某水電廠機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓異常跳變分析處理

蔣凱倫，劉 宇，曾輝斌

（1.五凌電力有限公司近尾洲水電廠，湖南 衡陽 421127；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 引言

某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)為廣州擎天勵(lì)磁系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)柜、A套功率柜、B套功率柜滅磁柜四部分共同組成。每個(gè)功率柜內(nèi)有6個(gè)可控硅，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)A通道調(diào)節(jié)器發(fā)出可觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的方波給AP27、AP37功率智能板的脈沖觸發(fā)芯片。芯片檢測(cè)到方波的上升沿時(shí)則發(fā)出觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的觸發(fā)脈沖，在機(jī)組停機(jī)的條件下檢測(cè)到方波的下降沿時(shí)則關(guān)斷觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的觸發(fā)脈沖，從而達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的功能。

2 故障情況概述

2017年12月5日某水電廠1號(hào)機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)備用，專業(yè)人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)控GA01觸摸屏上轉(zhuǎn)子電壓顯示異常，電壓在6～11 V之間跳動(dòng)，運(yùn)行人員將故障情況匯報(bào)運(yùn)維負(fù)責(zé)人，運(yùn)維負(fù)責(zé)人接通知后安排班組對(duì)此異常現(xiàn)象進(jìn)行檢查處理。

3 檢查情況

（1）查閱上位機(jī)事件列表：

2017.1 1.19 09：00開機(jī)-2017.11.21 22：00停機(jī)轉(zhuǎn)子電壓：0 V正常。

2017.1 1.28 16：00開機(jī)-2017.11.29 01：00停機(jī) 轉(zhuǎn)子電壓出現(xiàn)異常，最小電壓：3.959 V，最大電壓：11.375 V。

2017.1 1.30 08：00開 機(jī)-2017.12.05 10：00停機(jī)轉(zhuǎn)子電壓異常，最小電壓：4.703 V，最大電壓：11.615 V。

（2）對(duì)現(xiàn)地進(jìn)行檢查，檢查情況如下：

停機(jī)后，現(xiàn)地檢查1號(hào)機(jī)組滅磁屏柜內(nèi)直流電壓變送器，測(cè)量輸入電壓21 V左右，輸出電流為4.3～4.4 mA之間跳動(dòng)，在直流母排正、負(fù)極進(jìn)行測(cè)量，直流電壓21 V左右，同時(shí)發(fā)現(xiàn)存在交流電壓185 V。

拉開勵(lì)磁變3151刀閘后，直流母排上交流電壓和直流電壓為0 V。

再次合上勵(lì)磁變3151刀閘，直流母排上測(cè)得數(shù)據(jù)為：交流電壓：正極-地：109.78 V，負(fù)極-地：55.49 V，正-負(fù)極：56.75 V；直流電壓：正極-地：1.4 V，負(fù)極-地：10.31 V，正-負(fù)極：8～10 V。示波器記錄波形如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 故障排除前直流母排上正極-地（100 V）

圖2 故障排除前直流母排上負(fù)極-地（50 V）

圖3 故障排除前直流母排上正-負(fù)（50 V）

（3）對(duì)可控硅絕緣進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如表1、表2所示（萬用表檢測(cè)）。

表1 A套功率柜可控硅絕緣值

表2 B套功率柜可控硅絕緣值

4 故障處理及原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查情況及原理圖（圖4），我們初步判斷以下幾個(gè)方面發(fā)生故障的情況下將導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)后轉(zhuǎn)子電壓的異常跳變：

圖4 整流橋整流輸出原理圖

（1）送至監(jiān)控的轉(zhuǎn)子電壓模擬量直流電壓變送器B62發(fā)生故障；

（2）可控硅被擊穿絕緣損壞；

（3）功率柜內(nèi)阻容保護(hù)板AP20被擊穿損壞，勵(lì)磁變交流電流倒送至直流母排；

（4）功率智能板AP27、AP37故障，無法關(guān)閉可控硅脈沖觸發(fā)角；

（5）A通道調(diào)節(jié)器故障導(dǎo)致可控硅脈沖觸發(fā)角一直保持。

針對(duì)以上原因分析，我們采取的具體處理過程如下：

（1）由于現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)量發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組停機(jī)后直流母排確有上21 V左右直流電壓，故排除直流電壓變送器B62發(fā)生故障而引起的轉(zhuǎn)子電壓跳變；現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可控硅絕緣的檢查如表1、表2所示，各可控硅絕緣均大于0.5 MΩ，故排除可控硅被擊穿絕緣損壞而導(dǎo)致的勵(lì)磁變交流電流倒送至直流母排引起的轉(zhuǎn)子電壓異常跳變情況；

（2）拉開1號(hào)功率柜阻容保護(hù)保險(xiǎn)FU27和2號(hào)功率柜阻容保護(hù)保險(xiǎn)FU37，在直流母排上測(cè)得電壓數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 故障消除前直流母排交、直流電壓數(shù)據(jù)

結(jié)合圖4所示，拉開了阻容保護(hù)的保險(xiǎn)FU27和FU37，在勵(lì)磁發(fā)現(xiàn)直流母排上仍然存在較大交流電流，故可排除因阻容保護(hù)板損壞而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子電壓異常跳變；

（3）在停機(jī)進(jìn)行開環(huán)小電流試驗(yàn)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)AP27、AP37功率智能板的V4脈沖指示燈一直點(diǎn)亮如圖5、圖6所示，用示波器測(cè)量這兩端的波形，發(fā)現(xiàn)一直有一個(gè)方波脈沖在保持，波形如圖7所示，故V4可控硅一直保持在導(dǎo)通的狀態(tài)，所以在直流母排兩端能檢測(cè)到很大的交流電流，同時(shí)用筆記本檢查A通道調(diào)節(jié)器的脈沖觸發(fā)正常，故排除A通道調(diào)節(jié)器故障導(dǎo)致脈沖觸發(fā)不正常的可能性，初步確定是因功率智能板AP27、AP37故障導(dǎo)致脈沖觸發(fā)程序卡頓一直檢測(cè)到方波上升沿，無法關(guān)閉可控硅脈沖觸發(fā)角而導(dǎo)致V4可控硅一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，致使其中一相電流通過V4可控硅倒送至直流母排側(cè)，導(dǎo)致直流母排側(cè)存在很大的交流電流而引起轉(zhuǎn)子電壓異常跳變。

圖6 AP37功率智能板脈沖指示燈

圖7 功率智能板上V4脈沖端子波形

在確定故障原因后，我們拉開調(diào)節(jié)柜內(nèi)直流24 V電源開關(guān)（AP27、AP37模塊電源）后再合上直流24 V電源開關(guān)，將功率智能板AP27、AP37脈沖觸發(fā)程序重啟。重啟后V4可控硅方波沿消失，AP27、AP37的V4可控硅脈沖指示燈熄滅如圖8、圖9所示。

圖8 AP27功率智能板脈沖指示燈

圖9 AP37功率智能板脈沖指示燈

故障消除后在直流母排上測(cè)得電壓數(shù)據(jù)為：交流電壓：正極-地：27.36 V，負(fù)極-地：18.45 V，正-負(fù)極：8.54 V；直流電壓：正極-地：0.13 V，負(fù)極-地：0 V，正-負(fù)極：0.18 V，波形如圖10、圖11、圖12所示，對(duì)比故障消除前所測(cè)得的交、直流電壓數(shù)據(jù)，可以明顯看出交流電壓對(duì)地為20 V左右（感應(yīng)電壓），直流電壓幾乎為零，由此可知功率智能板AP27、AP37在重啟刷新程序后已切除觸發(fā)V4可控硅導(dǎo)通的脈沖方波，V4可控硅處于截止?fàn)顟B(tài)勵(lì)磁變交流電流無法通過可控硅倒送至直流母排側(cè)。

圖10 故障排除后直流母排上正極-地（20 V）

圖11 故障排除后直流母排上負(fù)極-地（20 V）

圖12 故障排除后直流母排上正-負(fù)（10 V）

5 危害及控制預(yù)防措施

5.1 可能造成的危害

（1）在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下（勵(lì)磁變高壓側(cè)刀閘3151未拉開），維護(hù)人員進(jìn)行機(jī)組月度維保時(shí)直接觸碰到直流母排的兩端，易發(fā)生人身觸電事故；

（2）若直流母排側(cè)發(fā)生單相接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的短路電流燒壞可控硅及保險(xiǎn)造成設(shè)備損壞，從而造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至嚴(yán)重的會(huì)引起1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)甚至跳開1號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)造成其他運(yùn)行機(jī)組因過速甩負(fù)荷非計(jì)劃停運(yùn)。

5.2 控制預(yù)防措施

（1）在停機(jī)狀態(tài)下時(shí)，必須確保JDO2、JDO3內(nèi)功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈已全部熄滅，若發(fā)現(xiàn)還有指示燈未熄滅，則拉開勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜JDO1內(nèi)直流24 V電源開關(guān)QF02，再檢查功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈是否已熄滅，熄滅后再重新合上直流24 V電源開關(guān)QF02；

（2）在日常的機(jī)組月度維護(hù)保養(yǎng)過程中，必須先看JDO2、JDO3內(nèi)功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈是否在熄滅狀態(tài)，再用萬用表對(duì)直流母排的電壓進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)其兩端無電壓的情況下方可進(jìn)行轉(zhuǎn)子極性轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)子絕緣測(cè)量的相關(guān)工作；

（3）對(duì)芯片進(jìn)行程序升級(jí)，程序刷新后，進(jìn)行開環(huán)小電流試驗(yàn)和開停機(jī)試驗(yàn)，確認(rèn)機(jī)組停機(jī)后功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈無異常，并用萬用表測(cè)量直流母排兩端的電壓無異常。

6 結(jié)論

本案例是一起非典型的廣州擎天勵(lì)磁系統(tǒng)功率智能板AP27、AP37上因脈沖觸發(fā)程序卡頓導(dǎo)致觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的脈沖方波一直保持，因可控硅一直處于導(dǎo)通狀態(tài)而造成機(jī)組停機(jī)后轉(zhuǎn)子電壓異常跳變的事件。若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)消除將可能發(fā)生接地事故造成設(shè)備損壞運(yùn)行機(jī)組停運(yùn)，甚至?xí)跈C(jī)組停機(jī)維保過程中造成人身觸電傷亡事故。針對(duì)以前從未發(fā)生過的脈沖觸發(fā)程序卡頓事件，在無任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，專業(yè)人員通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比分析及排查，以開環(huán)小電流試驗(yàn)為基準(zhǔn)，示波器錄波分析法為手段，同時(shí)采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)比分析法為準(zhǔn)繩最終確定故障根源消除故障，同時(shí)本文提出的為防止類似事件而引發(fā)的人身觸電事故所采取的安全措施，都值得大家借鑒和學(xué)習(xí)。