鄭美龍

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司 福建晉江）

一、概況

燃?xì)廨啓C發(fā)電廠發(fā)電機勵磁裝置采用GE公司EX2100全靜態(tài)勵磁裝置，勵磁電流由連接在6 kV母線上的勵磁變壓器經(jīng)整流后獲取。該勵磁裝置采用冗余控制系統(tǒng)，每臺勵磁裝置配有兩套可控硅整流橋，正常運行時由1號整流橋（簡稱M1橋）工作，2號整流橋（簡稱M2橋）作為備用，在M1橋發(fā)生故障時，勵磁裝置會自動切換至M2橋工作，由M2橋向發(fā)電機提供勵磁電流，以保證發(fā)電機的正常運行。勵磁裝置的整流橋為三相全波可控硅整流橋路，如圖1所示，每個橋由6個可控硅、12個熔斷器組成。整流橋工作時產(chǎn)生的熱量通過柜頂?shù)纳葻犸L(fēng)機排出。

圖1 三相全波可控硅整流橋

1.故障

發(fā)電機勵磁裝置在運行中發(fā)M1橋故障報警，報文“Cell 5 No Conduct”（M1橋5號可控硅無導(dǎo)通電流），同時勵磁裝置由M1橋自動切換至M2橋工作。廠檢修人員隨后對勵磁裝置相關(guān)設(shè)備進行檢查。

（1）就地查看勵磁控制器M1橋故障代碼為182，故障報文“Cell 5 No Conduct”，與監(jiān)控后臺報文相一致。

（2）查看勵磁裝置切換至M2橋后的運行情況，勵磁電壓和勵磁電流均穩(wěn)定，無明顯波動。查看勵磁裝置M1橋元器件，發(fā)現(xiàn)1，5號可控硅的熔斷器熔斷指示器均已彈出，表明1，5號可控硅的熔斷器均已熔斷。

（3）查看對應(yīng)的6 kV勵磁變壓器高壓側(cè)開關(guān)的保護裝置，發(fā)現(xiàn)保護裝置發(fā)"高壓側(cè)三相過流保護動作"告警。在發(fā)電機監(jiān)控后臺,查看勵磁裝置切換前后的發(fā)電機勵磁電壓、勵磁電流、發(fā)電機電壓、電流、發(fā)電機有功功率曲線等，發(fā)現(xiàn)故障前并無明顯波動。檢查發(fā)電機本體運行無異音、勵磁刷架無打火現(xiàn)象

綜合以上故障現(xiàn)象和檢查結(jié)果，檢修人員初步判斷為勵磁裝置M1橋內(nèi)部元器件故障，M2橋可繼續(xù)運行，待發(fā)電機停機后再對M1橋進行故障處理。

2.可控硅檢查

所用可控硅為單向整流可控硅，單向可控硅有陽極A、陰極K、控制G的3個引出腳。只有當(dāng)單向可控硅陽極A與陰極K之間加有正向電壓，同時控制極G與陰極間加上所需的正向觸發(fā)電壓時，方可被觸發(fā)導(dǎo)通。此時A、K間呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，陽極A與陰極K間壓降約1 V。單向可控硅導(dǎo)通后，控制器G即使失去觸發(fā)電壓，只要陽極A和陰極K之間仍保持正向電壓，單向可控硅繼續(xù)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。只有把陽極A電壓拆除或陽極A、陰極K間電壓極性發(fā)生改變（交流過零）時，單向可控硅才由低阻導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高阻截止?fàn)顟B(tài)。單向可控硅一旦截止，即使陽極A和陰極K間又重新加上正向電壓，仍需在控制極G和陰極K間有重新加上正向觸發(fā)電壓方可導(dǎo)通。單向可控硅的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開關(guān)的閉合與斷開狀態(tài)，用其可制成無觸點開關(guān)。

根據(jù)可控硅的這一特性，可按圖2的接線方式，變換陽極A和陰極K、控制極G和陰極K之間電壓的極性，并通過直流表計來判斷可控硅是否已經(jīng)導(dǎo)通來簡單校驗可控硅開關(guān)特性。

停機后，檢修人員對勵磁裝置M1橋上的6個可控硅及其配套熔絲進行檢查，檢查結(jié)果：可控硅VD5（C相）已燒穿，兩側(cè)電阻為0；可控硅VD1（A相）未燒穿，但其開關(guān)特性已不滿足要求；可控硅VD2，VD4，VD5，VD6 未燒穿，開關(guān)特性也滿足要求。熔絲FU1，F(xiàn)U5已熔斷，F(xiàn)U2，F(xiàn)U4，F(xiàn)U5，F(xiàn)U6 熔絲完好。

圖2 可控硅接線圖

3.故障原因推斷

所用勵磁裝置的整流原理為三相全波整流，在全波整流過程中，要求始終保持有2個可控硅在導(dǎo)通狀態(tài)，其中一個在共陰極側(cè)，另一個在共陽極側(cè)。

全波整流對觸發(fā)脈沖的要求：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差 60°；共陰極組 VT1，VT3，VT5的脈沖依次差 120°，共陽極組 VT4，VT6，VT2 也依次差 120°；同一相的上下 2個橋臂，即 VT1與 VT4，VT3與 VT6，VT5與 VT2，脈沖相差180°。每個可控硅的導(dǎo)通時刻及長度可簡化為圖3所示。

圖3 可控硅的導(dǎo)通時刻及長度

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，熔斷器FU1、FU5熔斷，可控硅VD5燒穿（兩側(cè)電阻為0）可猜測在可控硅共陰極側(cè)的A、C兩相可能發(fā)生過相間短路過流故障。根據(jù)圖3便可進一步推斷：在圖3中的t1時刻，可控硅 VD2，VD3，VD4，VD5 本該關(guān)斷，由可控硅 VD1，VD6和轉(zhuǎn)子繞組形成電流回路。但可控硅VD5在t1時刻沒有發(fā)生關(guān)斷，始終保持在導(dǎo)通狀態(tài)。此時就會出現(xiàn)VD1，VD5，VD6的3個可控硅同時導(dǎo)通，在此狀態(tài)下A，C兩相會途徑VD1，VD5形成相間短路，相間短路電流過大直接使得VD1、VD5兩側(cè)的熔絲FU1，F(xiàn)U5燒斷，M1橋跳閘，勵磁裝置切換至M2橋工作，同時勵磁變高壓側(cè)也因相間短路發(fā)出變壓器過流告警。

二、推斷驗證

通過提取勵磁變高壓側(cè)保護裝置的過流故障錄波，來驗證上述推斷。廠所用勵磁變壓器為Dy1的接線方式，根據(jù)接線方式可得到勵磁變高壓側(cè)電流 IA，IB，IC和低壓側(cè)電流 Ia，Ib，Ic關(guān)系式見式（ 1）～（ 3）。

如果勵磁變低壓側(cè)發(fā)生A、C兩相相間短路，則Ia+Ic=0、Ib=0，那么可將上述方程式簡化為式（ 4）～（ 6）。

由式（4）～（6）可知，如果上述推斷正確，那么故障時刻勵磁變高壓側(cè)IA，IB幅值相同、相位也應(yīng)相同，IC的幅值應(yīng)是IA的兩倍，相位相反。

提取勵磁變壓器保護裝置的故障錄波，如圖4所示，由波形可知整個勵磁裝置故障持續(xù)時間約為10 ms，故障時勵磁變高壓側(cè)電流IA，IB幅值、相位幾乎一致，IC幅值是IA，IB的兩倍，相位與IA，IB相反，與推斷相一致，故判斷故障原因為勵磁裝置M1橋可控硅VD5故障無法關(guān)斷，導(dǎo)致勵磁變壓器低壓側(cè)發(fā)生A、C相相間短路所致。

對可控硅VD5進行解體檢查，可控硅兩面潔凈光滑，無任何因過壓、接地等放電燒毀痕跡，且搖晃可控硅可明顯聽出里面有異物晃動的聲音，再加上現(xiàn)場勵磁裝置無任何整流橋可控硅超溫告警記錄，故排除外部因素導(dǎo)致可控硅VD5故障的可能性，應(yīng)是可控硅VD5因元器件質(zhì)量、壽命及老化等自身原因?qū)е铝舜舜蝿畲叛b置整流橋故障。

三、故障處理

圖 4 勵磁變壓器保護裝置故障錄波

檢修人員更換掉故障的元器件，并對勵磁裝置進行小電流試驗，試驗合格后，聯(lián)系運行人員將勵磁裝置手動切換至M1橋工作，將發(fā)電機冷拖啟動，期間勵磁裝置各參數(shù)均正常。

EX2100勵磁裝置的可控硅故障擊穿現(xiàn)象已非個例，在做好日常維護，如清灰、冷卻系統(tǒng)檢查等工作的同時，也應(yīng)做好相應(yīng)重要備品備件的采購計劃，以備不時之需。