關(guān)于拉西瓦發(fā)電機滅磁裝置的性能保證

1、關(guān)于拉西瓦發(fā)電機滅磁裝置的性能保證值和型式試驗報告存在偏差和缺項的意見和建議 設(shè)計監(jiān)理部專家組 編寫：陳福山 審查：馬亦僑 2007年6月30日 黃河拉西瓦水電站發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及其附屬設(shè)備招標(biāo)于2006年9月在西寧開標(biāo)評標(biāo)，2007年1月在西寧召開合同談判會，3月在廣東召開第一次設(shè)計聯(lián)絡(luò)會，4月在深圳召開滅磁電阻SiC研討會；拉西瓦發(fā)電機勵磁裝置合同的供貨方是：廣州電器科學(xué)研究院，供貨技術(shù)及主要元器件來自瑞士ABB、SECHERON和英國M&I，本文以下簡稱他們?yōu)橘u方；我們在上述各階段會上和會下，對賣方提供的拉西瓦發(fā)電機滅磁裝置性能保證值和型式試驗報告中部分參數(shù)存在與實際不吻合的偏差和

2、缺項問題，曾多次提出意見和質(zhì)詢，但是賣方至今尚未能作全部明確答復(fù)，現(xiàn)在在下作匯總小結(jié)，對其后果作分析評述，并提出處理建議（一）六項偏差1. HPB45M-82S型磁場斷路器的額定最大斷流弧壓的性能保證值賣方在投標(biāo)書上是：4000V，我們一再提出：根據(jù)投標(biāo)書中的型式試驗報告、國內(nèi)實測資料和岱海事故錄波及調(diào)查報告分析，對拉西瓦發(fā)電機嚴(yán)重事故斷流滅磁參數(shù)來說，只有26003000V，移能滅磁斷流的安全裕度是較差的。通過討論，在2007年1月12日西寧拉西瓦發(fā)電機勵磁系統(tǒng)合同談判會上，賣方確認(rèn)：1). 對拉西瓦工程，HPB45M-82S型磁場斷路器的最大斷流弧壓性能保證值，從4000V，降低到“保證不

3、低于2800V” 1； 2). 對于在2006年1月內(nèi)蒙岱海一臺600MW巨型汽輪發(fā)電機從ABB成套引進(jìn)勵磁系統(tǒng)，在發(fā)電聯(lián)網(wǎng)運行作PSS試驗中發(fā)生嚴(yán)重失控誤強勵滅磁事故，暴露出HPB60M-81S型磁場斷路器存在：“最大斷流弧壓過低，不能確保在勵磁系統(tǒng)失控誤強勵事故中，獨立把誤強勵勵磁電流切斷轉(zhuǎn)移到SiC非線性滅磁電阻中去的嚴(yán)重缺陷”,上海ABB代表在2007年1月拉西瓦勵磁合同談判會上回答我們的質(zhì)詢時明確表態(tài)說：“ABB已經(jīng)確定：將于近期通過逐臺更換磁場斷路器滅弧柵的技術(shù)措施，將國內(nèi)眾多600MW巨型發(fā)電機勵磁系統(tǒng)配套的HPB60M-81S型磁場斷路器，都逐臺更換成HPB60M-82S型磁場

4、斷路器，以保證提高最大斷流弧壓，防止再次發(fā)生類似上述2006年出現(xiàn)過的600MW機組嚴(yán)重滅磁事故?！?22. 最嚴(yán)重工況下滅磁時，SiC非線性滅磁電阻并聯(lián)支路均能均流系數(shù)的性能保證值賣方在投標(biāo)書和合同上是：0.9。 我們一再提出這個數(shù)據(jù)缺少事實依據(jù)，實測值均低于它：1).根據(jù)投標(biāo)書中外商提供的型式試驗報告資料計算分析，只有0.813；2).由同一個外商英國制造生產(chǎn)供貨的為三峽機組配套的SiC非線性滅磁電阻并聯(lián)支路的均能均流系數(shù)，在國內(nèi)實測，只有0.760.795；3). 2007年4月25日在深圳我們直接與生產(chǎn)SiC組件的外商英國M&I公司專題研討會簽署的會議紀(jì)要上明確：“關(guān)于SiC滅

5、磁電阻的均能均流系數(shù)的問題，外商承諾回去后做工作，進(jìn)行復(fù)核后于8月15日之前答復(fù)?！?13. SiC 非線性滅磁電阻在滅磁過程允許最大溫度值性能保證值賣方在投標(biāo)書和合同上是：“允許最大溫升145環(huán)境溫度40=185 ”。我們在評標(biāo)時就曾指出：這數(shù)值比英國M&I 公司于2003年7月15日向三峽工程設(shè)計院機電處總工易先舉的傳真答復(fù)：允許最大溫度值=允許最大溫升130環(huán)境溫度25=155，大得多，有很大疑問？賣方在答疑中沒有回答。一直到2007年3月28日廣東陽江召開的拉西瓦勵磁系統(tǒng)第一次設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上簽署的會議紀(jì)要上，賣方才承認(rèn)：“滅磁電阻SiC性能參數(shù)中的環(huán)境溫度由原來的40修正為25。

6、”也就是說：SiC的允許最大溫度從原來的14540=185，修正下降到14525=170。6但是再到2007年4月25日，在廣東深圳召開的與英國M&I公司就拉西瓦水電站勵磁系統(tǒng)SiC滅磁電阻專題研討會會議紀(jì)要上，英國M&I公司把SiC的允許最大溫度值再次降低，從上述的170修正下降到160。4 4. SiC非線性滅磁電阻的電壓溫度系數(shù)的性能保證值賣方在投標(biāo)書上是：0.12%/。我們在評標(biāo)時就已經(jīng)指出：直接生產(chǎn)SiC的外商在三峽工程和拉西瓦投標(biāo)文件中提出的SiC樣本上是：“在0100的范圍內(nèi)是0.12%/”，因而賣方在上述投標(biāo)書中提出的性能保證值0.12%/，顯然是錯誤的。200

7、7年1月合同談判會上，賣方才確認(rèn)投標(biāo)書上寫上“0.12%/”，是筆誤，要求更正為“0.12%/”。當(dāng)時買方認(rèn)為：評標(biāo)時賣方是根據(jù)提出的這些性能保證值參數(shù)比較好才中標(biāo)，現(xiàn)在中標(biāo)以后又要提出修正性能保證值，這是不允許的，要求賣方正式向買方提出修正 SiC非線性滅磁電阻的電壓溫度系數(shù)的性能保證值 的申請報告。12當(dāng)時我們還向賣方質(zhì)詢：投標(biāo)書中性能保證值中明確：賣方提出SiC允許最大溫度范圍是0185，賣方在樣本中沒有說明100185工作范圍的電壓溫度系數(shù)是多少？對買方當(dāng)時的質(zhì)詢，賣方也沒有回答。在2007年3月28日廣東陽江召開的拉西瓦勵磁系統(tǒng)第一次設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上簽署的會議紀(jì)要上，賣方回答前買方的質(zhì)詢

8、，只承認(rèn)：“在0100的范圍內(nèi)是0.12%/?！蓖瑫r承諾：“會議決定賣方近期將在國內(nèi)組織英國M&I公司、買方、設(shè)計院及有關(guān)專家就拉西瓦水電站勵磁系統(tǒng)滅磁電阻有關(guān)技術(shù)參數(shù)做進(jìn)一步確認(rèn)?！?6我們在上述幾次會上，曾多次指出：根據(jù)賣方在投標(biāo)時提供的SiC組件的吸收大、小能量，導(dǎo)致溫升有高、低的兩條不同的伏安特性曲線及其計算表達(dá)式，經(jīng)計算分析：SiC的電壓溫度系數(shù)是：0.423%/，比0.12%/差得更大。3同時還指出：2006年國內(nèi)對三峽機組的SiC的電壓溫度系數(shù)實測是0.472%/；3從1989年在美國召開的世界研究生產(chǎn)ZnO二十周年紀(jì)念學(xué)術(shù)會上發(fā)表的論文上查到的SiC的電壓溫度系數(shù)是：0

9、.5%/。都比0.12%/差得更大。3 在2007年4月25日在深圳召開的SiC的專題研討會會議紀(jì)要簽署中，賣方明確表示：“關(guān)于SiC滅磁電阻電壓溫度系數(shù)的問題，英國M&I公司承諾回去后做工作，進(jìn)行復(fù)核后于8月15日之前答復(fù)?！?45. 對于賣方提出的SiC型式試驗報告內(nèi)容我們再次指出：SiC型式試驗報告存在如下重大缺項，應(yīng)于補作 ：7 1） 對于600A/US16/P型SiC組件能量沖擊型式試驗的最大能量值，只作到770kJ，僅為性能保證值-最大工作能容量1000 kJ的77%；賣方應(yīng)補作1000 kJ（按ABB的資料HIER464797-E01，單個組件應(yīng)補作到1100 kJ）能量

10、沖擊的型式試驗； 2）對一個組件16片SiC片并聯(lián)接線在能量沖擊型式試驗中測溫，只測錄和提供了4片SiC（第1、3、6片和溫升最大片）的溫度；” 賣方應(yīng)在上述 1）項要求補作的型式試驗中，測錄和提供全部16片SiC的溫度值，以及按招標(biāo)文件要求，可以據(jù)此計算出16片SiC并聯(lián)接線在能量沖擊型式試驗中的均能系數(shù)； 3）因為賣方為拉西瓦發(fā)電機配置的整套滅磁電阻是采用12個600A/US16/P型SiC組件以6并2串接線接入，所以賣方應(yīng)補作對12個600A/US16/P型SiC組件以6并2串接線組成一臺700MW發(fā)電機整套滅磁電阻的能量沖擊型式試驗，用以求出6并2串接線中SiC組件的均能系數(shù)；如果賣方

11、試驗設(shè)備容量限制，不能做到12MJ的能量沖擊型式試驗，則可以以賣方試驗設(shè)備允許的最大工作能容量和最大工作電流為試驗參數(shù)的條件，作能量沖擊型式試驗、測錄SiC溫度和計算出整套串并聯(lián)組件的均能系數(shù) 。再把這樣作的試驗測錄數(shù)據(jù)與上述1)項補作的對單個組件作最大工作能容量沖擊的型式試驗數(shù)據(jù)作對比分析，并據(jù)此作出推論向買方提供：為發(fā)電機配置的整套滅磁電阻串并聯(lián)組件的均能系數(shù)近似值。6. 單片SiC滅磁電阻的最大允許電壓為6000V 這是英國M&I公司代表于2007年4月25日在深訓(xùn)SiC研討會上提出并在會議紀(jì)要上確認(rèn)的單片SiC滅磁電阻的最大允許電壓值參數(shù)。4我們把它與英國M&I公司提供

12、的樣本8第6頁，設(shè)計選型指導(dǎo)實例計算表（6）中的說明：“要檢查SiC片子承受的電壓梯度 VPROT/(SiC片子厚度)，是否超過250V/mm。這個數(shù)值是防止任何可能發(fā)生飛弧所需要的安全水平?！睂Ρ龋l(fā)現(xiàn)有如下矛盾：賣方提出向拉西瓦發(fā)電機供貨的SiC片子厚度是15mm，則單片最大允許電壓為：( 250V/mm)×15mm = 3750V 。3750V遠(yuǎn)低于上述“6000V”的數(shù)值。所以賣方應(yīng)重新校核確認(rèn)單片SiC滅磁電阻的最大允許電壓值究竟是何值？并向買方說明通過什么試驗予以認(rèn)定的？（二）對偏差后果的分析: 從上述可見：賣方對滅磁裝置提出的6項重要技術(shù)參數(shù)和型式試驗報告的性能保證值存

13、在較大誤差和缺項，現(xiàn)在分析它的影響后果并提出處理建議：1. HPB45M-82S型磁場斷路器的額定最大斷流弧壓性能保證值，從4000V下降到2800V誤差為(4000-2800)/2800=43%的后果分析1) 理論計算分析· ABB為拉西瓦發(fā)電機做的滅磁裝置選型計算9(注：采用ABB技術(shù)的廣科院選型計算與ABB完全相同): “ 在ABB文件號ATPE91663 C63 5.6 節(jié) 發(fā)電機空載過壓保護(hù)動作滅磁時磁場斷路器弧壓驗算 摘錄： 磁場斷路器斷口弧壓UDCarc應(yīng)大于等于磁場斷路器斷開時滅磁電阻上出現(xiàn)的最高滅磁電壓URPL和勵磁整流裝置輸出的勵磁電源電壓UEL的代數(shù)和。即： U

14、DCarc URPL UEL (1) UEL =1.35·(U20*1.305)COS10°-(3/·Xtot2rtot)IPL·(U202)/SnU（2） =1323VURPL=CIinit (3) =30.47(IR)0.4 =1208V UDCarc URPL UEL=12081323=2531V HPB45M-82S斷路器的弧壓為4000V，高于2531V?！?· 我們對上述ABB 5.6節(jié)計算數(shù)據(jù)作如下計算分析： 磁場斷路器斷口弧壓UDCarc的安全裕度系數(shù)K的計算式為：K=UDCarc÷(URPL UEL) （4） =40

15、00÷（12081323）=1.58 · 但是ABB在上述文件的4.8 節(jié) 發(fā)電機空載過壓保護(hù)動作滅磁瞬間計算中提供數(shù)據(jù)就與前述5.6節(jié) 不同。 發(fā)電機空載過電壓值 5.6 節(jié)是選用1.305倍，4.8節(jié)是選用1.5倍。會上上海ABB代表己經(jīng)確認(rèn)：對于滅磁裝置設(shè)計選型，應(yīng)考慮發(fā)電機發(fā)生最嚴(yán)重事故時滅磁裝置仍要保證安全滅磁；所以發(fā)電機空載過電壓值應(yīng)選用1.5倍，不是1.305倍。(注：2006年1月岱海600MW發(fā)生嚴(yán)重誤強勵滅磁事故，己經(jīng)證實這一點) 1215因此，勵磁整流裝置輸出的勵磁電源電壓UEL應(yīng)按4.8節(jié)計算式計算，是： UEL =1.35·(U20*1.

16、5)COS10°-(3/ ·Xtot 2rtot)IPL·(U202)/SnU （5） =1518V 現(xiàn)在我們再按4.8節(jié)數(shù)據(jù)作修正計算分析磁場斷路器斷口弧壓UDCar安全裕度系數(shù)K: 因為 UDCarc URPL UEL=12081518=2726V 所以磁場斷路器斷口弧壓UDCar安全裕度系數(shù)已從K=1.58下降到 K=4000÷2726=1.45· 因為上海ABB代表在2007年1月西寧拉西瓦勵磁合同談判會上己把性能保證值 磁場斷路器斷口弧壓UDCar從 4000V 下降到 2800V，所以我們據(jù)此再次修正計算分析,磁場斷路器斷口弧壓UD

17、Car的安全裕度系數(shù)K 已經(jīng)下降到： K=2800÷2726=1.027· 現(xiàn)在還要指出：ABB在文件5.6中對滅磁電阻電壓是選用SiC組件2串5并溫度最高電壓最小的伏安特性計算式 URPL=CIinit=30.47(IR)0.4=1208V當(dāng)時，我們就提出質(zhì)詢：最嚴(yán)重事故滅磁剛開始時，SiC剛接通 電阻剛通電流尚未發(fā)熱，為了保證斷路器在斷流初瞬，就有足夠高的弧壓，把轉(zhuǎn)子勵磁電流全部立即從斷口轉(zhuǎn)移到SiC滅磁電阻中去，單個組件應(yīng)該采用SiC的溫度較低電壓最高的伏安特性計算式，即選用URPL=C Iinit=42.03(IR)0.4=1666V 即應(yīng)按SiC組件2串5并計算，

18、最大計算式（C為42.03）， URPL=1666V，來計算；不應(yīng)該采用最小計算式(C為30.47) URPL=CIinit=30.47(IR)0.4=1208V來計算。賣方當(dāng)時和至今未作回答,所以現(xiàn)在不好作定論。但是我們現(xiàn)在至少可以作補充計算，來探討分析其影響：ABB采用前者URPL=CIinit=30.47(IR)0.4，因為30.47÷42.02=72.5%，也就是意味著：斷流滅磁初瞬時間里，與最大滅磁電壓72.5%相當(dāng)?shù)膭畲烹娏?，能夠立即轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中去，其余與最大滅磁電壓27.5%相當(dāng)?shù)膭畲烹娏魅粤粼跀嗫陔娀≈?，這樣將導(dǎo)致增加磁場斷路器弧觸頭的燒損，這是不允許的。這也就是

19、說如按最大計算式計算，斷流弧壓的安全裕度系數(shù)還要降低：URPL=CIinit=42.02(IR)0.4=1666V K=2800÷（16661518）=0.88 對于拉西瓦700MW巨型機組發(fā)電機發(fā)生空載誤強勵過電壓這樣嚴(yán)重事故條件下，磁場斷路器獨立滅磁時，它的斷口弧壓UDCarc的安全裕度系數(shù)K，即使按照ABB計算，也只有1.027。顯然是偏低了。而且如果考慮滅磁初瞬期間，電阻尚未發(fā)熱，電阻電壓尚未下降，其安全裕度系數(shù)K將降低到0.88，其后果是滅磁初瞬，磁場斷路器中部分電流可轉(zhuǎn)移到SiC中去，還有一部分電流滯留在滅弧柵中，增加燒損！· 再作進(jìn)一步計算分析：ABB在上述1

20、)計算中采用勵磁整流裝置輸出勵磁電源電壓UEL的計算式是考慮勵磁調(diào)節(jié)器尚未完全失控的條件，計算采用勵磁整流裝置輸出直流平均電壓值UEL： UEL =1.35·(U20*1.5)COS10°-(3/ ·Xtot 2rtot)IPL·(U202)/SnU=1518V我們認(rèn)為：為了確保在發(fā)生勵磁調(diào)節(jié)器完全失控勵磁整流裝置輸出勵磁電源電壓峰值瞬時值的條件下，磁場斷路器的斷流弧壓值也足夠高，UEL應(yīng)該采用峰值。所以： UEL =1.414·(U20*1.5) (6) = 1.414·(814*1.5)=1727V我們認(rèn)為對磁場斷路器的斷流弧壓值

21、，宜采用比較更加保守和更加可靠的算法，為： UDCarc URPL UEL=16661727=3393V 如此磁場斷路器斷口弧壓UDCar的安全裕度系數(shù)K，在滅磁初瞬前期已經(jīng)從1.027下降到： K= UDCarc ÷(URPL UEL )=2800÷3393=0.83· 所以理論計算分析結(jié)論是：磁場斷路器在嚴(yán)重事故滅磁這種參數(shù)條件下獨立工作時，是處于安全裕度較低的邊緣狀態(tài)甚至不到1.0的不安全狀態(tài)，有可能在滅磁初瞬只能把部分事故勵磁電流轉(zhuǎn)移到SiC滅磁電阻中去，磁場斷路器滅弧柵將可能因為還有一部分剩余勵磁電流繼續(xù)燃弧而燒損。2) 型式試驗和試驗室實測：現(xiàn)將瑞士S

22、cheron公司對HPB提供的型式試驗報告和產(chǎn)品說明書10和合肥科聚公司曾做過HPB60-82S斷流弧壓檢測11所提供數(shù)據(jù)綜合歸納成下表： 來源試驗項目回路L(H)/R（）或(s)值切斷電流峰值Îd (kA) 斷口最大弧壓值Ùd(kV) 錄波圖型式報告2HPB45-82電氣壽命試驗12.6ms180次，間隔2min4.63-4.77kA2.69-3.36kV4.1.2HPB45/60-81/82短路試驗110/13.1ms3次,間隔2min50.6-61.2/46.2-53.0 kA2.40-2.48/3.83-3.89 kV4.2.1和4.2.3HPB60-82短路試驗2

23、13.1/99ms3次間隔2min46.2-53.0/9.39.8 kA3.83-3.89/3.093.44 kV4.2.3和4.2.4.1 HPB60-82短路試驗3 電阻性3次間隔2min73.284.0 kA 2.732.78 kV(1)4.2.4.2HPB60-82短路電氣壽命試驗電阻性10次間隔2min69.584.2 kA2.642.98 kV(1)4.2.4.3合肥弧壓試驗3HPB60-82弧壓試驗10.3H/0.13s0.4kA 0.8kV (2)之1HPB60-82弧壓試驗20.3H/0.13s0.8kA 2.5kV (2)之2HPB60-82弧壓試驗30.3H/0.13s0

24、.9kA 2.7kV(2)之3HPB60-82弧壓試驗40.89H/0.1 8.9S0.45kA 2.6kV (2)之4 從HPB45-82S型磁場斷路器的82型滅弧柵只有60個短弧間隙數(shù)、上表試驗數(shù)據(jù)、再結(jié)合拉西瓦發(fā)電機誤強勵勵磁電流值只有9.894A，綜合分析可見：賣方提供拉西瓦發(fā)電機滅磁的磁場斷路器斷流弧壓的性能保證值，投標(biāo)書上的4000V是不附合實際的，2007年1月合同談判會上下降到2800V，才是基本符合實際的。3) 己發(fā)生的發(fā)電機運行、試驗事故：· 2006年1月1日內(nèi)蒙岱海電廠笫二臺發(fā)電機(2號機600MW機)，在已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電500MW，準(zhǔn)備作PSS試驗期間，發(fā)生從A

25、BB成套引進(jìn)的勵磁裝置失控誤強勵滅磁事故擴大化，燒毀整套勵磁柜的嚴(yán)重事故。事故中，勵磁電流升到3.13倍額定勵磁電流（12960A=3.13×4145A），保護(hù)動作跳閘滅磁，發(fā)電機機端電壓己經(jīng)升到1.51倍。1215因為勵磁變壓器二次側(cè)額定電壓為890V，所以勵磁調(diào)節(jié)器失控誤強勵事故時經(jīng)可控硅整流橋輸出電壓峰值UEL為：UEL =1.51×1.414×890=1900V岱海電廠2號機磁場斷路器型號是：HPB60-81S，ABB原來提出它的斷流弧壓是2500V。HPB60-81S在這次事故滅磁中是被繼電保護(hù)啟動動作斷流拉弧了，但是電廠錄波圖中反映：它在斷流拉弧600

26、ms中，它的斷流弧壓沒能使磁場繞組電壓反向，更不能使勵磁電流快速轉(zhuǎn)移到SiC滅磁電阻中去。這說明：HPB60-81S在這樣事故電路條件下的斷流弧壓是<1900V，而不是ABB所提供的型式試驗報告和產(chǎn)品說明書中所標(biāo)明的：“最大斷流弧壓： HPB60-81S是2500V，HPB60-82S是4000V ”。所以在2007年1月西寧召開的拉西瓦勵磁合同談判會上，上海ABB代表己經(jīng)確認(rèn)把HPB45-82S斷流弧壓值從4000V下降到“保證不低于2800V ”。而且同時還說明：ABB己經(jīng)決定把過去為中國眾多600MW汽輪發(fā)電機滅磁裝置配置的HPB60-81S型磁場斷路器，通過逐臺更換滅弧柵的方法都

27、改造成HPB60-82S型磁場斷路器，藉以提高斷流弧壓值，防止再度出現(xiàn)類似岱海2號機滅磁事故擴大化的事故?，F(xiàn)在計算分析岱海磁場斷路器斷流弧壓在獨立滅磁條件下的安全裕度系數(shù)K：600A/US 16/P/Spec6298型SiC單組件最大伏安特性計算式是U=40I0.4，SiC組件串并聯(lián)組合計算式取 C(n串m并)=C(單組)×(n×1/m)19 (7) 系數(shù)C從40變?yōu)?40×1)/50.4=21 ，則計算式變?yōu)?U=21I0.4 因為實測誤強勵電流是： 12960A ，所以 URPL=21×129600.4=927V因為 UE L =1.414·

28、;(U20×1.51)= 1.414·(890×1.51)=1900V所以：對于HPB60-81S型磁場斷路器斷流弧壓在獨立滅磁條件下的安全裕度系數(shù)，K= (<1900)÷(1900+927)= <0.67 。計算結(jié)果證明：在岱海2號機誤強勵事故中，HPB60-81S型磁場斷路器弧壓過低，是它獨立斷流滅磁時，不能使轉(zhuǎn)子繞組電壓立即從正極性反轉(zhuǎn)，不能把磁場斷路器滅弧柵中的電流立即向SiC滅磁電阻中轉(zhuǎn)移，以致燒毀整套勵磁盤的最根本的一個原因，顯然是不安全的。對于HPB60-82S，K= (2800)÷(1900+927)= (0.99

29、)，證明它可以使轉(zhuǎn)子繞組電壓極性反轉(zhuǎn)，并向SiC轉(zhuǎn)移大部分電流，但安全裕度系數(shù)為0.99，較低,處于邊緣狀態(tài)，要比上述HPB60-81S K=（0.67）方案是好一些。· 對于“在事故滅磁初瞬，采用切除可控硅移相觸發(fā)脈沖，藉以把勵磁變壓器二次側(cè)的交流電壓疊加到轉(zhuǎn)子繞組上，即所謂交流滅磁技術(shù)措施”，我們從各單位對拉西瓦勵磁投標(biāo)書的滅磁計算書看，各單位都按磁場斷路器獨立滅磁，依靠它本身斷流弧壓使斷路器滅弧柵中電流轉(zhuǎn)移到SiC滅磁電阻中去，沒有把勵磁變壓器二次側(cè)的交流反向電壓疊加列入。這說明勵磁專業(yè)各方都公認(rèn)：為了提高安全滅磁可靠性，磁場斷路器必須能夠獨立滅磁。上海ABB代表在合同談判會上

30、明確表示，鑒于岱海事故教訓(xùn)，在兩套勵磁調(diào)節(jié)器均失控的故障條件下，原設(shè)計采用“滅磁初瞬由勵磁調(diào)節(jié)器下令切除可控硅移相觸發(fā)脈沖”，不可靠，擬修改為“滅磁初瞬采用硬件輔助接點來切除可控硅移相觸發(fā)脈沖技術(shù)措施”。但必須指出：這種措施增加了硬件接線復(fù)雜性、增加了硬件接線誤動和拒動的故障機率，其利弊后果有待探討。4) 結(jié)論是：拉西瓦700MW水輪發(fā)電機設(shè)計勵磁參數(shù)條件下選用HPB45-82S型磁場斷路器，它的斷流弧壓的安全裕度系數(shù)，在上述發(fā)電機誤強勵條件下獨立滅磁，只有0.831.023，與600MW 汽輪發(fā)電機組采用HPB45-82S型磁場斷路器的0.99接近。顯然在技術(shù)上是不夠合理的，安全裕度偏低的，

31、應(yīng)該采用優(yōu)化改進(jìn)措施，提高其滅磁裝置的安全裕度系數(shù)。2. SiC串并聯(lián)組合中 均能系數(shù)低于性能保證值、電壓溫度系數(shù)差于性能保證值和 允許最大溫度降低的后果分析1) 理論分析：滅磁電阻SiC均能系數(shù)低于性能保證值的直接后果：在嚴(yán)重事故滅磁吸收轉(zhuǎn)子繞組巨大能量過程中，一臺發(fā)電機眾多串并聯(lián)組合中(拉西瓦是SiC片2串96并，三峽是SiC片2串126并)，由于吸收能量不均，溫升差別大，均能系數(shù)遠(yuǎn)差于性能保證值中0.9的規(guī)定；如果SiC配置能量安全裕度系數(shù)較小，再加上SiC電壓溫度系數(shù)是負(fù)的較大值，在嚴(yán)重事故滅磁中，就會導(dǎo)致個別吸收能量較多的SiC支路片子溫度升高電壓降低受能更大溫度更高電壓更低受能更大

32、，發(fā)生惡性循環(huán)，直到該SiC支路片子因為溫升過高，降低片子邊緣絕緣水平，造成飛弧擊穿短路事故。2) 試驗室實測：· 在2005年2月ABB提出的1個SiC組件型式試驗報告中報導(dǎo)：1個600A/US 16/P/Spec.6298型的SiC組件，由16片并聯(lián)接線組成，試驗加入770kJ（相當(dāng)單個組件最大能容量1100 kJ70%），報告中只列出試驗時其中4片測溫值。7其中溫升最大值片是107環(huán)境溫度23=130，相當(dāng)深圳會上M&I提出的SiC允許最大溫度160的比值81%，這81%大于能量比值70%，說明如果注入100%的最大能容量1100 kJ，SiC溫度將超過160，顯然不夠

33、安全。據(jù)此，用型式試驗值反推單個SiC組件工作時的能容量值，應(yīng)該是：770kJ÷0.81=950 kJ，不是1100 kJ。多個SiC組件串并工作時的能容量值，應(yīng)該是：950 kJ÷1100×1000=864 kJ，不是1000 kJ。根據(jù)溫升值與吸能值成正比的原理，計算出有測溫值的4片SiC的均能系數(shù)只有0.81，僅為性能保證值0.9的90%；3溫升最大值與平均值比是107/87=123%，與最小值比是107/66=162%。其余12片的測溫值的正負(fù)偏差是否有比上述更大的？因為型式試驗報告缺少這些數(shù)據(jù)，無法計算。所以型式試驗報告中的缺項必須補作。· 2

34、006年6月出版的“156米水位三峽發(fā)電機滅磁系統(tǒng)性能分析與滅磁安全性試驗研究驗收報告” 5中，1個600A/US 14/7P/2S Spec.6361型的SiC組件，由2串7并共14片接線組成，在中國科學(xué)院等離子體物理試驗試驗研究所滅磁試驗大廳試驗時，試驗用電感儲能953kJ(0.5×0.7H×1650A2=953kJ)，SiC組件吸能810 kJ (953 kJ×0.85=810 kJ，相當(dāng)單個組件最大能容量1260kJ的64%）。報告中列出試驗時14片SiC測溫值；經(jīng)我們補充計算它的均能系數(shù)是0.76。3其中溫升最大值片是109.4環(huán)境溫度28.5=137.

35、9，相當(dāng)深圳會上M&I提出的SiC允許最大溫度160的比值86%，它大于上述能量比值64%，說明如果注入100%的最大能容量1260 kJ，SiC溫度可能超過160，不安全。溫升最大值與平均值之比是109.4/83.29=131%，與最小值之比是109.4/71.8=152%。· 2001年出版的二灘電廠勵磁系統(tǒng)咨詢報告16中報導(dǎo)了1個9RA6A251型號SiC組件，由厚度為10mm厚，外園、內(nèi)園直徑153mm、30mm的SiC閥片，2串12并組成。為了檢驗該組件承受正常強勵頂值條件下通流滅磁能力，在中國科學(xué)院等離子體物理試驗試驗研究所滅磁試驗大廳試驗時,用磁場斷路器斷流切換

36、，使己儲能電感向該組件注入最大峰值約是六分之一的正常強勵頂值電流1025.62A(二灘550MW發(fā)電機配置6個9RA6A251型號SiC組件并聯(lián)接線作為滅磁電阻)。當(dāng)場眾多人員觀察到和當(dāng)時現(xiàn)場微機彔波示波圖上反映：組件的電流、電壓值從開始通流時的1025.62A和2920V，按著組件的伏安特性曲線軌跡，經(jīng)83mS下降到800A，2500V時，組件發(fā)生飛弧擊穿短路。 從錄波圖看到：向SiC組件轉(zhuǎn)移注入電流能量初瞬，2串12并SiC片子承受最大電壓是2920V2500V。2串SiC片子厚10×2=20mm，則SiC每mm厚度僅承受電壓2920/20=146V/mm2500/20=125V

37、/mm，僅為M&I公司在樣本中有關(guān)SiC厚度選擇中規(guī)定的防止飛弧擊穿短路的電壓限值 250V/mm的58%50%。結(jié)論是SiC片子在溫度過度上升時，它的防止飛弧擊穿短路的電壓限值會大幅度降低。同時還可看到：在前83mS內(nèi)注入該組件能量才196.33kJ，僅為該組件標(biāo)稱能容量540kJ的36.4%。顯然，不是該組件整體承受過大能量導(dǎo)致燃弧的。而熄弧后對組件檢查時發(fā)現(xiàn)飛弧燒損部位集中在組件的一個端部2串2并SiC片子的邊緣處，該端部2串2并SiC片子處溫度非常高，而該組件另一個端部其它SiC片子處溫度溫度則低得多。顯然，從上述試驗實測值分析，可以得出結(jié)論是：該SiC組件閥片在大電流沖擊通流

38、中，存在明顯的沖擊電流和能量分配不均勻現(xiàn)象；該組件的一端2串2并支路的SiC片從試驗初瞬由于承受過多能量，溫度升高很快，在SiC負(fù)的電壓溫度系數(shù)作用下，很快形成惡性循環(huán)，由于該2個并聯(lián)支路溫度大幅度上升，電壓大幅度下降，輸入能量大部分集中輸入該2個并聯(lián)支路上去。該組件承受大能量沖擊時出現(xiàn)的不均能和負(fù)的很大的電壓溫度系數(shù)，是導(dǎo)致該2串2并支路的SiC片出現(xiàn)溫度猛升，飛弧電壓從“大于250V/mm”迅速下降到“125V/mm”，發(fā)生飛弧擊穿短路事故的根本原因。試驗現(xiàn)場通過檢驗，確認(rèn)組件閥片僅有4片發(fā)生邊緣飛弧，閥片本身并沒有擊穿損壞。后就將組件柝卸開，逐片清掃干凈，做單片伏安特性檢測。結(jié)果24片中

39、有3#片在99A處擊穿，15#片在58A處擊穿。擊穿現(xiàn)象與ZnO閥片擊穿類似：在閥片靠近外側(cè)邊緣處打穿出一小孔洞，其直經(jīng)約0.51mm，使用數(shù)字萬能表電阻擋檢測呈短路狀態(tài)。顯然，這次試驗結(jié)果證明：過去國內(nèi)有些勵磁同行的誤解：”SiC滅磁電阻閥片故障多是開路，ZnO滅磁電阻閥片故障是形成短路，所以SiC比ZnO安全。”是錯誤的。根據(jù)上述試驗可以提出如下觀點：眾多串并聯(lián)接線SiC滅磁電阻中的局部片子，在沖擊加壓通流加能中發(fā)生故障，是可能發(fā)生飛弧擊穿或者穿孔擊穿故障的，它是短路！SiC滅磁電阻眾多并聯(lián)支路上沒有配置快速熔斷器作保護(hù)，就不能像ZnO滅磁電阻那樣通過熔斷器快速熔斷，自動切除退出故障支路，

40、就可能在嚴(yán)重事故滅磁中，局部支路發(fā)生飛弧或擊穿短路，導(dǎo)致事故擴大。3) 己發(fā)生的大型發(fā)電機在運行、試驗中發(fā)生滅磁事故：· 2002年4月4日天生橋二級6號機(220.5MW)在發(fā)電機空載誤強勵事故滅磁中發(fā)生燒毀從奧地利伊林成套引進(jìn)的由英國P/D公司生產(chǎn)的12個組件中的2個SiC滅磁電阻組件(1臺機組配置12個組件)；17· 隔河巖1臺300MW機組在現(xiàn)場檢修后作發(fā)電機滅磁試驗中(據(jù)反映：滅磁開始前瞬間發(fā)電機發(fā)生過電壓)，從加拿大CGE成套引進(jìn)的由美國密歇根州中西部元件生產(chǎn)集團生產(chǎn)的3個SiC滅磁電阻組件中，有1個組件燒毀。18 以上事實都證明：有的大型發(fā)電機組引進(jìn)SiC滅磁

41、電阻存在嚴(yán)重事故滅磁中均能特性差，局部SiC溫度上升快，由于負(fù)的較大電壓溫度系數(shù)導(dǎo)致惡性循環(huán)，產(chǎn)生飛弧擊穿短路燒毀事故。我國大部分配置引進(jìn)SiC滅磁電阻的大型機組所以還沒有發(fā)生這種SiC滅磁電阻飛弧擊穿短路燒毀事故，可能是由于：發(fā)電機還沒有發(fā)生過嚴(yán)重誤強勵事故滅磁；或者是由于發(fā)電機配置的SiC滅磁電阻能容量裕度特別大，彌補了均能系數(shù)和電壓溫度系數(shù)差的影響，所以SiC這種缺陷還沒有暴露。4) 從生產(chǎn)廠對SiC串并聯(lián)組合配片技術(shù)工藝上看2007年4月2425日在深圳召開的SiC滅磁電阻研討會4上：向拉西瓦生產(chǎn)供貨SiC滅磁電阻的英國M&I公司資深工程師在會上說明該公司保證均流均能的技術(shù)措施

42、： “在對工程SiC滅磁電阻組件組裝選片時，是對每個選用的SiC片子加注250A電流，測量閥片電壓U250A，保證所選用的并聯(lián)每片SiC上述電壓值U250A盡量相同，相差不超過5%?！?注：這說明前上海ABB代表在2007年1月在西寧拉西瓦合同談判會上說：“M&I公司對SiC滅磁電阻組件組裝選片的技術(shù)措施與中國對ZnO滅磁電阻組件組裝選片采用電腦程序選片的技術(shù)措施是相同的?！笔遣环蠈嶋H情況的。)我方提出：M&I這種技術(shù)措施只能保證并聯(lián)的眾多SiC片子在并聯(lián)加壓U250A時那一點位置上單點均流。因為SiC伏安特性是非線性的，單點均流不能保證眾多SiC片子在并聯(lián)加壓U250A滅磁

43、通流吸能整個過程中的總體均能。對此，M&I方未予否認(rèn)。M&I對我方的質(zhì)詢和提供的信息表示感謝，并承諾：“關(guān)于SiC滅磁電阻的均能均流系數(shù)的問題，英國M&I公司承諾回去后做工作，進(jìn)行復(fù)核后于8月15日之前答復(fù)。”英國M&I公司在中國代理商深圳克拉克自動化控制有限公司的總經(jīng)理甘愛華在會后向我方透露：他們與M&I公司內(nèi)部討論時，M&I公司表示：回英國做工作，有可能爭取把SiC的均能系數(shù)提高，但要在短期內(nèi)把SiC的電壓溫度系數(shù)改進(jìn)是不可能的，因為它關(guān)系到SiC元件制造配方的改進(jìn)。從上述情況可知：外商生產(chǎn)廠在SiC串并聯(lián)組合配片生產(chǎn)技術(shù)工藝上存在嚴(yán)重缺點，

44、它是實測SiC均能系數(shù)遠(yuǎn)低于性能保證值0.9的根本原因。必須指出：即使外商回去作工作，參照中國對Zn0采用電腦編程程序選片方法改進(jìn)，可能可以略為提高其均能系數(shù)，但是仍然很難作到像ZnO那樣大幅度提度提高SiC的實測均能系數(shù)。這是因為現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的ZnO在滅磁工作區(qū)內(nèi)電壓溫度系數(shù)是正值，在串并聯(lián)組合通流注能過程中具有自動調(diào)整作用；而外商生產(chǎn)的SiC在滅磁工作區(qū)內(nèi)電壓溫度系數(shù)是負(fù)值，在串并聯(lián)組合通流注能過程中不僅不具有自動調(diào)整作用，而且相反只有惡性循環(huán)作用。對于性能分散性很大的SiC來說：采用電腦編程程序選片方法對抑制SiC負(fù)溫度系數(shù)的惡性循環(huán)作用是很難的。（三）關(guān)于拉西瓦滅磁裝置優(yōu)化處理方案的建

45、議： 1. 我們在深圳會議備忘錄中，曾提出：僅從技術(shù)講：在仍然采用賣方推薦的HPB45M-82S型磁場斷路器的前提條件下，增加SiC組件的并聯(lián)數(shù)，可以作為提高它的斷口弧壓UDCar的安全裕度系數(shù)值的優(yōu)化設(shè)計方案之一，但后果是加長了滅磁時間。 現(xiàn)在提出下述三個方案作計算分析，供比較選擇 方案1： 把SiC組件從2串6并共12個組合，改為1串12并共12個組合； 方案2： SiC組件從2串6并共12個組合，改為2串8并共16個組合；方案3： SiC組件從2串6并共12個組合，改為2串10并共20個組合；整套伏安特性計算式，按SiC串并聯(lián)組合計算法C(n串m并)=C(單組)·(n·

46、;1/m) 19 SiC單組件計算式：典型 U RPL =35I0.4，最大 U RPL =40I0.4 ，最小 U RPL =29I0.4磁場斷路器斷流弧壓安全裕度系數(shù) K= UDCarc ÷(URPL UEL )UEL的計算，按勵磁調(diào)節(jié)器完全失控勵磁整流裝置輸出勵磁電源電壓峰值瞬時值的條件下計算，即UEL = 1.414·(U20*1.5)= 1.414·(814*1.5)=1727V 項名方案總能量(MJ) 名整套伏安特性計算式(V)URPL=CIinitC(n串m并)=C(單組)·(n·1/m)滅磁電壓URPL(V)滅磁時間tde (s

47、)安全裕度系數(shù) K 評 述為統(tǒng)一比較，URPL采用“最小”式計算(見右)I0.4=98940.4=39.64原方案按ABB仿真計算，(估)按滅磁時間與滅磁電壓成反比計算K=UDCarc/(URPL UEL )UEL=1727 VUDCarc=2800V評述標(biāo)準(zhǔn)是安全裕度系數(shù)是否大于1和滅磁時間的長短典 型最 大最 小2串6(5)并12MJURPL=36.77I0.4URPL=42.02I0.4URPL=30.47I0.412083.40.954 K小于1，滅磁不夠安全1串12(10)并12MJURPL=13.93I0.4URPL=15.92I0.4URPL=11.55I0.44589(估)1.

48、28K 大于1，滅磁安全，但 Ude 過低, tde過 長 2串8(6)并16MJURPL=34.19I0.4URPL=39.07I0.4URPL=28.33I0.411233.7(估)0.982K 小于1，滅磁不夠安全， 滅磁時間 略長 2串10(8)并20MJURPL=30.46I0.4URPL=34.82I0.4URPL=25.24I0.410014.1(估)1.026K 大于1，滅磁安全，但 滅磁時間加長 按DL/T 583-1995行標(biāo)規(guī)定：“滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓一般不低于出廠試驗時勵磁繞組對地試驗電壓幅值的30%”，對拉西瓦為URmin = 372.9×10

49、15;1.414×0.3=1582V。“勵磁系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)自動滅磁裝置及開關(guān)，在任何需要滅磁工況下（包括發(fā)電機空載強勵情況下），自動滅磁裝置及開關(guān)必須保證可靠滅磁，滅磁時間要短(或按用戶要求）” 方案比較小結(jié)：ABB原方案 HPB45-82S的斷流弧壓安全裕度系數(shù)，按ABB計數(shù)據(jù)計算是1.027，按我們校正計算為0.830.954，對于拉西瓦700MW水輪發(fā)電機組來說，是明顯偏低和不夠，不宜采用；優(yōu)化第一方案斷流弧壓安全裕度系數(shù)是大于 1 了 ，但滅磁時間過長，對防止主機等設(shè)備電氣事故損失擴大不利，不能采用；優(yōu)化第二方案斷流弧壓安全裕度系數(shù)小于1，對于拉西瓦700MW水輪發(fā)電機組來說，是

50、明顯偏低和不夠，不宜采用；優(yōu)化第三方案斷流弧壓安全裕度系數(shù)僅只略大于1，而且第三方案與笫二方案相同，與原方案比較，滅磁時間加長和略長，每臺機組分別要增加8個和4個SiC組件，對滅磁柜內(nèi)的布置和增加費用是否可行，還需要有關(guān)方作工作才能認(rèn)定，現(xiàn)在這里無法作結(jié)論。2. 在仍然采用賣方推薦的600A/US 16/P Spec.6298型SiC組件2串6并的條件下，把磁場斷路器型號從HPB45-82S改為UR40-64S 作為提高磁場斷路器斷流弧壓UDCar的安全裕度系數(shù)值的優(yōu)化設(shè)計方案之二?，F(xiàn)將這兩種磁場斷路器性能價格比較列在下面比較表和補充說明中：HPB45-82S型與UR40-64S型兩種磁場斷路

51、器性能價格比較表型 號額定電壓(V)額定電流 (A)斷流弧壓(V)/ 滅弧柵間隙數(shù)/安全裕度系數(shù)K最大分?jǐn)嚯娏?kA)/(ms) 外形尺寸長×厚×高(mm)投標(biāo)書上備品單價(萬元)HPB45-82S20004500 2800/600.95475/10640×240×80528(廣科院)UR40-64S4000 4000 6000/1602.044 55/15761×240×86022(哈機廠)發(fā)電機需要值>1.1Ufn=410.2>1.1Ifn=3628>1.2(URPL UEL)=3522/予留20%裕度，為1.2

52、行標(biāo)規(guī)定9.894/轉(zhuǎn)子滑環(huán)短路電流是67.5盤體外形尺寸1000×1200×2260 · 比較補充說明：1) 國內(nèi)大型機組實用經(jīng)驗：UR-64S型磁場斷路器：二灘6臺550MW機組滅磁裝置更新改造時，廣科院和ABB都用UR40-64S替換CGE供貨的AMF-1A型磁場斷路器；小浪底6臺300MW機組由瑞典ABB配套供給勵磁裝置，磁場斷路器配的是UR26-64S；白山300MW機組磁場斷路器更新改造時也用UR40-64S。上述電廠采用UR40-64S運行情況良好。HPB60-81S和HPB60-82S：過去國內(nèi)多用于600MW汽輪發(fā)電機組。2006年1月1日岱海一

53、臺600MW機組發(fā)生嚴(yán)重誤強勵事故滅磁中，HPB60-81S型磁場斷路器動作但因弧壓過低，使轉(zhuǎn)子繞組電壓不能反向，勵磁電流在600ms內(nèi)不能把勵磁電流轉(zhuǎn)移到SiC滅磁電阻中去，導(dǎo)致事故擴大燒毀整套勵磁盤。2007年1月上海ABB代表說：ABB己經(jīng)決定把中國國內(nèi)眾多600MW汽輪發(fā)電機組配置的HPB60-81S都逐臺更換成HPB60-82S，用以抬高斷流弧壓。汽輪發(fā)電機對滅磁電壓和滅磁時間無特殊要求，配置SiC滅磁電阻組件采用1串多并；水輪發(fā)電機對滅磁電壓和滅磁時間有特殊要求，配置SiC滅磁電阻組件采用2串多并；現(xiàn)在拉西瓦700MW水輪發(fā)電機采用2串6并SiC組件，仍與采用1串5并SiC組件的6

54、00MW汽輪發(fā)電機組配置相同，都用HPB60-82S。從斷流弧壓安全系數(shù)上講，拉西瓦700MW水輪發(fā)電機比600MW汽輪發(fā)電機低得多，這從安全標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)上講，那是很不合理的！2) 廣科院和ABB等堅持選用HPB60-82S，反對選用UR40-64S主要理由是：在拉西瓦發(fā)電機勵磁整流裝置輸出的直流側(cè)短路電流達(dá)67.5kA；而磁場斷路器最大分?jǐn)嚯娏?，前者?5 kA，后者是55 kA。我們分析：轉(zhuǎn)子繞組短路說明主發(fā)電機己經(jīng)失磁，主機保護(hù)必然快速動作跳閘仃機，在這種條件下，不管磁場斷路器能否切斷短路電流，發(fā)電機勵磁回路電流都將自動下降；按我國行標(biāo)DL/T 583-1995規(guī)定：磁場斷路器的“最大斷流

55、能力不小于額定勵磁電流的300%”，對拉西瓦來說是9.894kA，沒有規(guī)定它要有能力切斷滑環(huán)短路電流。按國際通用的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/IEEE C37.18 “用于旋轉(zhuǎn)電機的封閉式磁場路器”中規(guī)定：磁場斷路器的最大遮斷電流是發(fā)電機定子三相短路在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的直流電流分量值，標(biāo)準(zhǔn)的推薦值對水輪發(fā)電機是3倍額定勵磁電流。對拉西瓦也是9.894kA。而且廣科院和ABB計算提出要求磁場斷路器切斷的勵磁回路直流側(cè)短路電流值67.5kA，是在發(fā)電機發(fā)生嚴(yán)重過電壓條件下發(fā)生勵磁回路直流側(cè)短路電流的瞬時最大值，實際上從發(fā)生短路繼電保護(hù)啟動磁場斷路器跳閘拉弧斷流還有一個延時，大約100ms(C37.18采用值)時間，那時，短路電流已經(jīng)大幅度下降了。由檢測di/dt提前啟動“快速切斷器”的技術(shù)措施，主要適用于直流輸電線路上，不適用在發(fā)電機勵磁回路中。國內(nèi)大型機組中配有這種“快速切斷器”的，因為容易出現(xiàn)誤動，多被仃用了。我們認(rèn)為對于保護(hù)可控硅元件防止它在