小水電勵(lì)磁裝置可控硅元件故障處理二例

曹方淼，安春愛(ài)

（浙江省天臺(tái)縣水電管理所，浙江 天臺(tái) 317200）

小水電勵(lì)磁裝置可控硅元件故障處理二例

曹方淼，安春愛(ài)

（浙江省天臺(tái)縣水電管理所，浙江 天臺(tái) 317200）

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

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁裝置；可控硅元件故障；快速判別處理

1基本概況

天臺(tái)縣現(xiàn)有水電站76座，裝機(jī)155臺(tái)，總裝機(jī)容量8.03萬(wàn)kW，其中，單機(jī)630 kW以下的低壓機(jī)組有141臺(tái)，自1989年通過(guò)農(nóng)村初級(jí)電氣化縣達(dá)標(biāo)驗(yàn)收后，至今的25年中新建成的水電站勵(lì)磁裝置，基本上都是采用可控硅靜止勵(lì)磁裝置和單機(jī)容量較小的雙繞組可控硅電抗分流勵(lì)磁方式，近年報(bào)廢重建和增效擴(kuò)容的老電站也有采用靜止勵(lì)磁取代了原有的旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)，提高了勵(lì)磁的動(dòng)態(tài)性能，而且維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。靜止勵(lì)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(jī)事故，可控硅元件的質(zhì)量好壞直接影響水電站的經(jīng)濟(jì)效益。可控硅勵(lì)磁裝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(lì)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(jī)磁場(chǎng)異常，電流不穩(wěn)、發(fā)生震蕩，甚至引起機(jī)組跳閘停機(jī)。而雙繞組可控硅電抗分流勵(lì)磁裝置是在原雙繞組電抗分流電路基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，主回路如圖2所示，在其三相整流橋臂上反向并1個(gè)可控硅，來(lái)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(wú)功功率。在功能上替代原老式的磁場(chǎng)變阻器分流轉(zhuǎn)子電流大小，達(dá)到調(diào)節(jié)前述參數(shù)的目的，并能通過(guò)檢測(cè)、比較電路和移相觸發(fā)脈沖電路自動(dòng)控制改變觸發(fā)角α來(lái)穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。如這個(gè)可控硅發(fā)生故障，就無(wú)法控制勵(lì)磁電流，機(jī)組也無(wú)法正常運(yùn)行。

圖1

圖2

2故障處理實(shí)例

2.1可控硅勵(lì)磁裝置的故障處理

南平水電站裝機(jī)1臺(tái)320 kW，采用可控硅三相半控橋自并激勵(lì)磁方式。在一次雷擊跳閘飛車事故后，重新并網(wǎng)操作時(shí)發(fā)現(xiàn)因電壓不能保持在空載電壓無(wú)法發(fā)電而求助技術(shù)支持，技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行簡(jiǎn)略檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，除有一只可控硅擊穿損壞外，其他元器件均無(wú)異常，拆除和更換損壞的可控硅元件后，開機(jī)起勵(lì)觀察升壓正常，由于電網(wǎng)無(wú)電不能并網(wǎng)，空載運(yùn)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(yùn)行工并網(wǎng)操作順利，但經(jīng)過(guò)1 h左右的滿負(fù)荷運(yùn)行后機(jī)組出現(xiàn)震蕩，電流不穩(wěn)于是解列停機(jī)。第二天繼續(xù)對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行檢查測(cè)量仍未發(fā)現(xiàn)有異常，對(duì)可控硅元件逐個(gè)拆下用外加5 V電源和燈珠方法進(jìn)行檢測(cè)顯示正常。于是再次起勵(lì)升壓并網(wǎng)，滿載運(yùn)行正常，不到1 h，問(wèn)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(shí)測(cè)試顯示正常，而在額定電流狀態(tài)下經(jīng)過(guò)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(jī)2臺(tái)，1臺(tái)75 kW，1臺(tái)125 kW,采用雙繞組可控硅電抗分流勵(lì)磁方式，在豐水期的一段時(shí)間，125 kW發(fā)電機(jī)經(jīng)常間歇性發(fā)生勵(lì)磁異常,電流表顯示大幅度擺動(dòng),發(fā)出陣陣轟鳴聲,不能穩(wěn)定發(fā)電，在滿荷載時(shí)常會(huì)發(fā)生震蕩過(guò)電流跳閘。對(duì)勵(lì)磁回路元器件的檢測(cè)卻未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。于是開機(jī)在線測(cè)試，首先將可控硅分流回路斷開，即相當(dāng)于把勵(lì)磁副繞組經(jīng)三相整流橋后全值加入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，在機(jī)組達(dá)額定轉(zhuǎn)速左右時(shí)自勵(lì)建壓正常，顯示機(jī)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(jìn)一步調(diào)整頻率至50Hz空載運(yùn)行30min后認(rèn)為一切正常后并網(wǎng)發(fā)電，帶負(fù)荷至滿載，勵(lì)磁電流至額定值觀察運(yùn)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(gòu)?fù)吞?hào)可控硅元件更換后運(yùn)行恢復(fù)正常。

3現(xiàn)象分析

對(duì)上述二例可控硅元件故障的判斷是在限于經(jīng)驗(yàn)和檢測(cè)設(shè)備，不可能一步到位地對(duì)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(duì)各種情況進(jìn)行排除后所得出的結(jié)論，這些現(xiàn)象說(shuō)明了一些問(wèn)題的可能性，如2.1所示的可控硅失控情況現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為過(guò)勵(lì)狀態(tài)發(fā)生的震蕩，如果是欠勵(lì)狀態(tài)就說(shuō)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(gè)PN結(jié)的損壞。而2.2所表現(xiàn)的是欠勵(lì)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(wú)疑是過(guò)勵(lì)的了。另一方面對(duì)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(wèn)題和產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。也有電站因?yàn)閯?lì)磁風(fēng)機(jī)故障停轉(zhuǎn)而未發(fā)出信號(hào)的情況發(fā)生，導(dǎo)致散熱不暢溫度過(guò)高，造成可控硅的過(guò)熱失控而停機(jī)的。

4結(jié)束語(yǔ)

可控硅元件是小水電同步發(fā)電機(jī)勵(lì)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(jì)效益的基本要求，而在故障發(fā)生時(shí)正確判別對(duì)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(gòu)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(jià)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(yù)的產(chǎn)品；②在運(yùn)行過(guò)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(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流等。總之，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)：

[1]韓云勇.可控硅勵(lì)磁裝置故障分析及處理[J].小水電，1994（04）.

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

中圖分類號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(jiǎn)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。