拉西瓦水电站3号机组强励动作分析

秦会会,白永福

（黄河上游水利水电有限责任公司拉西瓦发电分公司,青海 贵德 811700）

1 概述

拉西瓦水电站是黄河上游最大的电站，单机容量700MW水轮发电机组，电站设计总装机容量4200MW。发电机励磁方式为自并励，励磁电源取自发电机机端并联的励磁变压器，调节器采用瑞士ABB UNITROL 5000静止整流励磁系统，型号为A5S-0/U251-S4500，双自动通道互为热备冗余，每一通道含手动控制；正常停机采用逆变灭磁，转子过压及外部跳闸等非正常运行状态采用可控硅跨接器串联SIC非线性电阻灭磁；跨接器控制逻辑设计具有可恢复性，避免了不必要的励磁跳机事故。

2 强励动作

2014年10月29日07时29分，拉西瓦水电站监控上位机报“3号机组励磁系统强励”，励磁系统本体无任何报警，故障录波启动。此时，3号机并网运行，全厂及单机AGC模式未投，运行人员对3号机未进行任何调频调压操作。

维护人员查看故障录波发现强励动作持续460ms，重要参数波形变化如图1：

图1 强励启动时波形图

如图1所示：红色坐标线是强励启动时刻t0，绿色坐标线是励磁电压励磁电流波形开始变化时刻t1，约在强励启动前13ms。机端电压波形正常，相电压有效值变化范围9.240kV-10.810kV；励磁电流在t1时刻开始有交流分量，最大达到5253.51A；励磁电压在t0后基本都在正半轴，最大772.34V、最小-312.83V；励磁变低压侧电流波形t1时刻起由水平方波变为类似线电压包络线的波头。强励过程波形几乎没有变化，直至强励结束，波形恢复至强励动作前。

维护人员对励磁系统进行了详细检查，着重检查了直流回路的绝缘及回路上的自动化元件和重要控制板件。检查发现，灭磁电阻柜内的跨接器触发板上一10Ω的四环电阻鼓包，有明显龟裂纹，测量该电阻阻值为11.3Ω，对比正常电阻阻值为12.4Ω，虽然阻值变化不大，但可以肯定其工作性能已经受到严重破坏，考虑到跨接器触发板的重要，需更换新的跨接器触发板。

3 原因分析

3.1 跨接器导通原理

如图2所示，F02为跨接器，由三个可控硅及一个电流传感器组成，可控硅阳极和门极共阴极，当门极与阴极之间的压差达到可控硅的触发电压可控硅导通。其中可控硅V1用于转子正向过压保护，可控硅V2用于外部跳灭磁开关灭磁线圈I灭磁和转子反向过压保护，可控硅V3用于外部跳灭磁开关线圈II灭磁，T1是霍尔传感器，当跨接器可控硅导通时，向调节器发出导通信号，由调节器进行逻辑处理。

图2 励磁系统直流输出回路

A02为跨接器触发板，核心部件为折返二极管（BOD）V1000，其正向导通电压为2800V，当有转子过压使其阳极与阴极压差大于等于2800V时导通，低于2800V时关断，从而实现对跨接器可控硅V1、V2导通的控制。

3.2 跨接器控制逻辑

当机组运行时出现转子正向（或反向）过压，电压大于2800V时，A02触发V1（或V2）导通将非线性电阻R02接入转子回路，将转子电压限制为非线性电阻两端的电压，同时，T1检测到电流通过，若该电流绝对值大于参数中“TRIG I CROWBAR A（跨接器触通电流安培数）”设定值时，T1发送信号给调节器，调节器认为跨接器导通。

若是转子正向过压使调节器认为跨接器导通，调节器会闭锁输出到整流桥的脉冲，正常情况下，500ms内，V1由于受到转子瞬时电压变为负值而截至，T1检测不到电流，调节器恢复向整流桥输出脉冲。若500ms内，调节器大于1次检测到跨接器导通，则跳灭磁开关；若跨接器电流大于跨接器触通电流安培数设定值持续周期大于500ms，调节器发失步信号，不跳灭磁开关。

若是转子反向过压使调节器认为跨接器导通，调节器跳灭磁开关。

3.3 强励动作的原因

跨接器触发板上损坏电阻位于与引脚6串联的阻容回路中，如图2所示，引脚6通过非线性电阻接在转子负极，是V1的阴极、V2的阳极，该电阻的损坏破坏了引脚6过滤过压尖峰及高次谐波的能力。那么：

当一个大于2800V的转子反向过压尖峰到来，引脚6不能有效过滤，该电压直接加在BOD上，BOD导通，使V2的门极引脚2与V2的阴极引脚1之间达到其导通电压（约5VDC），V2导通，转子电压被限制为非线性电阻两端的电压。

拉西瓦水电站非线性电阻R02由两组串联，每组由6串并联，每串由16片串联，那 么非线性电阻的伏安特性符合下列公式：

式中：U—单组非线性电阻两端的电压，即励磁电压的1/2；

I—通过非线性电阻的电流；

Ns—非线性电阻的串联片数，Ns=16；

Np—非线性电阻的串联片数，Np=6；

K、β—非线性电阻伏安特性计算系数，与非线性电阻型号有关。拉西瓦水电站励磁系统非线性电阻采用的是M&I Materials 公司生产的型号为600A/U S16/P Spec 6298非线性电阻，故K=35、β=0.40。

已知参数“TRIG I CROWBAR A（跨接器触通电流安培数）”是190A，根据公式1计算可得此时RO2两端的电压是4461.27V，远远大于强励过程里反向励磁电压最大值-312.83V。

故T1检测到的电流远远小于跨接器触通电流安培数，调节器认为跨接器未导通，励磁系统本体没有任何报警发出。但是由于转子回路接入非线性电阻，所以直流回路的负载变为电阻较大的阻感负载，如图1所示，励磁变压器低压侧相电流波形由大电感时的水平方波变为类似线电压包络线的波头，同时由于非线性电阻消耗了磁能，转子磁场能量锐减，调节器减通过小导通角强励增加以维持机端电压，如图1所示，励磁电压波形由正负都有变为基本全部为正。在过压尖峰过去之后，由于SIC非线性电阻泄漏电流较大及强励后的逆变，可控硅续流，直至转子电压变正，可控硅关断，励磁系统恢复正常。

4 处理结果

维护人员对新的跨接器触发板进行BOD正向导通电压验证及转子正反向过压试验，试验合格后，将新的跨接器触发板安装到位。开机做零起升压试验，并对励磁电压、励磁电流、励磁变低压侧电流、导通角进行录波，波形正常，零起升压试验合格。3号机组并网后励磁系统运行正常。

5 结束语

拉西瓦水电站3号机组强励是由于跨接器触发板上电阻损坏导致跨接器的误导通，转子回路接入阻性负载，消耗转子磁场能量，导致调节器强励。跨接器控制逻辑设计的可恢复性，使强励过后励磁系统依然能够正常运行，有效避免了不必要的励磁跳机事故。

[1]熊巍,刘作辉,孙新志,刘华伟,王剑.可恢复性跨接器[Z].李基成 SIC非线性电阻的性能特征[Z].