小浪底4號機勵磁系統故障原因分析與啟示

高凱陽，李銀鐺，陳 嶺，丁 凱

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南 鄭州 450000）

0 小浪底水電廠概況

小浪底水電廠是河南電網最大的水力發電廠，裝機容量6×300 MW，主要發揮調峰作用，當河南電網與華中電網解列運行時，擔任主調頻電廠，由于河南電網火電比例占90%以上，因此，小浪底水電廠對于維持河南電網穩定運行發揮了不可替代的作用。

1 勵磁系統介紹

1.1 系統概況

小浪底水電站水輪發電機組單機容量為300 MW，發電機勵磁裝置采用瑞典ABB公司 (型號為FMTB822)雙微機勵磁調節器，發電機組起勵采用交流起勵，雙微機冗余的自并激晶閘管靜態勵磁系統。勵磁電源取自發電機出口開關內側的勵磁變壓器，經三相橋式整流獲得。發電機勵磁系統設有兩套互為備用的自動電壓調節器(AVR)及勵磁電流調節器(FCR)。正常停機和事故時的滅磁方式采用跳開FMK(滅磁開關)串入滅磁電阻(SIC)。發電機組的勵磁系統組成包括勵磁變壓器、整流裝置及雙通道冗余勵磁調節器、單斷口磁場斷路器及滅磁電阻等。

1.2 工作方式

發電機勵磁系統采用三相全控橋式整流，2個功率柜互為備用。當發電機轉速升至90%額定轉速，磁場斷路器合上，勵磁調節器先檢測備用功率柜橋的狀況，再切換到主用功率柜橋運行。當主用橋退出運行時，可無擾切換到備用橋運行，確保不同運行方式全部連續運行；當主用和備用功率柜均發生故障時，自動跳發電機滅磁開關，切斷勵磁回路；當單柜風機電源消失、任一風機故障或風機電源過流時設置自動退柜并報警。

2 故障現象

某日19:43，4號機組出力283 MW，上位機報：4號機組勵磁系統事故，4號機組事故停機執行。同時上位機執行4號機組出口開關黃4開關斷開，4號機組執行事故停機流程。

事件造成4號機勵磁系統一套整流橋中可控硅元件V1損壞，并被省調記為非計劃停運。

3 原因分析

3.1 現象初步分析

“勵磁系統直流側短路”信號和“一套整流橋不導通”信號都是由勵磁系統DSTS102板判斷并觸發的。DSTS102板是一塊脈沖觸發板，用于觸發晶閘管啟動整流回路。DSTS102板接收由陽極側CT測量的轉子電流值，并檢測其中存在何種交流分量。

當直流側出現短路時，轉子電流中會出現與轉子電壓同頻率的300 Hz的交流分量。DSTS102板檢測到此交流分量，向勵磁系統PLC發出“直流短路”信號，勵磁系統跳閘。

當勵磁電源發生缺相或者一個或幾個可控硅故障不導通，轉子電流會產生100 Hz交流分量。DSTS102板檢測到此交流分量，向勵磁系統PLC發出“整流橋不導通”信號，切換至第2套整流橋，如果還有“整流橋不導通”信號，則勵磁系統跳閘。

小浪底電廠可控硅觸發極與陰極間的正常阻值應為15 Ω左右?？煽毓璞粨舸┗蛘甙l生軟故障等多種原因，都有可能導致可控硅觸發極與陰極間阻值為零。不同的是，可控硅被擊穿時，陰極和陽極同時被擊穿，阻值為零，可控硅完全損壞?？煽毓璋l生軟故障時，經過一段時間，其各項參數會向正常值回復，但已屬于病態，也不能夠繼續使用。

3.2 報警原因分析

勵磁系統如果直流側發生短路，短時間內會將整流橋及二次回路各種元器件燒毀，危及勵磁系統安全，因此必須立即跳閘，保護元器件安全。

通過事后對可控硅V1進行測量，發現其觸發極與陰極間阻值又恢復正常，但是，將可控硅晃動時，其阻值亦隨之變化，這種現象可以排除可控硅被擊穿的可能。

結合這些現象，分析存在兩種原因可能導致以上問題發生:

（1）由于可控硅元件V1的觸發極與陰極被擊穿，則V1的觸發脈沖被引入主回路，觸發脈沖信號是高頻信號，DSTS102板檢測到此信號，認為勵磁系統出現直流側短路故障，立即跳閘。

（2）整流橋回路中有兩個可控硅發生軟故障，導致勵磁系統發生直流側短路報警。當所有報警信號被復歸后重新試驗時，有一個可控硅參數恢復，因此只檢測到有“一套整流橋不導通故障”，而不再出現“勵磁系統直流側短路”報警。

3.3 現地檢查及試驗

維護人員到現地進行檢查，發現除上位機所報報警外，4號機組勵磁系統PLC上還有“直流短路”跳閘信號。經分析確定，這次跳閘是由勵磁系統直流側短路信號引起的。

將所有故障報警信號復歸，機組開至水輪機狀態，合滅磁開關建壓，發現無法從二套整流橋切換至一套，PLC上有“一套整流橋故障”報警信號。經分析確定，“一套整流橋故障”報警是由于“一套整流橋不導通”信號引起的。

檢查一套整流橋可控硅，發現可控硅元件V1的觸發極與陰極之間阻值近似為零，其他可控硅的阻值為15.3 Ω，將V1更換后，4號機組勵磁系統運行正常。

4 結語

電廠設備紛繁眾多，每一個設備都關乎電廠的安全穩定運行，運行值班員應該充分調動主觀因素，同時，進一步加強和完善監測手段，強化設備全生命周期管理，細化控制設備，注重冗余設計，優化設備控制和切換邏輯，同時做到以下幾個方面：

（1）經常性的檢查設備健康狀況，發現異常進行更換；

（2）完善監控手段，加強對設施設備的監控，及時掌握設備狀況，遇到問題及時切換；

（3）完善設備切換邏輯，檢測到故障后應及時切換至備用系統，防止設備帶病運行，從而將事故擴大；

（4）定期對可控硅等關鍵元件參數進行檢測；

（5）加強對設備的生命周期進行分析，在壽命達到極限前及時進行更換。