小水电励磁装置可控硅元件故障处理二例

曹方淼，安春爱

（浙江省天台县水电管理所，浙江 天台 317200）

小水电励磁装置可控硅元件故障处理二例

曹方淼，安春爱

（浙江省天台县水电管理所，浙江 天台 317200）

摘要：天台县农村小水电普遍采用可控硅励磁方式和双绕组可控硅电抗分流励磁方式。根据历年检修经验，各电站由于励磁系统故障造成停机的，要占到所有停机事故的50%以上，因此，快速判别故障原因和及时处理，可大大减少发电损失、提高经济效益，特别是在丰水期间尤其重要。本文以前述二种励磁方式的停机事故为例，分析正确判断和消除故障的过程。

关键词：励磁装置；可控硅元件故障；快速判别处理

1基本概况

天台县现有水电站76座，装机155台，总装机容量8.03万kW，其中，单机630 kW以下的低压机组有141台，自1989年通过农村初级电气化县达标验收后，至今的25年中新建成的水电站励磁装置，基本上都是采用可控硅静止励磁装置和单机容量较小的双绕组可控硅电抗分流励磁方式，近年报废重建和增效扩容的老电站也有采用静止励磁取代了原有的旋转励磁机，提高了励磁的动态性能，而且维护方便、运行稳定可靠。静止励磁装置在小型水电站的应用广泛，其可控硅元件就是这些装置中的重要元件，可控硅元件出故障必然造成停机事故，可控硅元件的质量好坏直接影响水电站的经济效益。可控硅励磁装置一般都采用三相半控桥方式，主回路如图1所示，回路中可控硅是励磁系统主要元器件，3只可控硅中只要1只故障就能造成同步发电机磁场异常，电流不稳、发生震荡，甚至引起机组跳闸停机。而双绕组可控硅电抗分流励磁装置是在原双绕组电抗分流电路基础上改进而来，主回路如图2所示，在其三相整流桥臂上反向并1个可控硅，来分流、控制三相桥式整流电路输入转子绕组的电流，用以改变空载电压和在并网状态下的无功功率。在功能上替代原老式的磁场变阻器分流转子电流大小，达到调节前述参数的目的，并能通过检测、比较电路和移相触发脉冲电路自动控制改变触发角α来稳定发电机的运行状态。如这个可控硅发生故障，就无法控制励磁电流，机组也无法正常运行。

图1

图2

2故障处理实例

2.1可控硅励磁装置的故障处理

南平水电站装机1台320 kW，采用可控硅三相半控桥自并激励磁方式。在一次雷击跳闸飞车事故后，重新并网操作时发现因电压不能保持在空载电压无法发电而求助技术支持，技术人员到现场后进行简略检测发现，除有一只可控硅击穿损坏外，其他元器件均无异常，拆除和更换损坏的可控硅元件后，开机起励观察升压正常，由于电网无电不能并网，空载运转30min一切正常，于是结束返回，等电网恢复后，电站运行工并网操作顺利，但经过1 h左右的满负荷运行后机组出现震荡，电流不稳于是解列停机。第二天继续对励磁装置进行检查测量仍未发现有异常，对可控硅元件逐个拆下用外加5 V电源和灯珠方法进行检测显示正常。于是再次起励升压并网，满载运行正常，不到1 h，问题重现。据此判断为可控硅元件存在热击穿现象，也就是可控硅元件的热稳定性已遭到破坏，冷态时测试显示正常，而在额定电流状态下经过1 h左右的温升就可使元件失控，因此必须更换。更换后经过长时间运行未再发生异常。

2.2双绕组电抗分流磁装置的故障处理

盘龙水电站装机2台，1台75 kW，1台125 kW,采用双绕组可控硅电抗分流励磁方式，在丰水期的一段时间，125 kW发电机经常间歇性发生励磁异常,电流表显示大幅度摆动,发出阵阵轰鸣声,不能稳定发电，在满荷载时常会发生震荡过电流跳闸。对励磁回路元器件的检测却未发现问题。于是开机在线测试，首先将可控硅分流回路断开，即相当于把励磁副绕组经三相整流桥后全值加入转子励磁，在机组达额定转速左右时自励建压正常，显示机端电压表接近满偏，投入可控硅后可调节电压调整电位器至电压额定值，进一步调整频率至50Hz空载运行30min后认为一切正常后并网发电，带负荷至满载，励磁电流至额定值观察运行状态。在发电45min左右即发生前述现象，因此断定是可控硅元件热稳定失常而造成失控。于是采购同型号可控硅元件更换后运行恢复正常。

3现象分析

对上述二例可控硅元件故障的判断是在限于经验和检测设备，不可能一步到位地对可控硅元件作出取舍的决定，只能在反复调试的基础上对各种情况进行排除后所得出的结论，这些现象说明了一些问题的可能性，如2.1所示的可控硅失控情况现场表现为过励状态发生的震荡，如果是欠励状态就说明可控硅的热击穿有不确定性，有可能是全导通状态，也有可能是单个PN结的损坏。而2.2所表现的是欠励状态的震荡，是一种导通性热击穿，反之如果可控硅是断路状态的损坏，在图2上可以看出相当于不加分流器的状态，无疑是过励的了。另一方面对于为什么可控硅有这种状态即冷态正常热态坏，这就牵涉到原材料的性能问题和产品的质量问题。也有电站因为励磁风机故障停转而未发出信号的情况发生，导致散热不畅温度过高，造成可控硅的过热失控而停机的。

4结束语

可控硅元件是小水电同步发电机励磁装置中的重要元器件，选好和用好可控硅元件是保证小水电经济效益的基本要求，而在故障发生时正确判别对快速处理起决定性作用。为了防止以上情况的发生和少发生，①在选购元器件及备品备件上就应有选择性，现在的元器件生产厂家很多，价格也是不尽相同，当然质量也不一样，要选择知名和有信誉的产品；②在运行过程中多加观察，有否与以往不同及温度变化情况，如通风不良，长时间过电流等。总之，认真总结经验，在各种表面现象中抓住本质，才能尽快地排除故障提高效益。

参考文献：

[1]韩云勇.可控硅励磁装置故障分析及处理[J].小水电，1994（04）.

[2]李祥锋，孙向红.可控硅励磁装置的完善[J].电网与清洁能源，2006（S1）.

中图分类号：TV734

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）10-0032-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.012

收稿日期：2015-03-11

作者简介：曹方淼（1956-），男，工程师，从事小水电管理和技术服务工作。