拉西瓦水電站3號機組強勵動作分析

秦會會,白永福

（黃河上游水利水電有限責任公司拉西瓦發電分公司,青海 貴德 811700）

1 概述

拉西瓦水電站是黃河上游最大的電站，單機容量700MW水輪發電機組，電站設計總裝機容量4200MW。發電機勵磁方式為自并勵，勵磁電源取自發電機機端并聯的勵磁變壓器，調節器采用瑞士ABB UNITROL 5000靜止整流勵磁系統，型號為A5S-0/U251-S4500，雙自動通道互為熱備冗余，每一通道含手動控制；正常停機采用逆變滅磁，轉子過壓及外部跳閘等非正常運行狀態采用可控硅跨接器串聯SIC非線性電阻滅磁；跨接器控制邏輯設計具有可恢復性，避免了不必要的勵磁跳機事故。

2 強勵動作

2014年10月29日07時29分，拉西瓦水電站監控上位機報“3號機組勵磁系統強勵”，勵磁系統本體無任何報警，故障錄波啟動。此時，3號機并網運行，全廠及單機AGC模式未投，運行人員對3號機未進行任何調頻調壓操作。

維護人員查看故障錄波發現強勵動作持續460ms，重要參數波形變化如圖1：

圖1 強勵啟動時波形圖

如圖1所示：紅色坐標線是強勵啟動時刻t0，綠色坐標線是勵磁電壓勵磁電流波形開始變化時刻t1，約在強勵啟動前13ms。機端電壓波形正常，相電壓有效值變化范圍9.240kV-10.810kV；勵磁電流在t1時刻開始有交流分量，最大達到5253.51A；勵磁電壓在t0后基本都在正半軸，最大772.34V、最小-312.83V；勵磁變低壓側電流波形t1時刻起由水平方波變為類似線電壓包絡線的波頭。強勵過程波形幾乎沒有變化，直至強勵結束，波形恢復至強勵動作前。

維護人員對勵磁系統進行了詳細檢查，著重檢查了直流回路的絕緣及回路上的自動化元件和重要控制板件。檢查發現，滅磁電阻柜內的跨接器觸發板上一10Ω的四環電阻鼓包，有明顯龜裂紋，測量該電阻阻值為11.3Ω，對比正常電阻阻值為12.4Ω，雖然阻值變化不大，但可以肯定其工作性能已經受到嚴重破壞，考慮到跨接器觸發板的重要，需更換新的跨接器觸發板。

3 原因分析

3.1 跨接器導通原理

如圖2所示，F02為跨接器，由三個可控硅及一個電流傳感器組成，可控硅陽極和門極共陰極，當門極與陰極之間的壓差達到可控硅的觸發電壓可控硅導通。其中可控硅V1用于轉子正向過壓保護，可控硅V2用于外部跳滅磁開關滅磁線圈I滅磁和轉子反向過壓保護，可控硅V3用于外部跳滅磁開關線圈II滅磁，T1是霍爾傳感器，當跨接器可控硅導通時，向調節器發出導通信號，由調節器進行邏輯處理。

圖2 勵磁系統直流輸出回路

A02為跨接器觸發板，核心部件為折返二極管（BOD）V1000，其正向導通電壓為2800V，當有轉子過壓使其陽極與陰極壓差大于等于2800V時導通，低于2800V時關斷，從而實現對跨接器可控硅V1、V2導通的控制。

3.2 跨接器控制邏輯

當機組運行時出現轉子正向（或反向）過壓，電壓大于2800V時，A02觸發V1（或V2）導通將非線性電阻R02接入轉子回路，將轉子電壓限制為非線性電阻兩端的電壓，同時，T1檢測到電流通過，若該電流絕對值大于參數中“TRIG I CROWBAR A（跨接器觸通電流安培數）”設定值時，T1發送信號給調節器，調節器認為跨接器導通。

若是轉子正向過壓使調節器認為跨接器導通，調節器會閉鎖輸出到整流橋的脈沖，正常情況下，500ms內，V1由于受到轉子瞬時電壓變為負值而截至，T1檢測不到電流，調節器恢復向整流橋輸出脈沖。若500ms內，調節器大于1次檢測到跨接器導通，則跳滅磁開關；若跨接器電流大于跨接器觸通電流安培數設定值持續周期大于500ms，調節器發失步信號，不跳滅磁開關。

若是轉子反向過壓使調節器認為跨接器導通，調節器跳滅磁開關。

3.3 強勵動作的原因

跨接器觸發板上損壞電阻位于與引腳6串聯的阻容回路中，如圖2所示，引腳6通過非線性電阻接在轉子負極，是V1的陰極、V2的陽極，該電阻的損壞破壞了引腳6過濾過壓尖峰及高次諧波的能力。那么：

當一個大于2800V的轉子反向過壓尖峰到來，引腳6不能有效過濾，該電壓直接加在BOD上，BOD導通，使V2的門極引腳2與V2的陰極引腳1之間達到其導通電壓（約5VDC），V2導通，轉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，每組由6串并聯，每串由16片串聯，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，即勵磁電壓的1/2；

I—通過非線性電阻的電流；

Ns—非線性電阻的串聯片數，Ns=16；

Np—非線性電阻的串聯片數，Np=6；

K、β—非線性電阻伏安特性計算系數，與非線性電阻型號有關。拉西瓦水電站勵磁系統非線性電阻采用的是M&I Materials 公司生產的型號為600A/U S16/P Spec 6298非線性電阻，故K=35、β=0.40。

已知參數“TRIG I CROWBAR A（跨接器觸通電流安培數）”是190A，根據公式1計算可得此時RO2兩端的電壓是4461.27V，遠遠大于強勵過程里反向勵磁電壓最大值-312.83V。

故T1檢測到的電流遠遠小于跨接器觸通電流安培數，調節器認為跨接器未導通，勵磁系統本體沒有任何報警發出。但是由于轉子回路接入非線性電阻，所以直流回路的負載變為電阻較大的阻感負載，如圖1所示，勵磁變壓器低壓側相電流波形由大電感時的水平方波變為類似線電壓包絡線的波頭，同時由于非線性電阻消耗了磁能，轉子磁場能量銳減，調節器減通過小導通角強勵增加以維持機端電壓，如圖1所示，勵磁電壓波形由正負都有變為基本全部為正。在過壓尖峰過去之后，由于SIC非線性電阻泄漏電流較大及強勵后的逆變，可控硅續流，直至轉子電壓變正，可控硅關斷，勵磁系統恢復正常。

4 處理結果

維護人員對新的跨接器觸發板進行BOD正向導通電壓驗證及轉子正反向過壓試驗，試驗合格后，將新的跨接器觸發板安裝到位。開機做零起升壓試驗，并對勵磁電壓、勵磁電流、勵磁變低壓側電流、導通角進行錄波，波形正常，零起升壓試驗合格。3號機組并網后勵磁系統運行正常。

5 結束語

拉西瓦水電站3號機組強勵是由于跨接器觸發板上電阻損壞導致跨接器的誤導通，轉子回路接入阻性負載，消耗轉子磁場能量，導致調節器強勵。跨接器控制邏輯設計的可恢復性，使強勵過后勵磁系統依然能夠正常運行，有效避免了不必要的勵磁跳機事故。

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