某水電廠機組轉子電壓異常跳變分析處理

蔣凱倫，劉 宇，曾輝斌

（1.五凌電力有限公司近尾洲水電廠，湖南 衡陽 421127；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

某水電廠勵磁系統為廣州擎天勵磁系統，由調節柜、A套功率柜、B套功率柜滅磁柜四部分共同組成。每個功率柜內有6個可控硅，機組正常運行時，勵磁調節柜內A通道調節器發出可觸發可控硅導通的方波給AP27、AP37功率智能板的脈沖觸發芯片。芯片檢測到方波的上升沿時則發出觸發可控硅導通的觸發脈沖，在機組停機的條件下檢測到方波的下降沿時則關斷觸發可控硅導通的觸發脈沖，從而達到調節轉子電壓的功能。

2 故障情況概述

2017年12月5日某水電廠1號機組停機轉備用，專業人員發現監控GA01觸摸屏上轉子電壓顯示異常，電壓在6～11 V之間跳動，運行人員將故障情況匯報運維負責人，運維負責人接通知后安排班組對此異常現象進行檢查處理。

3 檢查情況

（1）查閱上位機事件列表：

2017.1 1.19 09：00開機-2017.11.21 22：00停機轉子電壓：0 V正常。

2017.1 1.28 16：00開機-2017.11.29 01：00停機 轉子電壓出現異常，最小電壓：3.959 V，最大電壓：11.375 V。

2017.1 1.30 08：00開 機-2017.12.05 10：00停機轉子電壓異常，最小電壓：4.703 V，最大電壓：11.615 V。

（2）對現地進行檢查，檢查情況如下：

停機后，現地檢查1號機組滅磁屏柜內直流電壓變送器，測量輸入電壓21 V左右，輸出電流為4.3～4.4 mA之間跳動，在直流母排正、負極進行測量，直流電壓21 V左右，同時發現存在交流電壓185 V。

拉開勵磁變3151刀閘后，直流母排上交流電壓和直流電壓為0 V。

再次合上勵磁變3151刀閘，直流母排上測得數據為：交流電壓：正極-地：109.78 V，負極-地：55.49 V，正-負極：56.75 V；直流電壓：正極-地：1.4 V，負極-地：10.31 V，正-負極：8～10 V。示波器記錄波形如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 故障排除前直流母排上正極-地（100 V）

圖2 故障排除前直流母排上負極-地（50 V）

圖3 故障排除前直流母排上正-負（50 V）

（3）對可控硅絕緣進行檢查，檢查結果如表1、表2所示（萬用表檢測）。

表1 A套功率柜可控硅絕緣值

表2 B套功率柜可控硅絕緣值

4 故障處理及原因分析

根據現場的檢查情況及原理圖（圖4），我們初步判斷以下幾個方面發生故障的情況下將導致機組停機后轉子電壓的異常跳變：

圖4 整流橋整流輸出原理圖

（1）送至監控的轉子電壓模擬量直流電壓變送器B62發生故障；

（2）可控硅被擊穿絕緣損壞；

（3）功率柜內阻容保護板AP20被擊穿損壞，勵磁變交流電流倒送至直流母排；

（4）功率智能板AP27、AP37故障，無法關閉可控硅脈沖觸發角；

（5）A通道調節器故障導致可控硅脈沖觸發角一直保持。

針對以上原因分析，我們采取的具體處理過程如下：

（1）由于現場檢查測量發現1號機組停機后直流母排確有上21 V左右直流電壓，故排除直流電壓變送器B62發生故障而引起的轉子電壓跳變；現場對可控硅絕緣的檢查如表1、表2所示，各可控硅絕緣均大于0.5 MΩ，故排除可控硅被擊穿絕緣損壞而導致的勵磁變交流電流倒送至直流母排引起的轉子電壓異常跳變情況；

（2）拉開1號功率柜阻容保護保險FU27和2號功率柜阻容保護保險FU37，在直流母排上測得電壓數據如表3所示。

表3 故障消除前直流母排交、直流電壓數據

結合圖4所示，拉開了阻容保護的保險FU27和FU37，在勵磁發現直流母排上仍然存在較大交流電流，故可排除因阻容保護板損壞而導致的轉子電壓異常跳變；

（3）在停機進行開環小電流試驗檢查時發現AP27、AP37功率智能板的V4脈沖指示燈一直點亮如圖5、圖6所示，用示波器測量這兩端的波形，發現一直有一個方波脈沖在保持，波形如圖7所示，故V4可控硅一直保持在導通的狀態，所以在直流母排兩端能檢測到很大的交流電流，同時用筆記本檢查A通道調節器的脈沖觸發正常，故排除A通道調節器故障導致脈沖觸發不正常的可能性，初步確定是因功率智能板AP27、AP37故障導致脈沖觸發程序卡頓一直檢測到方波上升沿，無法關閉可控硅脈沖觸發角而導致V4可控硅一直處于導通狀態，致使其中一相電流通過V4可控硅倒送至直流母排側，導致直流母排側存在很大的交流電流而引起轉子電壓異常跳變。

圖6 AP37功率智能板脈沖指示燈

圖7 功率智能板上V4脈沖端子波形

在確定故障原因后，我們拉開調節柜內直流24 V電源開關（AP27、AP37模塊電源）后再合上直流24 V電源開關，將功率智能板AP27、AP37脈沖觸發程序重啟。重啟后V4可控硅方波沿消失，AP27、AP37的V4可控硅脈沖指示燈熄滅如圖8、圖9所示。

圖8 AP27功率智能板脈沖指示燈

圖9 AP37功率智能板脈沖指示燈

故障消除后在直流母排上測得電壓數據為：交流電壓：正極-地：27.36 V，負極-地：18.45 V，正-負極：8.54 V；直流電壓：正極-地：0.13 V，負極-地：0 V，正-負極：0.18 V，波形如圖10、圖11、圖12所示，對比故障消除前所測得的交、直流電壓數據，可以明顯看出交流電壓對地為20 V左右（感應電壓），直流電壓幾乎為零，由此可知功率智能板AP27、AP37在重啟刷新程序后已切除觸發V4可控硅導通的脈沖方波，V4可控硅處于截止狀態勵磁變交流電流無法通過可控硅倒送至直流母排側。

圖10 故障排除后直流母排上正極-地（20 V）

圖11 故障排除后直流母排上負極-地（20 V）

圖12 故障排除后直流母排上正-負（10 V）

5 危害及控制預防措施

5.1 可能造成的危害

（1）在機組停機狀態下（勵磁變高壓側刀閘3151未拉開），維護人員進行機組月度維保時直接觸碰到直流母排的兩端，易發生人身觸電事故；

（2）若直流母排側發生單相接地時，會產生大量的短路電流燒壞可控硅及保險造成設備損壞，從而造成經濟損失，甚至嚴重的會引起1號主變差動保護誤動甚至跳開1號主變高壓側開關造成其他運行機組因過速甩負荷非計劃停運。

5.2 控制預防措施

（1）在停機狀態下時，必須確保JDO2、JDO3內功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈已全部熄滅，若發現還有指示燈未熄滅，則拉開勵磁調節柜JDO1內直流24 V電源開關QF02，再檢查功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈是否已熄滅，熄滅后再重新合上直流24 V電源開關QF02；

（2）在日常的機組月度維護保養過程中，必須先看JDO2、JDO3內功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈是否在熄滅狀態，再用萬用表對直流母排的電壓進行測量，確認其兩端無電壓的情況下方可進行轉子極性轉換以及轉子絕緣測量的相關工作；

（3）對芯片進行程序升級，程序刷新后，進行開環小電流試驗和開停機試驗，確認機組停機后功率智能板AP27、AP37的脈沖指示燈無異常，并用萬用表測量直流母排兩端的電壓無異常。

6 結論

本案例是一起非典型的廣州擎天勵磁系統功率智能板AP27、AP37上因脈沖觸發程序卡頓導致觸發可控硅導通的脈沖方波一直保持，因可控硅一直處于導通狀態而造成機組停機后轉子電壓異常跳變的事件。若不及時發現消除將可能發生接地事故造成設備損壞運行機組停運，甚至會在機組停機維保過程中造成人身觸電傷亡事故。針對以前從未發生過的脈沖觸發程序卡頓事件，在無任何經驗可以借鑒的情況下，專業人員通過現場對比分析及排查，以開環小電流試驗為基準，示波器錄波分析法為手段，同時采用嚴謹的數據對比分析法為準繩最終確定故障根源消除故障，同時本文提出的為防止類似事件而引發的人身觸電事故所采取的安全措施，都值得大家借鑒和學習。