一起EX2100勵磁系統(tǒng)整流橋故障的淺析

摘要：通過某燃氣電廠發(fā)電機EX2100勵磁系統(tǒng)整流橋故障，對該故障進行分析，了解EX2100三相全波整流原理運行及故障判斷。

關(guān)鍵詞：整流橋故障;三相全波整流;相間短路;開關(guān)特性;

0.前言

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)整流橋直接關(guān)系到發(fā)電機是否能正常運行，運行中整流橋運行的可靠性顯得尤為重要，運行中當出現(xiàn)整流橋故障后，應如何分析判斷是本文重點闡述的。

1、概述

某燃氣電廠四臺發(fā)電機是由哈爾濱電氣動力公司制造的390H全氫冷發(fā)電機，四臺發(fā)電機勵磁系統(tǒng)均采用GE公司EX2100全靜態(tài)勵磁裝置，EX2100勵磁裝置采用冗余系統(tǒng)，整流柜內(nèi)有兩套整流裝置，M1主M2備，正常在M1橋運行，當M1整流橋故障時，自動切換至M2整流橋。勵磁變連接于6kV母線上，勵磁電流經(jīng)勵磁變壓器經(jīng)整流橋整流后獲取，勵磁系統(tǒng)的整流橋為三相全波整流，每個整流橋內(nèi)有6個可控硅，每個可控硅配備兩個并聯(lián)熔絲（每個熔絲額定電流是800A）。

2、事件經(jīng)過及檢查情況

2.1事件經(jīng)過

2018年11月30日14：24，某燃氣電廠#3機MK VI報：“Cell 3 No Conduct”（M1橋3號可控硅無導通電流）報警，勵磁調(diào)節(jié)控制器由M1自動切至M2運行，切換時勵磁電流由1357A下降至1201A后馬上返回、勵磁電壓由416V下降至368V后馬上返回。

2.2檢查情況

2.2.1 檢查#3機勵磁系統(tǒng)M2整流橋運行情況，各參數(shù)均運行正常。

2.2.2 檢查勵磁控制器M1故障代碼為182（Cell 3 No Conduct），初步判斷M1整流橋有故障。

2.2.3 查看#3機勵磁系統(tǒng)M1整流橋元器件，發(fā)現(xiàn)1、3號可控硅的熔絲均已熔斷。

2.2.4 檢查#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關(guān)6324保護裝置，保護裝置發(fā)高壓側(cè)三相過流保護動作告警，查看錄波發(fā)現(xiàn)故障前電流波動不大。

2.2.5 在MK VI上查看勵磁系統(tǒng)切換前后的#3發(fā)電機勵磁電壓、電流、發(fā)電機機端電壓、電流、發(fā)電機有功功率曲線，發(fā)現(xiàn)并無明顯波動。

2.2.6 檢查#3發(fā)電機本體運行無異音、勵磁刷架無打火現(xiàn)象。

綜合以上檢查，初步判斷為勵磁系統(tǒng)M1整流橋內(nèi)部可控硅有故障，暫由M2整流橋運行。

3.M1整流橋故障進一步處理經(jīng)過

2018年11月30日晚上停機后，檢修人員對#3機勵磁系統(tǒng)整流柜M1橋故障進行處理，對M1橋上的6個可控硅及其配套熔絲進行檢查，檢查結(jié)果如下：

熔絲FU1、FU3已熔斷（對應A相和C相），F(xiàn)U2、FU4、FU5、FU6熔絲完好;

可控硅VD3（A相）已燒穿，兩側(cè)電阻為0;

可控硅VD1（C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。

由此判斷是因為M1整流橋的可控硅故障引起熔絲熔斷，造成勵磁系統(tǒng)故障切至M2橋運行。隨后檢修人員更換故障的元器件，并聯(lián)系運行人員將勵磁系統(tǒng)手動切換至M1橋工作，將#3機冷拖啟動至3000rpm，查看#3機勵磁系統(tǒng)各參數(shù)均正常后發(fā)停機令。2015.03.31日，#3機正常啟動并網(wǎng)，勵磁系統(tǒng)各參數(shù)正常。

4、故障分析

4.1、故障原因推斷

EX2100勵磁系統(tǒng)的整流原理為三相全波整流，整流原理圖如下：

在全波整流過程中，始終保持有兩個可控硅在導通狀態(tài)，其中一個在正極側(cè)，另一個在負極側(cè)。其導通時刻表可見下圖：

如圖2所示，在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。根據(jù)故障現(xiàn)象推斷：VD3由于元器件壽命及老化原因發(fā)生故障，在t1時刻沒有發(fā)生關(guān)斷，始終保持在導通狀態(tài)。此時就會出現(xiàn)VD1、VD3、VD6三個可控硅同時導通，由圖4可知，此狀態(tài)下A、C兩相會途徑VD1、VD3形成相間短路，相間短路電流過大直接使得VD1、VD3兩側(cè)的熔絲FU1、FU3燒斷，M1橋跳閘，勵磁系統(tǒng)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II段告警。

可控硅VD1由于勵磁系統(tǒng)熔絲FU1及時熔斷，使得VD1并未被完全燒穿，但其開關(guān)特性已不滿足現(xiàn)場使用需求，故也將其退出運行。

4.2、故障分析

提取#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關(guān)6324保護裝置的故障錄波，由波形可知整個勵磁系統(tǒng)故障持續(xù)時間約為10ms，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，由此得出VD3可控硅元器件老化引起。

4.3、故障理論依據(jù)

我廠#3機勵磁變?yōu)镈y1的接線方式，根據(jù)其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)系式為：

當勵磁變低壓側(cè)發(fā)生A、C相間短路，則Ia+Ic=0、Ib=0，那么可將上述方程式簡化為：

由上式可知勵磁變高壓側(cè)IA、IB幅值相同、相位也應相同，IC的幅值是IA的兩倍，相位相反。與#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關(guān)6324保護裝置的故障錄波波形基本一致，故判斷為勵磁變低壓側(cè)發(fā)生A、C相相間短路。

5、結(jié)論

通過以上分析判斷得出#3機勵磁系統(tǒng)故障M1橋故障原因可控硅VD3在運行中發(fā)生故障，無法關(guān)斷，繼而使得勵磁變低壓側(cè)A、C相發(fā)生短路故障，使得熔絲燒斷，M1橋故障切換至M2橋工作。

6、防范措施

1、加強備品備件的管理，針對此類故障應舉一反三，重點的元器件應有足夠的備件。

2、加強與勵磁系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的研發(fā)人員進行溝通，進一步分析可控硅VD3在運行中發(fā)生無法關(guān)斷的原因。

3、針對此次故障，加強班組內(nèi)部學習和同類型的燃機電廠的經(jīng)驗交流，做好事故預想的工作。

參考文獻：

1、中國電力出版社《大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書 》設(shè)備及系統(tǒng)分冊，2009年4月.

2、福建晉江天然氣發(fā)電有限公司《集控運行規(guī)程（電氣分冊）》，2014年01月10日.

作者簡介：

何熙（1984.10.15-），畢業(yè)于武漢理工大學，電氣工程與自動化專業(yè)，本科學歷，電氣工程師，現(xiàn)從事發(fā)電部電氣專業(yè)主管工作。