拉西瓦水電站3號(hào)機(jī)組強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作分析

秦會(huì)會(huì),白永福

（黃河上游水利水電有限責(zé)任公司拉西瓦發(fā)電分公司,青海 貴德 811700）

1 概述

拉西瓦水電站是黃河上游最大的電站，單機(jī)容量700MW水輪發(fā)電機(jī)組，電站設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量4200MW。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式為自并勵(lì)，勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)的勵(lì)磁變壓器，調(diào)節(jié)器采用瑞士ABB UNITROL 5000靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)，型號(hào)為A5S-0/U251-S4500，雙自動(dòng)通道互為熱備冗余，每一通道含手動(dòng)控制；正常停機(jī)采用逆變滅磁，轉(zhuǎn)子過(guò)壓及外部跳閘等非正常運(yùn)行狀態(tài)采用可控硅跨接器串聯(lián)SIC非線性電阻滅磁；跨接器控制邏輯設(shè)計(jì)具有可恢復(fù)性，避免了不必要的勵(lì)磁跳機(jī)事故。

2 強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作

2014年10月29日07時(shí)29分，拉西瓦水電站監(jiān)控上位機(jī)報(bào)“3號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)”，勵(lì)磁系統(tǒng)本體無(wú)任何報(bào)警，故障錄波啟動(dòng)。此時(shí)，3號(hào)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，全廠及單機(jī)AGC模式未投，運(yùn)行人員對(duì)3號(hào)機(jī)未進(jìn)行任何調(diào)頻調(diào)壓操作。

維護(hù)人員查看故障錄波發(fā)現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作持續(xù)460ms，重要參數(shù)波形變化如圖1：

圖1 強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)時(shí)波形圖

如圖1所示：紅色坐標(biāo)線是強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)時(shí)刻t0，綠色坐標(biāo)線是勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電流波形開始變化時(shí)刻t1，約在強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)前13ms。機(jī)端電壓波形正常，相電壓有效值變化范圍9.240kV-10.810kV；勵(lì)磁電流在t1時(shí)刻開始有交流分量，最大達(dá)到5253.51A；勵(lì)磁電壓在t0后基本都在正半軸，最大772.34V、最小-312.83V；勵(lì)磁變低壓側(cè)電流波形t1時(shí)刻起由水平方波變?yōu)轭愃凭€電壓包絡(luò)線的波頭。強(qiáng)勵(lì)過(guò)程波形幾乎沒(méi)有變化，直至強(qiáng)勵(lì)結(jié)束，波形恢復(fù)至強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作前。

維護(hù)人員對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)檢查，著重檢查了直流回路的絕緣及回路上的自動(dòng)化元件和重要控制板件。檢查發(fā)現(xiàn)，滅磁電阻柜內(nèi)的跨接器觸發(fā)板上一10Ω的四環(huán)電阻鼓包，有明顯龜裂紋，測(cè)量該電阻阻值為11.3Ω，對(duì)比正常電阻阻值為12.4Ω，雖然阻值變化不大，但可以肯定其工作性能已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，考慮到跨接器觸發(fā)板的重要，需更換新的跨接器觸發(fā)板。

3 原因分析

3.1 跨接器導(dǎo)通原理

如圖2所示，F(xiàn)02為跨接器，由三個(gè)可控硅及一個(gè)電流傳感器組成，可控硅陽(yáng)極和門極共陰極，當(dāng)門極與陰極之間的壓差達(dá)到可控硅的觸發(fā)電壓可控硅導(dǎo)通。其中可控硅V1用于轉(zhuǎn)子正向過(guò)壓保護(hù)，可控硅V2用于外部跳滅磁開關(guān)滅磁線圈I滅磁和轉(zhuǎn)子反向過(guò)壓保護(hù)，可控硅V3用于外部跳滅磁開關(guān)線圈II滅磁，T1是霍爾傳感器，當(dāng)跨接器可控硅導(dǎo)通時(shí)，向調(diào)節(jié)器發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由調(diào)節(jié)器進(jìn)行邏輯處理。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)直流輸出回路

A02為跨接器觸發(fā)板，核心部件為折返二極管（BOD）V1000，其正向?qū)妷簽?800V，當(dāng)有轉(zhuǎn)子過(guò)壓使其陽(yáng)極與陰極壓差大于等于2800V時(shí)導(dǎo)通，低于2800V時(shí)關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)跨接器可控硅V1、V2導(dǎo)通的控制。

3.2 跨接器控制邏輯

當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子正向（或反向）過(guò)壓，電壓大于2800V時(shí)，A02觸發(fā)V1（或V2）導(dǎo)通將非線性電阻R02接入轉(zhuǎn)子回路，將轉(zhuǎn)子電壓限制為非線性電阻兩端的電壓，同時(shí)，T1檢測(cè)到電流通過(guò)，若該電流絕對(duì)值大于參數(shù)中“TRIG I CROWBAR A（跨接器觸通電流安培數(shù)）”設(shè)定值時(shí)，T1發(fā)送信號(hào)給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器認(rèn)為跨接器導(dǎo)通。

若是轉(zhuǎn)子正向過(guò)壓使調(diào)節(jié)器認(rèn)為跨接器導(dǎo)通，調(diào)節(jié)器會(huì)閉鎖輸出到整流橋的脈沖，正常情況下，500ms內(nèi)，V1由于受到轉(zhuǎn)子瞬時(shí)電壓變?yōu)樨?fù)值而截至，T1檢測(cè)不到電流，調(diào)節(jié)器恢復(fù)向整流橋輸出脈沖。若500ms內(nèi)，調(diào)節(jié)器大于1次檢測(cè)到跨接器導(dǎo)通，則跳滅磁開關(guān)；若跨接器電流大于跨接器觸通電流安培數(shù)設(shè)定值持續(xù)周期大于500ms，調(diào)節(jié)器發(fā)失步信號(hào)，不跳滅磁開關(guān)。

若是轉(zhuǎn)子反向過(guò)壓使調(diào)節(jié)器認(rèn)為跨接器導(dǎo)通，調(diào)節(jié)器跳滅磁開關(guān)。

3.3 強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作的原因

跨接器觸發(fā)板上損壞電阻位于與引腳6串聯(lián)的阻容回路中，如圖2所示，引腳6通過(guò)非線性電阻接在轉(zhuǎn)子負(fù)極，是V1的陰極、V2的陽(yáng)極，該電阻的損壞破壞了引腳6過(guò)濾過(guò)壓尖峰及高次諧波的能力。那么：

當(dāng)一個(gè)大于2800V的轉(zhuǎn)子反向過(guò)壓尖峰到來(lái)，引腳6不能有效過(guò)濾，該電壓直接加在BOD上，BOD導(dǎo)通，使V2的門極引腳2與V2的陰極引腳1之間達(dá)到其導(dǎo)通電壓（約5VDC），V2導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子電壓被限制為非線性電阻兩端的電壓。

拉西瓦水電站非線性電阻R02由兩組串聯(lián)，每組由6串并聯(lián)，每串由16片串聯(lián)，那 么非線性電阻的伏安特性符合下列公式：

式中：U—單組非線性電阻兩端的電壓，即勵(lì)磁電壓的1/2；

I—通過(guò)非線性電阻的電流；

Ns—非線性電阻的串聯(lián)片數(shù)，Ns=16；

Np—非線性電阻的串聯(lián)片數(shù)，Np=6；

K、β—非線性電阻伏安特性計(jì)算系數(shù)，與非線性電阻型號(hào)有關(guān)。拉西瓦水電站勵(lì)磁系統(tǒng)非線性電阻采用的是M&I Materials 公司生產(chǎn)的型號(hào)為600A/U S16/P Spec 6298非線性電阻，故K=35、β=0.40。

已知參數(shù)“TRIG I CROWBAR A（跨接器觸通電流安培數(shù)）”是190A，根據(jù)公式1計(jì)算可得此時(shí)RO2兩端的電壓是4461.27V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于強(qiáng)勵(lì)過(guò)程里反向勵(lì)磁電壓最大值-312.83V。

故T1檢測(cè)到的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于跨接器觸通電流安培數(shù)，調(diào)節(jié)器認(rèn)為跨接器未導(dǎo)通，勵(lì)磁系統(tǒng)本體沒(méi)有任何報(bào)警發(fā)出。但是由于轉(zhuǎn)子回路接入非線性電阻，所以直流回路的負(fù)載變?yōu)殡娮栎^大的阻感負(fù)載，如圖1所示，勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)相電流波形由大電感時(shí)的水平方波變?yōu)轭愃凭€電壓包絡(luò)線的波頭，同時(shí)由于非線性電阻消耗了磁能，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量銳減，調(diào)節(jié)器減通過(guò)小導(dǎo)通角強(qiáng)勵(lì)增加以維持機(jī)端電壓，如圖1所示，勵(lì)磁電壓波形由正負(fù)都有變?yōu)榛救繛檎Ｔ谶^(guò)壓尖峰過(guò)去之后，由于SIC非線性電阻泄漏電流較大及強(qiáng)勵(lì)后的逆變，可控硅續(xù)流，直至轉(zhuǎn)子電壓變正，可控硅關(guān)斷，勵(lì)磁系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4 處理結(jié)果

維護(hù)人員對(duì)新的跨接器觸發(fā)板進(jìn)行BOD正向?qū)妷候?yàn)證及轉(zhuǎn)子正反向過(guò)壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，將新的跨接器觸發(fā)板安裝到位。開機(jī)做零起升壓試驗(yàn)，并對(duì)勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流、導(dǎo)通角進(jìn)行錄波，波形正常，零起升壓試驗(yàn)合格。3號(hào)機(jī)組并網(wǎng)后勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

拉西瓦水電站3號(hào)機(jī)組強(qiáng)勵(lì)是由于跨接器觸發(fā)板上電阻損壞導(dǎo)致跨接器的誤導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子回路接入阻性負(fù)載，消耗轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器強(qiáng)勵(lì)。跨接器控制邏輯設(shè)計(jì)的可恢復(fù)性，使強(qiáng)勵(lì)過(guò)后勵(lì)磁系統(tǒng)依然能夠正常運(yùn)行，有效避免了不必要的勵(lì)磁跳機(jī)事故。

[1]熊巍,劉作輝,孫新志,劉華偉,王劍.可恢復(fù)性跨接器[Z].李基成 SIC非線性電阻的性能特征[Z].