水電廠勵磁系統整流橋切換故障分析

何 靜

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司 皂市水電站，湖南 常德 415311)）

1 水電廠勵磁系統概述

該水電廠發電機組勵磁系統為自并勵磁模式，結構上主要由用于提供勵磁電源的機端勵磁變壓器、整流設備SCR整流橋，運用可編程控制器（PLC）的勵磁控制器、起勵設備、滅磁設備以及監視控制保護電路等設備構成。為了提高系統的可靠性，采用冗余的方式設置了兩套SCR整流橋，其中一套為主用，另一套為備用，同時針對這兩套SCR整流橋設置了兩套PLC勵磁控制器，現場控制柜主要有功率柜（SCR整流橋）、勵磁調節器柜、功率聯絡柜、起勵及非線性滅磁設備柜、滅磁開關柜和極性轉換開關柜等。

其中的PLC勵磁控制器主要由模擬量檢測模塊、模擬信號輸入（AI）模塊、開關量信號輸入(DI)模塊、處理器(CPU)、輸出模塊等，另外根據現場控制需要還配置了輸出繼電器、脈沖觸發電路和勵磁系統監控保護電路等。系統通過PLC控制器對各種保護信號進行綜合調節后形成控制電壓輸出。脈沖觸發電路綜合來自PLC的控制信號和同步電壓信號后，輸出脈沖觸發信號，并經過脈沖放大電路對其放大，以使其能夠觸發SCR導通，最終完成對勵磁系統的調節。在發電機組啟動時，首先啟動備用的SCR整流橋，然后在切換到主SCR整流橋后正常運行，系統正常運行的情況下，可以無擾動的完成主用向備用SCR整流橋的切換。

2 勵磁系統整流橋的切換控制

2.1 整流橋切換控制邏輯

勵磁系統中主、備用SCR整流橋切換功能是在執行PLC的控制指令下完成的，系統切換到1#主用SCR整流橋的邏輯為1#整流橋運行正常，且系統已啟動運行5秒或2#備用橋故障；系統切換到2#備用SCR整流橋的邏輯為2#整流橋無故障，且系統啟動后1#橋出現故障。

2.2 整流橋切換功能的實現

勵磁系統整流橋切換功能是在PLC、監控電路、輔助繼電器和脈沖放大電路等模塊的協調工作下實現的，當監控電路收到來自PLC控制器的整流橋切換指令后，監控電路會對相應的硬件電路發出信號，令控制輔助輸出繼電器動作，同時閉鎖脈沖放大電路，然后控制輔助繼電器動作而使待切入整流橋風機系統運行，并將啟動信號反饋給PLC。

3 整流橋切換故障分析

3.1 失磁或誤強勵

該水電廠勵磁系統在某次建壓過程中，發生了升壓不穩定問題，發電機組定子電壓升到額定電壓后，偶發突降至4kV上下的現象，同時還會伴有瞬時過電壓和轉子電壓劇烈擺動現象。針對該故障對勵磁系統建壓過程進行了深入的分析和總結，引起該故障的原因如下：如果用于控制整流橋切換的兩個輔助繼電器動作不靈敏，而使其中的一個整流橋沒有準時失磁，那么兩個繼電器就會處于同時勵磁狀態，會導致兩個SCR整流橋的觸發脈沖同時閉鎖而使發電機組失磁；相反如果輔助繼電器沒有準時勵磁，就會導致兩個繼電器處于同時失磁狀態，就會使兩套整流橋脈沖觸發回路同時開放而使兩套SCR整流橋同時被勵磁，導致發電機組誤強勵而過電壓。從上文可知勵磁系統啟動時會首先啟動2#備用SCR整流橋，待其運行正常后再切換到1#SCR整流橋進入正常運行狀態，如果再次過程中發生突然失磁，就會引起發電機組電壓的突降，同時轉子電壓也會因失磁而發生劇烈擺動。

3.2 單向切換

該水電廠勵磁系統中的兩套SCR整流橋為相互并聯，如果1#主用橋發生故障，控制系統可以使其無擾動的切換到2#備用橋上正常運行，從而保證系統不會因1#主用橋的故障而停運，但是這種切換只能夠單向進行，也就是說只能從故障橋切換到備用橋，即使故障橋經過處理后恢復正常也無法切回。這是因為考慮到安全因素PLC的控制程序中進行了如此的設置，即必須確保滅磁開關斷開、復位按鈕按下的情況下才能完成回切，但是滅磁開關斷開就意味著勵磁系統停運，因此也就失去了無擾動回切的意義。另外，勵磁系統正常啟動之處會對2#備用SCR整流橋的運行正常與否進行短暫的試運行檢查，之后就會切換到1#主用SCR整流橋而進入長期的正常運行狀態，而且系統又沒有設置人工在兩套SCR整流橋之間切換的控制回路，這就會使1#主用SCR整流橋長時間參與運行而2#備用SCR整流橋只是在勵磁系統啟動或1#主用SCR整流橋故障時短時間的參與運行，這會造成設備負荷不均勻、設備的利用率不高的問題。

4 故障解決及改進措施

針對勵磁系統整流橋切換故障，應該從日常檢查、校驗和運行維護為重點，一旦出現問題要及時更換。除此之外還需要采取以下兩個方面的改進措施。

4.1 故障信號的復位

SCR整流橋故障信號的復位是影響水電廠勵磁系統整流橋切回故障的重要因素，SCR整流橋故障信號主要包括SCR不導通、熔斷器熔斷、風機故障、風壓偏低和輔助電源丟失等。其中整流橋熔斷器熔斷和輔助電源故障，都屬于比較容易恢復的故障，在故障得到處理并恢復后，通過復位故障信號就能使系統恢復正常運行；對于整流橋風機系統的故障，在對其復位是必須斷開滅磁開關后通過復位按鈕使系統復位，因此，整流橋風機系統一旦出現問題，及時風機系統故障消除后，也必須是發電機組停機后才能得到恢復。這樣類似于風機系統故障即使得到及時處理使故障消除后，也無法使整流橋恢復到正常狀態，也就無法使另一整流橋故障時實現再備用。因此，可以把除了SCR整流橋主回路之外的故障信號都改成不停機復位方式，在非嚴重性故障發生時可以利用復位按鈕，使整流橋得到復位，實現整流橋的回切功能，確保系統運行的穩定性和可靠性。

4.2 雙橋的切換

目前的勵磁系統僅能夠實現由主用橋向備用橋的單向切換，而無法完成2套SCR整流橋的互切或定期切換，也無法實現發生故障的整流橋得以恢復后切回。另外解決這一問題還有一個措施就是增加人工切換旁路控制，這樣就可以通過人為控制的方式，實現主、備用SCR整流橋的互切功能，從而確保整流橋、脈沖觸發系統、脈沖放大回路和風機系統在均衡的負載下運行，是系統的設備利用率得以提升。

綜上，針對勵磁系統整流橋故障除了加強設備的日常檢查、校驗和維護以及必要的系統改進外，還要注重系統管理。面對系統故障或復雜的問題時，要沉著冷靜，仔細排查與分析，逐步分析和匯總并尋求最優的解決方案，從而使故障得以妥善解決。

[1]吳光軍.三峽左岸電站勵磁系統綜述[J].大電機技術,2005,(2)