发电机灭磁非线性电阻的维护和试验

发电机灭磁非线性电阻的维护和试验

乌江渡发电厂周正科

1 概述

氧化锌非线性电阻与直流灭磁开关组合而成的灭磁及过电压保护方式，广泛应用于大中型同步发电机转子保护，其特点是灭磁快速，性能稳定，维护方便。

实际应用中，非线性电阻既要长期承受运行中的正常励磁电压，还要承受开关灭磁时来自转子绕组的能量和过电压冲击。两种情况都会使得氧化锌阀片发生老化，直接影响发电机安全运行。如何保证非线性电阻的可靠性，是维护和试验人员需要关注的问题。

2 维护

乌江渡发电厂发电机非线性电阻FLR柜内布置情况为：23组抽屉式非线性电阻并联后，串接一组反向二极管，再通过电缆并接于灭磁开关励磁绕组侧。每组抽屉式非线性电阻均由3片叠装的高能氧化锌阀片和一个均流电阻的串接单元并联组成，每组并有四个单元。整体布置图如下：

由于厂家设计安装非线性电阻时不尽合理，导致每年梅雨季节厂房内潮气严重时，非线性电阻内氧化锌阀片两端的金属极板通过带绝缘套管的固定螺杆对连接盘柜的金属面板产生泄漏，该泄漏电流大小与绝缘套管的污秽和受潮程度有关。每组非线性电阻有两根螺杆对盘柜形成泄漏通路，23组非线性电阻产生的泄漏电流相加影响，造成运行中转子对地绝缘下降明显。今年6月23日#1机运行中发“转子一点接地”信号，后停机检查发现为非线性电阻60FR整体受潮，固定螺杆上的绝缘套管泄漏电流增大，使转子回路绝缘下降至0.03M Ω，经过在盘柜底部加碘钨灯烘烤3小时，绝缘升至0.88 MΩ。其他机组同期也普遍存在该现象，而临时烘烤不能消除隐患，电气人员分析后决定在机组检修时彻底解决这一问题。

在#1机组大修期间，对非线性电阻进行了小改造。通过扩孔断绝了原固定螺杆与金属连接板的电气接触，金属连接板上另重新打孔固定。改造图片如上图。这一简单的改造效果明显，用2500V兆欧表测量非线性电阻正负极对外壳（金属面板）绝缘较之改造前有明显

编号

改造前（GΩ）改造后（GΩ）

正极对壳负极对壳正极对壳负极对壳

2－1 1.2 3.6 42 39

2－2 1.9 4.2 36 61

2－3 1.8 4.2 52 56

盘柜整体0.321 0.426 18.1 19.2 上表数据是在试验室环境相对干燥（湿度小于35％）的情况下测试，可以看出，非线性电阻FLR柜整体对地绝缘已经有了改善。实际运行记录中现场环境湿度可能在数周时间内长期超过60％。以今年6月23日测试数据为例，当天巡视人员发现#1机转子绝缘在线监测数据下降至0.5 MΩ以下，后来瞬时发“转子一点接地”信号。停机并解开非线性电阻柜的连接电缆后测试，盘柜整体正负极绝缘均不足0.05 MΩ，而转子本体绝缘尚有0.9 MΩ。

由于试验室难以完全模拟潮湿运行环境，非线性电阻改造后整个转子回路的绝缘性能的提升还有待长期运行监视数据的证实。

3 试验

高能氧化锌阀片是以氧化锌为主成分，少量掺入其他混合氧化物，通过高温烧制而成的半导体器件。其外形为圆饼型，端面为金属电极，侧面为绝缘釉体。由于单片的氧化锌能吸收的能量有限（约20千焦耳），通常采用数量较大的氧化锌阀片以串并联进行组合，方能承受大中型同步发电机转子储存的能量。通过合理的配置方式，希望各个氧化锌阀片能短时间内均匀分配发电机灭磁时释放的上百万焦耳的能量。假设有单只阀片承受不住能量冲击短路击穿，则该片所在串联支路极易随之击穿，进而扩大短路事故，燃起高温电弧烧毁设备。出于这方面的防范考虑，通常采用在支路上加熔断器等保护手段。

在机组检修中，应注意对氧化锌非线性电阻的试验，除了检查均流电阻值和熔断器的好坏，还应重点测试其压敏电压和泄漏电流。电力行业标准DL/T 489-2006《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程》中要求：对于高能氧化锌压敏电阻元件，交接试验中应逐支路测试记录元件压敏电压U10mA。测试元件泄漏电流，对元件施加0.5倍U10mA直流

电流时其泄漏电流应小于100uA，定期检验时按同样标准检测元件泄漏电流。A、B修时，测定元件压敏电压，在同样外部条件下与初始值比较，压敏电压变化率大于10％应视元件为老化失效。当失效元件数量大于整体元件数量的20％应更换整个非线性电阻。

以#1机组大修试验为例，采用安徽凯立公司的KL-ZL型氧化锌阀片直流参数测试仪测

从试验数据可见，编号为1-3和3-1的两组非线性电阻中各支路的阀片参数特性正常，压敏电压较为平均，泄漏电流也合格。而编号4-1的非线性电阻中第4支路，其压敏电压和泄漏电流均有较大差异。翻阅初始数据，其压敏电压U10mA为：1047V ，泄漏电流I0.5U10mA 为16μA，该压敏电压变化率已经大于10％，且泄漏电流增大趋势明显，判断元件老化失效应该更换。

4总结

发电机正常励磁时，氧化锌非线性电阻处于高阻截止的状态，耗能基本可以忽略。当发生过电压或事故灭磁时，阀片处于导通，转子电压变化受到抑制基本被限制于一个定值，但阀片电流会随工况变化而变化，从而起到限制过电压发展和消耗多余磁场能量的作用。可见，非线性电阻作为灭磁系统的重要部件，对同步发电机来说非常重要。作为电气人员，更应做好维护保养工作，并定期严格试验。