高凱陽，李銀鐺，陳 嶺，丁 凱

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南 鄭州 450000）

0 小浪底水電廠概況

小浪底水電廠是河南電網(wǎng)最大的水力發(fā)電廠，裝機容量6×300 MW，主要發(fā)揮調(diào)峰作用，當河南電網(wǎng)與華中電網(wǎng)解列運行時，擔任主調(diào)頻電廠，由于河南電網(wǎng)火電比例占90%以上，因此，小浪底水電廠對于維持河南電網(wǎng)穩(wěn)定運行發(fā)揮了不可替代的作用。

1 勵磁系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)概況

小浪底水電站水輪發(fā)電機組單機容量為300 MW，發(fā)電機勵磁裝置采用瑞典ABB公司 (型號為FMTB822)雙微機勵磁調(diào)節(jié)器，發(fā)電機組起勵采用交流起勵，雙微機冗余的自并激晶閘管靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。勵磁電源取自發(fā)電機出口開關(guān)內(nèi)側(cè)的勵磁變壓器，經(jīng)三相橋式整流獲得。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)有兩套互為備用的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)及勵磁電流調(diào)節(jié)器(FCR)。正常停機和事故時的滅磁方式采用跳開FMK(滅磁開關(guān))串入滅磁電阻(SIC)。發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)組成包括勵磁變壓器、整流裝置及雙通道冗余勵磁調(diào)節(jié)器、單斷口磁場斷路器及滅磁電阻等。

1.2 工作方式

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用三相全控橋式整流，2個功率柜互為備用。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至90%額定轉(zhuǎn)速，磁場斷路器合上，勵磁調(diào)節(jié)器先檢測備用功率柜橋的狀況，再切換到主用功率柜橋運行。當主用橋退出運行時，可無擾切換到備用橋運行，確保不同運行方式全部連續(xù)運行；當主用和備用功率柜均發(fā)生故障時，自動跳發(fā)電機滅磁開關(guān)，切斷勵磁回路；當單柜風機電源消失、任一風機故障或風機電源過流時設(shè)置自動退柜并報警。

2 故障現(xiàn)象

某日19:43，4號機組出力283 MW，上位機報：4號機組勵磁系統(tǒng)事故，4號機組事故停機執(zhí)行。同時上位機執(zhí)行4號機組出口開關(guān)黃4開關(guān)斷開，4號機組執(zhí)行事故停機流程。

事件造成4號機勵磁系統(tǒng)一套整流橋中可控硅元件V1損壞，并被省調(diào)記為非計劃停運。

3 原因分析

3.1 現(xiàn)象初步分析

“勵磁系統(tǒng)直流側(cè)短路”信號和“一套整流橋不導(dǎo)通”信號都是由勵磁系統(tǒng)DSTS102板判斷并觸發(fā)的。DSTS102板是一塊脈沖觸發(fā)板，用于觸發(fā)晶閘管啟動整流回路。DSTS102板接收由陽極側(cè)CT測量的轉(zhuǎn)子電流值，并檢測其中存在何種交流分量。

當直流側(cè)出現(xiàn)短路時，轉(zhuǎn)子電流中會出現(xiàn)與轉(zhuǎn)子電壓同頻率的300 Hz的交流分量。DSTS102板檢測到此交流分量，向勵磁系統(tǒng)PLC發(fā)出“直流短路”信號，勵磁系統(tǒng)跳閘。

當勵磁電源發(fā)生缺相或者一個或幾個可控硅故障不導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子電流會產(chǎn)生100 Hz交流分量。DSTS102板檢測到此交流分量，向勵磁系統(tǒng)PLC發(fā)出“整流橋不導(dǎo)通”信號，切換至第2套整流橋，如果還有“整流橋不導(dǎo)通”信號，則勵磁系統(tǒng)跳閘。

小浪底電廠可控硅觸發(fā)極與陰極間的正常阻值應(yīng)為15 Ω左右?？煽毓璞粨舸┗蛘甙l(fā)生軟故障等多種原因，都有可能導(dǎo)致可控硅觸發(fā)極與陰極間阻值為零。不同的是，可控硅被擊穿時，陰極和陽極同時被擊穿，阻值為零，可控硅完全損壞?？煽毓璋l(fā)生軟故障時，經(jīng)過一段時間，其各項參數(shù)會向正常值回復(fù)，但已屬于病態(tài)，也不能夠繼續(xù)使用。

3.2 報警原因分析

勵磁系統(tǒng)如果直流側(cè)發(fā)生短路，短時間內(nèi)會將整流橋及二次回路各種元器件燒毀，危及勵磁系統(tǒng)安全，因此必須立即跳閘，保護元器件安全。

通過事后對可控硅V1進行測量，發(fā)現(xiàn)其觸發(fā)極與陰極間阻值又恢復(fù)正常，但是，將可控硅晃動時，其阻值亦隨之變化，這種現(xiàn)象可以排除可控硅被擊穿的可能。

結(jié)合這些現(xiàn)象，分析存在兩種原因可能導(dǎo)致以上問題發(fā)生:

（1）由于可控硅元件V1的觸發(fā)極與陰極被擊穿，則V1的觸發(fā)脈沖被引入主回路，觸發(fā)脈沖信號是高頻信號，DSTS102板檢測到此信號，認為勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)直流側(cè)短路故障，立即跳閘。

（2）整流橋回路中有兩個可控硅發(fā)生軟故障，導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路報警。當所有報警信號被復(fù)歸后重新試驗時，有一個可控硅參數(shù)恢復(fù)，因此只檢測到有“一套整流橋不導(dǎo)通故障”，而不再出現(xiàn)“勵磁系統(tǒng)直流側(cè)短路”報警。

3.3 現(xiàn)地檢查及試驗

維護人員到現(xiàn)地進行檢查，發(fā)現(xiàn)除上位機所報報警外，4號機組勵磁系統(tǒng)PLC上還有“直流短路”跳閘信號。經(jīng)分析確定，這次跳閘是由勵磁系統(tǒng)直流側(cè)短路信號引起的。

將所有故障報警信號復(fù)歸，機組開至水輪機狀態(tài)，合滅磁開關(guān)建壓，發(fā)現(xiàn)無法從二套整流橋切換至一套，PLC上有“一套整流橋故障”報警信號。經(jīng)分析確定，“一套整流橋故障”報警是由于“一套整流橋不導(dǎo)通”信號引起的。

檢查一套整流橋可控硅，發(fā)現(xiàn)可控硅元件V1的觸發(fā)極與陰極之間阻值近似為零，其他可控硅的阻值為15.3 Ω，將V1更換后，4號機組勵磁系統(tǒng)運行正常。

4 結(jié)語

電廠設(shè)備紛繁眾多，每一個設(shè)備都關(guān)乎電廠的安全穩(wěn)定運行，運行值班員應(yīng)該充分調(diào)動主觀因素，同時，進一步加強和完善監(jiān)測手段，強化設(shè)備全生命周期管理，細化控制設(shè)備，注重冗余設(shè)計，優(yōu)化設(shè)備控制和切換邏輯，同時做到以下幾個方面：

（1）經(jīng)常性的檢查設(shè)備健康狀況，發(fā)現(xiàn)異常進行更換；

（2）完善監(jiān)控手段，加強對設(shè)施設(shè)備的監(jiān)控，及時掌握設(shè)備狀況，遇到問題及時切換；

（3）完善設(shè)備切換邏輯，檢測到故障后應(yīng)及時切換至備用系統(tǒng)，防止設(shè)備帶病運行，從而將事故擴大；

（4）定期對可控硅等關(guān)鍵元件參數(shù)進行檢測；

（5）加強對設(shè)備的生命周期進行分析，在壽命達到極限前及時進行更換。