一起EX2100勵磁系統整流橋故障的淺析

摘要：通過某燃氣電廠發電機EX2100勵磁系統整流橋故障，對該故障進行分析，了解EX2100三相全波整流原理運行及故障判斷。

關鍵詞：整流橋故障;三相全波整流;相間短路;開關特性;

0.前言

發電機勵磁系統整流橋直接關系到發電機是否能正常運行，運行中整流橋運行的可靠性顯得尤為重要，運行中當出現整流橋故障后，應如何分析判斷是本文重點闡述的。

1、概述

某燃氣電廠四臺發電機是由哈爾濱電氣動力公司制造的390H全氫冷發電機，四臺發電機勵磁系統均采用GE公司EX2100全靜態勵磁裝置，EX2100勵磁裝置采用冗余系統，整流柜內有兩套整流裝置，M1主M2備，正常在M1橋運行，當M1整流橋故障時，自動切換至M2整流橋。勵磁變連接于6kV母線上，勵磁電流經勵磁變壓器經整流橋整流后獲取，勵磁系統的整流橋為三相全波整流，每個整流橋內有6個可控硅，每個可控硅配備兩個并聯熔絲（每個熔絲額定電流是800A）。

2、事件經過及檢查情況

2.1事件經過

2018年11月30日14：24，某燃氣電廠#3機MK VI報：“Cell 3 No Conduct”（M1橋3號可控硅無導通電流）報警，勵磁調節控制器由M1自動切至M2運行，切換時勵磁電流由1357A下降至1201A后馬上返回、勵磁電壓由416V下降至368V后馬上返回。

2.2檢查情況

2.2.1 檢查#3機勵磁系統M2整流橋運行情況，各參數均運行正常。

2.2.2 檢查勵磁控制器M1故障代碼為182（Cell 3 No Conduct），初步判斷M1整流橋有故障。

2.2.3 查看#3機勵磁系統M1整流橋元器件，發現1、3號可控硅的熔絲均已熔斷。

2.2.4 檢查#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關6324保護裝置，保護裝置發高壓側三相過流保護動作告警，查看錄波發現故障前電流波動不大。

2.2.5 在MK VI上查看勵磁系統切換前后的#3發電機勵磁電壓、電流、發電機機端電壓、電流、發電機有功功率曲線，發現并無明顯波動。

2.2.6 檢查#3發電機本體運行無異音、勵磁刷架無打火現象。

綜合以上檢查，初步判斷為勵磁系統M1整流橋內部可控硅有故障，暫由M2整流橋運行。

3.M1整流橋故障進一步處理經過

2018年11月30日晚上停機后，檢修人員對#3機勵磁系統整流柜M1橋故障進行處理，對M1橋上的6個可控硅及其配套熔絲進行檢查，檢查結果如下：

熔絲FU1、FU3已熔斷（對應A相和C相），FU2、FU4、FU5、FU6熔絲完好;

可控硅VD3（A相）已燒穿，兩側電阻為0;

可控硅VD1（C相）未燒穿，但其開關特性已不滿足要求;

可控硅VD2、VD4、VD5、VD6未燒穿，開關特性也滿足要求。

由此判斷是因為M1整流橋的可控硅故障引起熔絲熔斷，造成勵磁系統故障切至M2橋運行。隨后檢修人員更換故障的元器件，并聯系運行人員將勵磁系統手動切換至M1橋工作，將#3機冷拖啟動至3000rpm，查看#3機勵磁系統各參數均正常后發停機令。2015.03.31日，#3機正常啟動并網，勵磁系統各參數正常。

4、故障分析

4.1、故障原因推斷

EX2100勵磁系統的整流原理為三相全波整流，整流原理圖如下：

在全波整流過程中，始終保持有兩個可控硅在導通狀態，其中一個在正極側，另一個在負極側。其導通時刻表可見下圖：

如圖2所示，在t1時刻，可控硅VD2、VD3、VD4、VD5本該關斷，由可控硅VD1、VD6和轉子繞組形成電流回路。根據故障現象推斷：VD3由于元器件壽命及老化原因發生故障，在t1時刻沒有發生關斷，始終保持在導通狀態。此時就會出現VD1、VD3、VD6三個可控硅同時導通，由圖4可知，此狀態下A、C兩相會途徑VD1、VD3形成相間短路，相間短路電流過大直接使得VD1、VD3兩側的熔絲FU1、FU3燒斷，M1橋跳閘，勵磁系統切換至M2橋工作，同時勵磁變高壓側也因相間短路發出變壓器過流II段告警。

可控硅VD1由于勵磁系統熔絲FU1及時熔斷，使得VD1并未被完全燒穿，但其開關特性已不滿足現場使用需求，故也將其退出運行。

4.2、故障分析

提取#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關6324保護裝置的故障錄波，由波形可知整個勵磁系統故障持續時間約為10ms，故障時勵磁變高壓側電流IA、IB幅值、相位幾乎一致，IC幅值是IA、IB的兩倍，相位與IA、IB相反，由此得出VD3可控硅元器件老化引起。

4.3、故障理論依據

我廠#3機勵磁變為Dy1的接線方式，根據其接線方式可得到勵磁變高壓側電流IA、IB、IC和低壓側電流Ia、Ib、Ic關系式為：

當勵磁變低壓側發生A、C相間短路，則Ia+Ic=0、Ib=0，那么可將上述方程式簡化為：

由上式可知勵磁變高壓側IA、IB幅值相同、相位也應相同，IC的幅值是IA的兩倍，相位相反。與#3機6kV配電室#3機勵磁變電源開關6324保護裝置的故障錄波波形基本一致，故判斷為勵磁變低壓側發生A、C相相間短路。

5、結論

通過以上分析判斷得出#3機勵磁系統故障M1橋故障原因可控硅VD3在運行中發生故障，無法關斷，繼而使得勵磁變低壓側A、C相發生短路故障，使得熔絲燒斷，M1橋故障切換至M2橋工作。

6、防范措施

1、加強備品備件的管理，針對此類故障應舉一反三，重點的元器件應有足夠的備件。

2、加強與勵磁系統生產廠家的研發人員進行溝通，進一步分析可控硅VD3在運行中發生無法關斷的原因。

3、針對此次故障，加強班組內部學習和同類型的燃機電廠的經驗交流，做好事故預想的工作。

參考文獻：

1、中國電力出版社《大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術叢書 》設備及系統分冊，2009年4月.

2、福建晉江天然氣發電有限公司《集控運行規程（電氣分冊）》，2014年01月10日.

作者簡介：

何熙（1984.10.15-），畢業于武漢理工大學，電氣工程與自動化專業，本科學歷，電氣工程師，現從事發電部電氣專業主管工作。