水電站直流系統(tǒng)在東南亞地區(qū)的故障分析與技術改造

劉本利，姚建中，王 亮，楊培瀚

（中國電建集團海外投資有限公司，北京100048）

1 概述

直流系統(tǒng)是水電站重要組成部分，給監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護裝置、斷路器操作及各類重要設備元件提供電源，關系到電站乃至整個電網(wǎng)的安全運行。系統(tǒng)構成見圖1。

圖1 直流系統(tǒng)系統(tǒng)構成

老撾、尼泊爾、緬甸等東南亞國家由于電網(wǎng)薄弱、遠距離輸電等因素造成電網(wǎng)不穩(wěn)定，尤其水電站甩負荷形成的短時高電壓，使發(fā)電廠直流系統(tǒng)充電模塊頻繁故障，返修率高。由于工程項目均在國外，備件供應及設備維修周期較長，成為電站長期穩(wěn)定運行的安全隱患，也對中國設備的質(zhì)量造成一定的負面影響。

2 故障分析

根據(jù)老撾、尼泊爾、緬甸幾個水電站長期運行經(jīng)驗，直流系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為充電模塊炸機，或是模塊上電后有放電聲，欠壓報警（E31故障）。經(jīng)對損壞的充電模塊進行專業(yè)檢測分析，炸機的主要原因為整流橋MOS管燒毀，系充電模塊輸入異常高壓情況下，不僅使整流橋MOS管過壓而燒毀，并破壞了周邊線路及器件，欠壓報警的原因為部分內(nèi)部電源用MOS管損壞。

上述模塊故障均因MOS管接入異常高電壓受損，而充電模塊（GF22020-10）設計輸入范圍是380 VAC±20%，過壓保護點為456 VA，這就表明實際接入的交流輸入電壓尖峰達到了500 V或更高，超過功率器件最高耐壓值，造成了MOS管損壞。

為此，電站現(xiàn)場經(jīng)過一段時間監(jiān)測電網(wǎng)運行情況及廠用電電壓，發(fā)現(xiàn)電壓穩(wěn)定性較差，尤其在機組甩負荷過程中，廠用電電壓會超過額定電壓380 VAC的30%，確認直流系統(tǒng)輸入過電壓是造成充電模塊損毀的直接原因。

3 改造技術方案

3.1 充電模塊配置加強型元器件

針對系統(tǒng)輸入異常電源電壓超過整流橋MOS管耐壓極限的情況，采用加強型功率元件，增加MOS管耐壓裕量，提高模塊抗電壓沖擊能力。

充電模塊原設計采用的整流橋MOS管為24N80（耐受電壓 800 V），調(diào)整為 24N90（耐受電壓900 V），考慮電壓應降額使用（降額系數(shù)0.9），整流橋MOS管耐壓可以承受810 V電壓。抗電壓瞬間擾動能力可以達到交流輸入的1.5倍，即電壓波動到574 VAC（1.5×380 VAC），計算公式如下：

此時，整流橋MOS管24N90較24N80的1.35倍抗電壓波動能力明顯增強。

3.2 交流進線端配置過壓保護裝置

當電網(wǎng)或電站機組甩負荷時，電網(wǎng)電壓會升高到較高的水平，并持續(xù)時間較長，可達秒級，為了提高和完善過壓保護和接地的可靠性，特開發(fā)研制了過壓保護裝置，該保護裝置配合相應容量的空開使用，當電壓較長時間過高時、缺相、欠壓時空開跳開，保護充電模塊；當發(fā)生相對較短時間的高電壓（高壓波峰）時，保護裝置通過阻容元件直接吸收及泄放此部分能量，避免直流電源充電模塊整流橋及壓敏等器件的損壞。原理圖如圖2。

3.3 配置隔離變壓器

根據(jù)電壓隔離保護理論和已有電站的運行經(jīng)驗，進線側配置隔離變壓器也能有效改善直流系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，保護充電模塊不被燒毀，但在建設完成，并投入運營的水電站項目中，設備布置存在較大困難，成本投入也較高，在具備條件的情況下，可以選擇使用。

4 實施效果

鑒于電站時間條件限制，直流系統(tǒng)的技術改造僅僅采用了措施3.1和3.2，在2年來的運行過程中，也經(jīng)歷了多次系統(tǒng)甩負荷或解列、電站機組甩負荷等特殊工況，直流系統(tǒng)再未出現(xiàn)充電模塊炸機、燒毀或其他類似故障，設備運行正常，證明該技術改造是成功的，直流系統(tǒng)設備適應了東南亞地區(qū)的運行環(huán)境。

圖2 原理圖

5 建議

（1）鑒于東南亞各國的電網(wǎng)情況，建議水電站直流系統(tǒng)設備在選型和技術參數(shù)選擇時充分考慮當?shù)剡\行環(huán)境，適當做好過壓保護措施。

（2）直流系統(tǒng)設備是電站安全的保障，建議選取高品質(zhì)的設備，而中國完全有能力設計、制造滿足需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

（3）直流系統(tǒng)設備是發(fā)電廠、變電站必備的常規(guī)產(chǎn)品，但技術細節(jié)仍需專業(yè)機構來分析診斷，建議專業(yè)的人做專業(yè)的事。