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(jī)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置采用GE公司EX2100全靜態(tài)勵(lì)磁裝置，勵(lì)磁電流由連接在6 kV母線上的勵(lì)磁變壓器經(jīng)整流后獲取。該勵(lì)磁裝置采用冗余控制系統(tǒng)，每臺(tái)勵(lì)磁裝置配有兩套可控硅整流橋，正常運(yùn)行時(shí)由1號(hào)整流橋（簡(jiǎn)稱M1橋）工作，2號(hào)整流橋（簡(jiǎn)稱M2橋）作為備用，在M1橋發(fā)生故障時(shí)，勵(lì)磁裝置會(huì)自動(dòng)切換至M2橋工作，由M2橋向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，以保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。勵(lì)磁裝置的整流橋?yàn)槿嗳煽毓枵鳂蚵?，如圖1所示，每個(gè)橋由6個(gè)可控硅、12個(gè)熔斷器組成。整流橋工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)柜頂?shù)纳葻犸L(fēng)機(jī)排出。

圖1 三相全波可控硅整流橋

1.故障

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置在運(yùn)行中發(fā)M1橋故障報(bào)警，報(bào)文“Cell 5 No Conduct”（M1橋5號(hào)可控硅無(wú)導(dǎo)通電流），同時(shí)勵(lì)磁裝置由M1橋自動(dòng)切換至M2橋工作。廠檢修人員隨后對(duì)勵(lì)磁裝置相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查。

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

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

（3）查看對(duì)應(yīng)的6 kV勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置發(fā)"高壓側(cè)三相過(guò)流保護(hù)動(dòng)作"告警。在發(fā)電機(jī)監(jiān)控后臺(tái),查看勵(lì)磁裝置切換前后的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)電壓、電流、發(fā)電機(jī)有功功率曲線等，發(fā)現(xiàn)故障前并無(wú)明顯波動(dòng)。檢查發(fā)電機(jī)本體運(yùn)行無(wú)異音、勵(lì)磁刷架無(wú)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(lì)磁裝置M1橋內(nèi)部元器件故障，M2橋可繼續(xù)運(yùn)行，待發(fā)電機(jī)停機(jī)后再對(duì)M1橋進(jìn)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(yáng)極A、陰極K、控制G的3個(gè)引出腳。只有當(dāng)單向可控硅陽(yáng)極A與陰極K之間加有正向電壓，同時(shí)控制極G與陰極間加上所需的正向觸發(fā)電壓時(shí)，方可被觸發(fā)導(dǎo)通。此時(shí)A、K間呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極A電壓拆除或陽(yáng)極A、陰極K間電壓極性發(fā)生改變（交流過(guò)零）時(shí)，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(yáng)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(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)狀態(tài)，用其可制成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)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(yáng)極A和陰極K、控制極G和陰極K之間電壓的極性，并通過(guò)直流表計(jì)來(lái)判斷可控硅是否已經(jīng)導(dǎo)通來(lái)簡(jiǎn)單校驗(yàn)可控硅開(kāi)關(guān)特性。

停機(jī)后，檢修人員對(duì)勵(lì)磁裝置M1橋上的6個(gè)可控硅及其配套熔絲進(jìn)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(kāi)關(guān)特性已不滿足要求；可控硅VD2，VD4，VD5，VD6 未燒穿，開(kāi)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(lì)磁裝置的整流原理為三相全波整流，在全波整流過(guò)程中，要求始終保持有2個(gè)可控硅在導(dǎo)通狀態(tài)，其中一個(gè)在共陰極側(cè)，另一個(gè)在共陽(yáng)極側(cè)。

全波整流對(duì)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(yáng)極組 VT4，VT6，VT2 也依次差 120°；同一相的上下 2個(gè)橋臂，即 VT1與 VT4，VT3與 VT6，VT5與 VT2，脈沖相差180°。每個(gè)可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻及長(zhǎng)度可簡(jiǎn)化為圖3所示。

圖3 可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻及長(zhǎng)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(cè)在可控硅共陰極側(cè)的A、C兩相可能發(fā)生過(guò)相間短路過(guò)流故障。根據(jù)圖3便可進(jìn)一步推斷：在圖3中的t1時(shí)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(shí)刻沒(méi)有發(fā)生關(guān)斷，始終保持在導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)VD1，VD5，VD6的3個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通，在此狀態(tài)下A，C兩相會(huì)途徑VD1，VD5形成相間短路，相間短路電流過(guò)大直接使得VD1、VD5兩側(cè)的熔絲FU1，F(xiàn)U5燒斷，M1橋跳閘，勵(lì)磁裝置切換至M2橋工作，同時(shí)勵(lì)磁變高壓側(cè)也因相間短路發(fā)出變壓器過(guò)流告警。

二、推斷驗(yàn)證

通過(guò)提取勵(lì)磁變高壓側(cè)保護(hù)裝置的過(guò)流故障錄波，來(lái)驗(yàn)證上述推斷。廠所用勵(lì)磁變壓器為Dy1的接線方式，根據(jù)接線方式可得到勵(lì)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(jiàn)式（ 1）～（ 3）。

如果勵(lì)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(jiǎn)化為式（ 4）～（ 6）。

由式（4）～（6）可知，如果上述推斷正確，那么故障時(shí)刻勵(lì)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(lì)磁變壓器保護(hù)裝置的故障錄波，如圖4所示，由波形可知整個(gè)勵(lì)磁裝置故障持續(xù)時(shí)間約為10 ms，故障時(shí)勵(lì)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?yàn)閯?lì)磁裝置M1橋可控硅VD5故障無(wú)法關(guān)斷，導(dǎo)致勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)發(fā)生A、C相相間短路所致。

對(duì)可控硅VD5進(jìn)行解體檢查，可控硅兩面潔凈光滑，無(wú)任何因過(guò)壓、接地等放電燒毀痕跡，且搖晃可控硅可明顯聽(tīng)出里面有異物晃動(dòng)的聲音，再加上現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁裝置無(wú)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?lì)磁裝置整流橋故障。

三、故障處理

圖 4 勵(lì)磁變壓器保護(hù)裝置故障錄波

檢修人員更換掉故障的元器件，并對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行小電流試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，聯(lián)系運(yùn)行人員將勵(lì)磁裝置手動(dòng)切換至M1橋工作，將發(fā)電機(jī)冷拖啟動(dòng)，期間勵(lì)磁裝置各參數(shù)均正常。

EX2100勵(lì)磁裝置的可控硅故障擊穿現(xiàn)象已非個(gè)例，在做好日常維護(hù)，如清灰、冷卻系統(tǒng)檢查等工作的同時(shí)，也應(yīng)做好相應(yīng)重要備品備件的采購(gòu)計(jì)劃，以備不時(shí)之需。