件运行,另
图1双桥并联运行时短路故障扩大风险示意图
一套处于热备用,整流桥并列运行。一个卡件故障时
两个可控硅整流桥并列运行的电路图如图1所
自动切换到相应备用卡件(或备用通道)。
假定A、B两个桥并联运行且A桥C+臂的晶管
史气开美〉(2013.No.5
发生短路故障,下一个应该被触发导通的臂是A+,则流计算2l。
当2个桥的A+被导通时,A、C相短路。故障的A桥
C+臂流过全部的lc,故障相的短路电流由A、B两个
柜的A+支臂供给,这样,B柜正常A+支臂的加热功
率约为故障C+臂的1/4,可能已超过熔断器的熔断安
秒极限,有可能与故障C臂的熔断器一起熔断,监视
逻辑得到报警后,将按照规定逻辑闭锁所有发岀熔断
器熔断信号的整流桥的触发脉冲,励磁跳,元余失败。
同理,对于三桥并联运行时某桥一臂出现击穿短
路故障是,故障攴臂的短路电流由三个整流桥共同提
供,这时,正常支臂流过的电流为1/3/c,其加热功率
(a)计算电路
只有故障支臂的1/9,熔断器熔断几率较小。
突然导通
2.2双桥主备运行时单桥短路故障扩大
假设运行整流桥C+臂出现短路故障,在下一1
触发脉冲发生后,运行整流桥的A+臂将和C+臂形
成相间短路,如图2中①所示。
, Esin wt
b址c+
(b)等效电路
图3一臂击穿短路电流计算
FB
第一阶段,:0≤B
这一阶段相当于A、C两相短路,其过程可用下式
表
?2双桥主备运行时短路故障扩大风险示意图
41R+L,+ら5R+∠S。=e
正常时,该短路电流将足以使两只通过短路电流
dt
的支臂熔断器快速熔断来切除故障(如图2中Fa和
因1==i,可得
Fc)。但实际上,也可能发生只熔断一只熔断器的情
R+L
x√2 Esinut
况,这种概率是存在的。如果图2中熔断器Fa熔断,
而Fc没有熔断,则短路故障依然存在。在整流桥切换
式中:E为相电势有效值。
后,备用桥导通支臂与故障桥短路支臂间将流过相间短
上式等效于将正弦电势2x2Esim突然加到
路电流,如图2中②所示。这样就有可能导致备用桥相
应短路支臂熔断器嫆断,从而导致双桥退出乃至跳机。
L、R电路的过渡过程,其等效电路图如图3(b),其电
对于上述微机励磁调节器来说,不管其整流通道
流可分解为周期分量和非周期分量n,即
是并列运行还是主备运行方式,均存在単整流桥短路
sin ( at-9
时引起相邠整流器或备用整流桥同吋故障的可能。
其中,
3理论计算与分析
2Z
为短路电流周期分量幅值;
3.1三相整流桥一臂击穿时短路电流
Z=V(wL)2+R2,为回路等效阻抗;
如图3(a),设正当第5管向第1管换流时,第5
A为积分常数,由初始条件决定
管被击穿(永久性导通)。取这时o=0,各相电势波
设桥臂击穿是在桥空载情况下发生,即当な=0,
形及各管导通情况如图,下面分两个阶段讨论短路电=0,由此初始条件可求出A,即