小水电站可控硅励磁装置故障分析及处理

小水电站可控硅励磁装置故障分析及处理
摘要:可控硅励磁是近年来小型水电站较为常用的发电机励磁方式，与传统的直流励磁机励磁相比，具有反应快、体积小、能耗低，易维修等优点，但由于可控硅励磁装置承受过电压和过电流的能力较差，短时间的过电压和过电流就会把器件损坏，且触发电路本身也极易受到来自电网同步信号中高次谐波的干扰而产生误触发。

因此，正确合理地使用、操作可控硅励磁装置是水力发电机组及电气设备安全可靠运行的重要保证。

关键词水电站可控硅励磁故障分析处理
0引言
广东省揭阳市三洲小水电站为坝后式电站，于2004年5月建成投产发电，总装机容量为4×250KW，发电机型号为SF250 32/2150,额定功率为250KW，额定电压400伏，额定电流为451安，采用三相半控桥式可控硅励磁装置励磁。

电站经过一年多的运行，出现过两次可控硅励磁系统故障，造成较大经济损失。

1故障一
1.1故障过程
2004年10月23日下午，1号发电机组启动并网后增加负荷时功率柜出现故障，之后又出现了逆变失败的信号，经检查发现可控硅元件遭受过电压而击穿损坏。

1.2故障分析
通常情况下，发电机由失步到同步或者异步运行时，都会产生较长时间的电压大幅值，而且反复出现，这个复制电压可以达到励磁绕组额定电压的三倍甚至更大。

发电机一步启动也会产生过电压，主要是由于灭磁开关灭磁和发电机不对称短路(特别是短路前发电机进相运行)时产生的。

定子部分也会产生过电压，主要是由于机组负荷较大时励磁电流不能迅速复位而造成的。

由于可控硅的缺点是对过电压和过电流的适应能力较差，是一种比较“娇气”的电气元件，在发电机组启动并网后经常受到电网电流的冲击，可控硅励磁装置容易受到发电机端电压突变及电网波动影响而损坏。

通过综合分析，上述故障主要是由于过电压引起可控硅的损坏，有的是整流回路直流侧产生的过电压，有的是交流回路产生或串入的过电压。

三相半控桥式整流接线图
1.3故障处理及改进措施
首先，针对述上问题可以采用在可控硅输出的直流侧加装一套GB01型过压吸收装置，GB01型过压保护器的作用是它可以充分利用高能氧化锌压敏电阻的良好非线性特性，同时他还有容量大、动作迅速、自动复归的特点，这些可以使它能很好地吸收直流侧的过电压。

其次，在可控硅的交流侧也可以加装一套GRC过压吸收装置，GRC可以很好地把交流电压变成直流电压，然后利用电容两端电压不能突变的原理抑制可控硅交流侧可能出现的过电压。

可控硅烧坏一般不在交流侧就在直流侧，所以这两侧都要加强保护，通过对交流和直流侧的双向保护可以很好地解决可控硅被损坏的事故。

2故障二
2.1故障过程
2005年的9月5日上午，3号发电机组在运行过程中突然跳闸，三相半控桥式整流装置发生了烧毁1KGZ晶闸管的事故，在检修人员更换该器件后，再次投入运行，又发生了烧坏晶闸管、二极管、熔断器和断路器的事故，而且器件都是连续烧坏。

2.2故障分析
本水电站使用的可控硅励磁装置主要由半控桥（励磁变压器从机端提供三相电源通过三相半控桥）和调节器（整流输出所需的励磁功率，输出励磁电流大小由装置内调节系统）组成，其作用实质上就是通过发电机的定子和转子构成一个闭环系统，可以反馈控制，保证发电机的端电压和无功功率能够自动调节。

由于小水电站装机容量较小，其10kv输电线路通常与农村用户的10kv配电线路共用，运行相对不稳定，容易发生跳闸现象，当机组拉闸、合闸和器件关断等电磁过程引起过电压或由于雷击等原因从电网侵入的偶然性浪涌电压，通过机端电压反馈到励磁装置上时，均可能引起晶闸管击穿甚至烧毁。

另外，当电网处于峰荷或基荷时，无功过低或过高均使励磁系统处于频繁调节状态，也容易造成可控硅元件受到损坏。

综上所述，造成可控硅励磁系统连续出现故障的主要原因有：一是本套可控硅励磁装置本身质量有问题；二是发电机组并网后经常受到电网电流的冲击，可
控硅励磁装置容易受到发电机端电压突变及电网波动影响而损坏；三是本装置的励磁保护设施有待进一步改进，因可控硅是比较“娇气”的电气设备，应设有专门的保护装置；四是更换晶闸管后，发生励磁系统器件连续烧毁的直接原因是检修人员更换1KGZ晶闸管时倒置了晶闸管的阴阳极，引起电路波型畸变，产生高次谐波，反馈回路中更加重了励磁系统的紊乱和损坏。

2.3故障处理及改进措施
2.3.1故障处理
利用万用表和图示仪重新检测电路和各个元器件，将各个元件按照正确的接线方法接入励磁系统，并更换烧坏的熔断器和断路器，重新检查励磁系统的可靠性，在确保元器件正常、安全无误后，重新投入运行使用。

2.3.2改进措施
首先，在整流柜上标明更换元器件时应该注意的事项，避免再次出现失误，为确保备用器件的安全使用，对新购进的器件在使用前一定要进行性能检测，在其表面适当位置标注阴阳极，并注明使用方法和注意事项，避免下一次使用时误操作。

对可控硅的检测要特别注意，不能使用万用表的高阻档检测可控硅控制极与阴极阻值，以免门极的PN结被击穿，严禁使用兆欧表检查可控硅的绝缘性能。

其次，用JL-2SCRC型集成电路励磁调节器替换原来的合式励磁调节器插件组，这是为了避免多插件在使用中由于某一个器件的松动而造成连续烧坏元器件，采用JL-2SCRC型集成电路励磁调节器可以极大地提高发电机组运行的稳定性能。

最后，要注意为励磁装置定期打扫卫生，清除灰尘杂物，保证励磁装置通风、散热，特别是在夏季高温季节时尤其重要。

3结束语
可控硅励磁装置相对于原来的直流励磁机在性能上有了极大提高，但是可控硅励磁装置本身也有自己的弱点，它的耐用性能差，很容易被烧坏，在使用过程中容易发生故障，影响发电机组安全运行。

本文以两个故障实例进行原因分析，并结合实际对可控硅励磁装置进行技术改进，取得较好效果，经过多年的实践证明，上述的改进措施行之有效，技术也比较成熟。

参考文献
[1] 任子晖，仇润鹤．电网谐波分析模型的建立与滤波器设计[J]．中国矿业大学学报，2004，33(1)：45—49 ．
[2] 李君权，张国军．谐波电流对电力电容器的影响[J]．辽宁工程技术大学学报，2005，24(3)：397—399 ．
[3] 孙鸣，庞辉，丁明．基于PWM控制的无功补偿装置的原理与仿真研究[J]．煤炭学报，2004，29(6)：744～747 ．
[4] 张振华.水电站可控硅励磁装置事故处理[J]. 中国农村水利水电，2003（6）.
[作者简介]林松波，男，43岁，工程师.。