一起励磁系统小电流试验故障分析.doc

一起励磁系统小电流试验故障分析赵万明1 许其品2（1 黄河水电公司拉西瓦建设分公司 2 南京自动化研究院）摘要：本文在阐述可控硅励磁系统小电流实验中可能出现的故障基础上，对一起小电流实验故障做了比较详细的分析，使得励磁系统小电流故障分析的总结更加全面，同时指出了该故障产生的原因、现象、结果、危害及防范措施，对于从事励磁系统调试的工作人员具有很好的指导意义。关键词：励磁 同步 小电流数据库分类号：0 引言近年我国电源建设可谓突飞猛进，在建发电机机组的单机容量迅速提高，发电机的额定励磁电压和励磁电流都越来越大，励磁系统的安全性越来越显得特别重要，在早期的静态调试实验以及机组大修实验中，小电流试验是一项非常重要的试验。小电流试验可以发现励磁系统的同步、脉冲以及控制角的范围、可控硅的可靠触发等事关励磁系统安全可靠运行的重大问题，所以它是励磁系统中最重要的试验之一。而关于励磁系统小电流试验方面的文章鲜有发表，为了引起励磁工作人员对于小电流试验的重视，确保实验过程的顺利开展以及励磁系统安全稳定运行，本文将针对一起小电流试验中遇到的故障情况进行详细的分析，旨在为从事励磁设备调试的人员提供参考，以减少小电流实验中的盲目性，特别是在发生这种故障时能够及时发现问题的原因，及时解决问题，为现场工程进度赢得时间。1 可控硅励磁系统小电流试验的常见故障通常可控硅励磁系统主要有两种不同的同步方式：即PT同步和阳极同步。所谓PT同步是指可控硅触发脉冲的同步信号取自发电机机端PT电压信号的一种同步方式。所谓阳极同步是指可控硅触发脉冲的同步信号取自可控硅阳极电压信号的一种同步方式。当采用阳极同步，即励磁控制器的脉冲位置角的参考位置信号取自可控硅的阳极电压，此时由于可控硅的开通和关断以及换相电抗的作用，使得可控硅的阳极电压产生很大的畸变，如图一所示。而同步信号是用来作为可控硅整流桥触发脉冲自然换流点的位置的，所以这一信号必须有明确的过零点，即不能有重复的过零点，也不能有过零点的漂移，为此需要对取自可控硅阳极的电压进行滤波等处理，使得处理后的电压为比较标准的正弦波。而当励磁控制器的同步信号取自发电机的机端PT时，由于发电机机端的电压不容易受到可控硅开通和关断的影响，所以一般不需要太复杂的同步滤波处理回路。当然这两种同步方式各有优缺点，采用阳极同步可以简化小电流试验时的接线或者说可以减少小电流试验时可控硅阳极电压对同步信号的干扰以及同步位移的影响，但这种同步方式正如前文所述，需要有特殊的同步滤波回路；而采用发电机机端电压的同步方式虽然可以减少对同步信号的处理，但由于小电流试验时不能满足PT信号与励磁变压器副边信号间的相位关系，导致小电流实验输出波形与正常运行时的波形有30度的相位差，而且由于同步电压和阳极电压不是直接的关系，容易因为PT接线与励磁变压器接线的相位错误导致可控硅输出失控也时有发生。而阳极同步只要相序正确，就可以使得励磁系统正常工作。图一 由于可控硅开通和关断以及换相电抗的作用引起可控硅阳极电压的畸变对于不同的同步接线方式，在小电流试验中可能产生不同的故障形式。当采用阳极同步时，由于同步电压直接取自可控硅的阳极，在小电流实验中无须改变它们的接线，所以通常只会产生相序错误故障以及由于可控硅触发引起的故障，一般来说这样的故障比较容易判断。当采用PT同步时，由于小电流试验用阳极电源和模拟的PT信号需要同时采用临时接线，所以除了可能发生采用阳极同步可能产生的故障以外，还可能因为接线的相位不对应导致的相位错误，这主要表现为控制角与输出波形不对应。除了上述因为同步信号引起的可控硅励磁系统小电流实验故障外，可控硅整流桥自身的触发回路，以及可控硅触发信号的门极和阳极接线错误也是引起可控硅励磁系统故障的原因之一。当然小电流实验故障还包括因为实验条件未能满足时调节器无脉冲输出或者可控硅整流柜自身的封脉冲回路故障的情况，这种故障需要根据不同励磁设备的生产厂家提供的资料来判断。上述可控硅励磁系统的小电流实验故障为常见故障1，比较容易判断，应该说从事励磁系统调试的人员对这类故障已经积累了很丰富的经验，故本文的不做详细讨论。本文主要讨论一种因为可控硅自身击穿故障导致的小电流实验故障情况，虽然这种情况少有发生，但后果比较严重，也正因为少有发生，没有引起人们的注意，当产生这样的故障时因为缺乏经验而导致了故障定位和判断的困难。以下就主要针对这一故障做详细的分析。2 可控硅击穿故障时励磁系统小电流试验的现象及分析可控硅击穿后励磁系统小电流试验时的现象：当进行小电流实验时，无论控制角在90度还是120度，一旦调节器发出触发脉冲时，可控硅的阳极-C相导线立即被烧断，观察到可控硅整流柜的电流表均有较大的输出电流指示值（可控硅整流柜上的表计安装在负极）。从事后的分析知道，事实上在进行该实验时，其中一个可控硅整流桥的表计指示电流比其他几个并列的整流桥的输出电流大得多！为了查找故障原因，首先将其他并列整流柜的可控硅脉冲切除，只留下一个带触发脉冲的可控硅整流桥，遗憾的是由于该励磁系统没有安装交直流隔离刀闸，即不能将非工作的可控硅整流桥完全隔离。当只投入一个可控硅整流桥时，故障现象仍然存在。立即停止实验，检查可控硅整流桥的绝缘，发现无论相间绝缘（事实上这种检查方法一般不能发现可控硅是否完好，因为只有当存在不同组不同相的两个可控硅同时击穿时，相间短路才能会发生！）还是三相对地绝缘以及可控硅整流桥的输出正对地和负对地的绝缘均正常，且可控硅整流桥输出直流无短路。进一步检查每个可控硅的正反相电阻值，发现有最大输出电流指示的可控硅整流桥的-C相可控硅击穿。更换损坏的可控硅，重新进行小电流实验一切正常。故障现象分析：由于并列的可控硅整流桥的-C相可控硅击穿，当处于-A或-B相的可控硅有触发脉冲时，只要Ubc或Uac的电压为正，则BC或AC两相的电压将通过-A或-B相的可控硅而形成短路从而产生短路电流，由于可控硅整流回路的阻抗（包括线路阻抗以及可控硅本身的通态压降以及导通电阻）非常小，虽然实验时的可控硅阳极电压相对于工作电压很小，仍然会产生很大的短路电流（通常能够达到KA级），这就是产生如上现象的原因。进一步的分析表明，如果可控硅的控制角较大，则由于-A或-B相的可控硅有触发脉冲时Uac较小，Ubc已经为负，此时只会发生BC相短路，而不会发生AC相短路，如果能够把控制角增大到180度，则即使在可控硅触发脉冲正常且共阴极组/共阳极组只有一个可控硅击穿时仍然不会产生短路故障。所以在做可控硅整流桥小电流实验时最好把可控硅的控制角放在最大位置。当然最好的方法是在进行可控硅小电流实验钱检查所有的可控硅正反向阻值是否正常。图2可控硅控制角为90度时，0.05秒时-C相可控硅短路时1-6号可控硅的输出电流波形图3 可控硅控制角为120度时，0.05秒时-C相可控硅短路时1-6号可控硅的输出电流波形图2、图3、图4分别自上而下给出了可控硅整流桥在0.05秒时刻-C相可控硅击穿，可控硅触发脉冲的角度分别为90度120度和180度时，由于触发脉冲存在导致可控硅阳极电压短路时的+A、-C 、+B、-A、+ C 、-B相的电流的仿真波形。图中0.05秒前为可控硅正常工作带电阻性负载时流过可控硅的电流；在0.05秒时刻-C相可控硅短路，直到仿真结束时刻0.16秒为止。从图中可以看出可控硅+A相的可控硅本应该按照AB、AC的顺序导通，现在由于-C相可控硅击穿相当于始终处于开通状态，所以原先应该导通的AB相提前由AC相导通；原先-C相的可控硅应该由AC、BC电压导通的，现在由于-C相可控硅击穿，而变为AC、BC相短路，需要注意的是此时-C相可控硅流过的是短路反向电流；而+B相的可控硅本应按照BC和BA的顺序导通，但由于-A相可控硅有触发脉冲时，将因为-C相可控硅的击穿而形成AC相短路，从而使得BA的输出变小；原先-A相的可控硅应该由BA、CA电压导通的现在由于-C相可控硅击穿，在-A相可控硅有触发脉冲时就开始形成AC相短路；原先+C可控硅的导通不受影响，仍然为按CA、CB的顺序导通（只是此时输出基本为零）；原先-B相的可控硅应该由CB、AB电压导通的，当可控硅的触发角度小于120度时，现在由于-C相可控硅击穿，-B相可控硅有触发脉冲时而变为BC相短路（图 2），当可控硅的触发角度大于120度时，由于BC相为负，此时B相可控硅将不再导通（图3、图4）。从图2可以看到，当-C相可控硅短路时，当-A相可控硅有脉冲时AC相的电压值大于-B相可控硅有脉冲时BC相的电压值，所以AC相短路时间较长，短路电流较大，特别地，如图3和图4所示，当可控硅触发角达到120度以上时，由于BC相电压此时已经变负，而-B相可控硅不能反向导通，此时BC相将不再发生短路，因而也没有BC相短路电流；当可控硅控制角达到180度时（如图4），AC相的电压在-A相有触发脉冲时已经也变负，即在这种情况下，虽然-C相可控硅处于短路状态，仍然不会产生短路电流。由于可控硅桥臂短路导致小电流试验失败的这种情况虽然很少发生，但一旦发生则非常危险，所以有必要在试验前做好预想。即在可控硅阳极回路加装保险，对于较大的发电机机组，如果小电流试验要求的电流较大，可以考虑用细导线（能够满足试验正常时对电流的要求即可），以防止可控硅发生短路时，产生的短路电流对厂用电等其他设备的影响。图4 可控硅控制角为180度时，0.05秒时-C相可控硅短路时1-6号可控硅的输出电流波形3 结论可控硅整流桥的小电流实验是可控硅励磁系统的一项非常重要的实验，当触发脉冲以及同步包括相位存在问题时，小电流实验虽然不成功，但没有什么严重的后果，而且由于这种现象时有发生，从事这方面的工作人员已经积累起了丰富的经验，一般可以很快查找出故障原因并加以排除。虽然可控硅击穿故障少有发生，但考虑到发生这种故障时的情况比较严重，所以必须引起注意。在做可控硅整流桥小电流实验前一定要先测量可控硅正反向的电阻，确保可控硅无击穿短路的可能。此外在小电流实验时，只要现场条件允许应该在可控硅的阳极电压前串入调压器，首先在20V以下，以减小可能发生故障时的故障电流（如果能够在阳极电源回路串接合适的限流电阻是