曹方淼，安春愛

（浙江省天臺縣水電管理所，浙江 天臺 317200）

小水電勵磁裝置可控硅元件故障處理二例

曹方淼，安春愛

（浙江省天臺縣水電管理所，浙江 天臺 317200）

摘要：天臺縣農(nóng)村小水電普遍采用可控硅勵磁方式和雙繞組可控硅電抗分流勵磁方式。根據(jù)歷年檢修經(jīng)驗，各電站由于勵磁系統(tǒng)故障造成停機的，要占到所有停機事故的50%以上，因此，快速判別故障原因和及時處理，可大大減少發(fā)電損失、提高經(jīng)濟效益，特別是在豐水期間尤其重要。本文以前述二種勵磁方式的停機事故為例，分析正確判斷和消除故障的過程。

關(guān)鍵詞：勵磁裝置；可控硅元件故障；快速判別處理

1基本概況

天臺縣現(xiàn)有水電站76座，裝機155臺，總裝機容量8.03萬kW，其中，單機630 kW以下的低壓機組有141臺，自1989年通過農(nóng)村初級電氣化縣達標(biāo)驗收后，至今的25年中新建成的水電站勵磁裝置，基本上都是采用可控硅靜止勵磁裝置和單機容量較小的雙繞組可控硅電抗分流勵磁方式，近年報廢重建和增效擴容的老電站也有采用靜止勵磁取代了原有的旋轉(zhuǎn)勵磁機，提高了勵磁的動態(tài)性能，而且維護方便、運行穩(wěn)定可靠。靜止勵磁裝置在小型水電站的應(yīng)用廣泛，其可控硅元件就是這些裝置中的重要元件，可控硅元件出故障必然造成停機事故，可控硅元件的質(zhì)量好壞直接影響水電站的經(jīng)濟效益?？煽毓鑴畲叛b置一般都采用三相半控橋方式，主回路如圖1所示，回路中可控硅是勵磁系統(tǒng)主要元器件，3只可控硅中只要1只故障就能造成同步發(fā)電機磁場異常，電流不穩(wěn)、發(fā)生震蕩，甚至引起機組跳閘停機。而雙繞組可控硅電抗分流勵磁裝置是在原雙繞組電抗分流電路基礎(chǔ)上改進而來，主回路如圖2所示，在其三相整流橋臂上反向并1個可控硅，來分流、控制三相橋式整流電路輸入轉(zhuǎn)子繞組的電流，用以改變空載電壓和在并網(wǎng)狀態(tài)下的無功功率。在功能上替代原老式的磁場變阻器分流轉(zhuǎn)子電流大小，達到調(diào)節(jié)前述參數(shù)的目的，并能通過檢測、比較電路和移相觸發(fā)脈沖電路自動控制改變觸發(fā)角α來穩(wěn)定發(fā)電機的運行狀態(tài)。如這個可控硅發(fā)生故障，就無法控制勵磁電流，機組也無法正常運行。

圖1

圖2

2故障處理實例

2.1可控硅勵磁裝置的故障處理

南平水電站裝機1臺320 kW，采用可控硅三相半控橋自并激勵磁方式。在一次雷擊跳閘飛車事故后，重新并網(wǎng)操作時發(fā)現(xiàn)因電壓不能保持在空載電壓無法發(fā)電而求助技術(shù)支持，技術(shù)人員到現(xiàn)場后進行簡略檢測發(fā)現(xiàn)，除有一只可控硅擊穿損壞外，其他元器件均無異常，拆除和更換損壞的可控硅元件后，開機起勵觀察升壓正常，由于電網(wǎng)無電不能并網(wǎng)，空載運轉(zhuǎn)30min一切正常，于是結(jié)束返回，等電網(wǎng)恢復(fù)后，電站運行工并網(wǎng)操作順利，但經(jīng)過1 h左右的滿負荷運行后機組出現(xiàn)震蕩，電流不穩(wěn)于是解列停機。第二天繼續(xù)對勵磁裝置進行檢查測量仍未發(fā)現(xiàn)有異常，對可控硅元件逐個拆下用外加5 V電源和燈珠方法進行檢測顯示正常。于是再次起勵升壓并網(wǎng)，滿載運行正常，不到1 h，問題重現(xiàn)。據(jù)此判斷為可控硅元件存在熱擊穿現(xiàn)象，也就是可控硅元件的熱穩(wěn)定性已遭到破壞，冷態(tài)時測試顯示正常，而在額定電流狀態(tài)下經(jīng)過1 h左右的溫升就可使元件失控，因此必須更換。更換后經(jīng)過長時間運行未再發(fā)生異常。

2.2雙繞組電抗分流磁裝置的故障處理

盤龍水電站裝機2臺，1臺75 kW，1臺125 kW,采用雙繞組可控硅電抗分流勵磁方式，在豐水期的一段時間，125 kW發(fā)電機經(jīng)常間歇性發(fā)生勵磁異常,電流表顯示大幅度擺動,發(fā)出陣陣轟鳴聲,不能穩(wěn)定發(fā)電，在滿荷載時常會發(fā)生震蕩過電流跳閘。對勵磁回路元器件的檢測卻未發(fā)現(xiàn)問題。于是開機在線測試，首先將可控硅分流回路斷開，即相當(dāng)于把勵磁副繞組經(jīng)三相整流橋后全值加入轉(zhuǎn)子勵磁，在機組達額定轉(zhuǎn)速左右時自勵建壓正常，顯示機端電壓表接近滿偏，投入可控硅后可調(diào)節(jié)電壓調(diào)整電位器至電壓額定值，進一步調(diào)整頻率至50Hz空載運行30min后認為一切正常后并網(wǎng)發(fā)電，帶負荷至滿載，勵磁電流至額定值觀察運行狀態(tài)。在發(fā)電45min左右即發(fā)生前述現(xiàn)象，因此斷定是可控硅元件熱穩(wěn)定失常而造成失控。于是采購?fù)吞柨煽毓柙鼡Q后運行恢復(fù)正常。

3現(xiàn)象分析

對上述二例可控硅元件故障的判斷是在限于經(jīng)驗和檢測設(shè)備，不可能一步到位地對可控硅元件作出取舍的決定，只能在反復(fù)調(diào)試的基礎(chǔ)上對各種情況進行排除后所得出的結(jié)論，這些現(xiàn)象說明了一些問題的可能性，如2.1所示的可控硅失控情況現(xiàn)場表現(xiàn)為過勵狀態(tài)發(fā)生的震蕩，如果是欠勵狀態(tài)就說明可控硅的熱擊穿有不確定性，有可能是全導(dǎo)通狀態(tài)，也有可能是單個PN結(jié)的損壞。而2.2所表現(xiàn)的是欠勵狀態(tài)的震蕩，是一種導(dǎo)通性熱擊穿，反之如果可控硅是斷路狀態(tài)的損壞，在圖2上可以看出相當(dāng)于不加分流器的狀態(tài)，無疑是過勵的了。另一方面對于為什么可控硅有這種狀態(tài)即冷態(tài)正常熱態(tài)壞，這就牽涉到原材料的性能問題和產(chǎn)品的質(zhì)量問題。也有電站因為勵磁風(fēng)機故障停轉(zhuǎn)而未發(fā)出信號的情況發(fā)生，導(dǎo)致散熱不暢溫度過高，造成可控硅的過熱失控而停機的。

4結(jié)束語

可控硅元件是小水電同步發(fā)電機勵磁裝置中的重要元器件，選好和用好可控硅元件是保證小水電經(jīng)濟效益的基本要求，而在故障發(fā)生時正確判別對快速處理起決定性作用。為了防止以上情況的發(fā)生和少發(fā)生，①在選購元器件及備品備件上就應(yīng)有選擇性，現(xiàn)在的元器件生產(chǎn)廠家很多，價格也是不盡相同，當(dāng)然質(zhì)量也不一樣，要選擇知名和有信譽的產(chǎn)品；②在運行過程中多加觀察，有否與以往不同及溫度變化情況，如通風(fēng)不良，長時間過電流等?？傊?，認真總結(jié)經(jīng)驗，在各種表面現(xiàn)象中抓住本質(zhì)，才能盡快地排除故障提高效益。

參考文獻：

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[2]李祥鋒，孫向紅.可控硅勵磁裝置的完善[J].電網(wǎng)與清潔能源，2006（S1）.

中圖分類號：TV734

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0032-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.012

收稿日期：2015-03-11

作者簡介：曹方淼（1956-），男，工程師，從事小水電管理和技術(shù)服務(wù)工作。