一起水輪發電機勵磁整流橋可控硅擊穿事件原因剖析及處理

錦屏水力發電廠 張冬生 文華宇 李旭明 楊 浩 廖 偉 侯華東

一起水輪發電機勵磁整流橋可控硅擊穿事件原因剖析及處理

錦屏水力發電廠 張冬生 文華宇 李旭明 楊 浩 廖 偉 侯華東

本文對某水電廠水輪發電機勵磁整流橋可控硅擊穿異常事件經過、事件記錄做了介紹，詳細介紹了現場處置過程，對異常事件原因做了深入的剖析，就這起事件提出了整改防范措施，以期對其他水電廠有所幫助。

勵磁；整流橋；可控硅；擊穿

1.故障前運行方式

1.1發變組系統

2B、3FB、4FB、5B、6FB并網運行；1F檢修，1B停電；2F、5F停機備用。

1.2500kV系統

500kV五回線路全部合環運行。

1.36kV系統

22B帶601M、602M、607M；23B帶603M；24B帶604M；25B帶605M、608M；26B帶606M；#1、#2外來電源充電備用。602M、603M、604M、605M、606M、60708開關備自投加用。

1.4負荷控制

二普斷面最大按3100MW控制，總負荷最大按3300MW控制，AGC投入。

2.事件記錄

2009 年 12 月 13 日 19 時 21 分，某大型水電站#1 機組在檢修并網調試結束后試運行期間，出現勵磁#4 整流橋可控硅擊穿，勵磁故障跳閘，甩有功 90MW，無功-110MVar。

2.1CCS 事件記錄

一號機故障錄波觸發，一號機GTUPS 跳GCB動作，一號機GTUPS跳FCB 動作，一號機組保護#2總跳動作，一號機勵磁變總故障（49F1）動作，GCB位置與機組狀態（P＞40MW）不對應退聯合控制，一號機勵磁故障，一號機勵磁跨接器動作，一號機勵磁電流限制到達動作，一號機勵磁一橋故障，一號機FCB分閘接點 2 動作，一號機FCB分閘接點1動作，一號機GCB分閘接點1動作，一號機GCB 分閘接點2動作。

2.2運行檢查記錄

（1）UMCP 屏GCB 故障、勵磁故障信號，GTUPS 保護屏勵磁故障信號。勵磁調節柜 LCP 顯示：inst. Exc. Overcurrent 2，standby trip 137 ，conv.fail level 1 197，converter blocked 196，arcnet node fail 195 ，converter 4 164；

（2）檢查#1 機勵磁系統：#4 功率柜內的可控硅有燒傷痕跡，有焦糊味；

（3）#1 機組保護A套事件記錄：0ms勵磁故障（49F1）開入信號啟動，63ms #1GCB 跳閘（相對時間）；#1 機組保護B套事件記錄：0ms勵磁變過流（51E2）啟動，90ms勵磁故障（49F2）開入信號啟動，156ms#1GCB 跳閘（相對時間）；#1 機組故障錄波事件記錄：0ms勵磁變高壓側電流突變啟動（相對時間），171.2msFMK 跳閘，192ms GCB 跳閘。

3.現場處置過程

經過現場檢查處理后，確認此次異常是由#1 機組勵磁#4 整流橋可控硅擊穿引起的，故對#1 機組勵磁#4 整流橋可控硅進行了更換處理，處理過程如下。

3.1更換#1 機組勵磁#4 整流橋

（1）拆除#4 功率柜整流橋與一次、二次回路的連接；

（2）拆除#4 功率柜阻容保護單元組件 R01；

（3）取出#4 功率柜風機單元；拆除#4 功率柜整流橋；

（4）安裝#4 功率柜新的整流橋組件；

（5）安裝#4 功率柜新的風機單元；

（6）恢復#4 功率柜所有一次、二次接線。

3.2更換#4 整流橋后上電前檢查

（1）上電前，再次檢查#4 功率柜一次、二次接線正確、牢固，功率柜內無遺留物件；

（2）#4 功率柜風機控制回路檢查；檢查風機回路接線正確，風機回路測量：R12=0.1Ω，R13=0.1Ω，R49=44.7Ω，R59=44.7Ω，R68=45.9Ω，R78=63.6Ω，并模擬風機動作，檢查風機接點可準確動作；

（3）卸下滅弧罩，檢查發現滅磁開關動觸頭原燒痕上有一點粗糙的痕跡，用砂紙進行打磨，并用酒精擦拭干凈，無電弧燒傷的痕跡；

（4）滅磁電阻檢查測量滅磁電阻的靜態電阻：上串電阻=60.5Ω，下串電阻=56.1Ω；與小修前測量數據基本一致；

（5）#1、#2、#3 功率柜元器件檢查測量阻容保護電阻均為 1.5KΩ左右，電容測量為 32μF，其它元器件、控制回路檢查均正常。

3.3上電檢查

（1）上電后控制回路檢查正常，調節器參數檢查正常；

（2）通過對#1、#2、#3、#4 整流橋進行小電流試驗檢查，更換后的#4 整流橋及#1、#2、#3 整流橋波形正常，調節性能正常，并在#4 整流橋小電流試驗時和全橋小電流試驗時進行了錄波；

（3）風機試驗通過修改參數，分別使風機 FAN1、FAN2 啟動，風機 FAN1、FAN2 啟動均 正常，風機切換邏輯正常。

3.4空載試驗

（1）零起升壓試驗：通過對#1 機組進行零起升壓（20%～100%）試驗，機組升壓過程正常，現地增、減磁功能正常；

（2）現地起勵、逆變功能檢查正常，現地切遠方、遠方切現地功能檢查正常。自動切手動、手動切自動功能檢查正常，遠方啟勵、逆變功能檢查正常。PT 斷線功能檢查正常；

（3）#1、#2、#3、#4 整流橋均流試驗正常，均流達到96.88%。功率柜內部溫度測量正常。#1 功率柜 R01 的溫度：123℃、#2 功率柜 R01 的 溫度：118℃、#3 功率柜 R01 的溫度：126℃、#4 功率柜 R01 的溫度：125℃。

4.原因分析

4.1 機組在升壓及帶負荷運行 5 小時后出現整流橋燒損現象，同時在現場檢查未發現金屬遺留物，可以排除整流橋內部金屬短路的可能。

4.2 設備出現故障時，調節器動作正常；現場檢查#1、#2、#3 整流橋未發現異常，可以排除調節器控制出現異常導致故障的可能。

4.3 由于整流橋輸入側相間是有絕緣隔板相隔，故障后現場檢查絕緣擋板無燒傷痕跡，可以排除整流橋輸入側相間短路導致整流橋燒損的可能。

4.4 可控硅金屬散熱器兩端通過可控硅連接，故障后檢查沒有發現散熱器連接同一方位出現燒損現象，可以排除金屬直接連接散熱器短路的可能。

綜上所述，#1 機組勵磁#4 整流橋在運行過程中可控硅熱擊穿，電弧導致相間短路，導致相鄰風機蓋板燒損變形，燒損兩個金屬散熱器和快熔保險，最后勵磁系統過流動作，導致勵磁故障信號開出使機組跳閘。本次事件中勵磁、保護系統動作正確、可靠。

5.整改防范措施

5.1對燒損的整流橋可控硅、保險進行了更換。

5.2 加強對勵磁系統運行風險和可靠性分析，尤其對關鍵元件及其主要性能的進行風險評估，確保設備安全可靠運行，預防類似異常現象出現。

5.3加強勵磁系統檢修維護管理，在原廠家說明書基礎上增加整流橋檢測，如：對散熱器的絕緣檢查。

5.4清查勵磁系統備品，以備應急處理。

6.結語

各發電廠對勵磁整流橋可控硅出現的各種故障或問題必須予以足夠的重視，必須分析出故障或問題的原因，并采取相應的技術整改措施和防范措施，確保發電機勵磁系統長期安全穩定運行。

［1］桂江峰.飛來峽水輪發電機勵磁整流橋受潮故障分析及［J］.廣東水利水電.

張冬生（1984—）男，本科，工程師，錦屏水力發電廠從事運行管理工作。