一起水轮发电机励磁整流桥可控硅击穿事件原因剖析及处理

锦屏水力发电厂 张冬生 文华宇 李旭明 杨 浩 廖 伟 侯华东

一起水轮发电机励磁整流桥可控硅击穿事件原因剖析及处理

锦屏水力发电厂 张冬生 文华宇 李旭明 杨 浩 廖 伟 侯华东

本文对某水电厂水轮发电机励磁整流桥可控硅击穿异常事件经过、事件记录做了介绍，详细介绍了现场处置过程，对异常事件原因做了深入的剖析，就这起事件提出了整改防范措施，以期对其他水电厂有所帮助。

励磁；整流桥；可控硅；击穿

1.故障前运行方式

1.1发变组系统

2B、3FB、4FB、5B、6FB并网运行；1F检修，1B停电；2F、5F停机备用。

1.2500kV系统

500kV五回线路全部合环运行。

1.36kV系统

22B带601M、602M、607M；23B带603M；24B带604M；25B带605M、608M；26B带606M；#1、#2外来电源充电备用。602M、603M、604M、605M、606M、60708开关备自投加用。

1.4负荷控制

二普断面最大按3100MW控制，总负荷最大按3300MW控制，AGC投入。

2.事件记录

2009 年 12 月 13 日 19 时 21 分，某大型水电站#1 机组在检修并网调试结束后试运行期间，出现励磁#4 整流桥可控硅击穿，励磁故障跳闸，甩有功 90MW，无功-110MVar。

2.1CCS 事件记录

一号机故障录波触发，一号机GTUPS 跳GCB动作，一号机GTUPS跳FCB 动作，一号机组保护#2总跳动作，一号机励磁变总故障（49F1）动作，GCB位置与机组状态（P＞40MW）不对应退联合控制，一号机励磁故障，一号机励磁跨接器动作，一号机励磁电流限制到达动作，一号机励磁一桥故障，一号机FCB分闸接点 2 动作，一号机FCB分闸接点1动作，一号机GCB分闸接点1动作，一号机GCB 分闸接点2动作。

2.2运行检查记录

（1）UMCP 屏GCB 故障、励磁故障信号，GTUPS 保护屏励磁故障信号。励磁调节柜 LCP 显示：inst. Exc. Overcurrent 2，standby trip 137 ，conv.fail level 1 197，converter blocked 196，arcnet node fail 195 ，converter 4 164；

（2）检查#1 机励磁系统：#4 功率柜内的可控硅有烧伤痕迹，有焦糊味；

（3）#1 机组保护A套事件记录：0ms励磁故障（49F1）开入信号启动，63ms #1GCB 跳闸（相对时间）；#1 机组保护B套事件记录：0ms励磁变过流（51E2）启动，90ms励磁故障（49F2）开入信号启动，156ms#1GCB 跳闸（相对时间）；#1 机组故障录波事件记录：0ms励磁变高压侧电流突变启动（相对时间），171.2msFMK 跳闸，192ms GCB 跳闸。

3.现场处置过程

经过现场检查处理后，确认此次异常是由#1 机组励磁#4 整流桥可控硅击穿引起的，故对#1 机组励磁#4 整流桥可控硅进行了更换处理，处理过程如下。

3.1更换#1 机组励磁#4 整流桥

（1）拆除#4 功率柜整流桥与一次、二次回路的连接；

（2）拆除#4 功率柜阻容保护单元组件 R01；

（3）取出#4 功率柜风机单元；拆除#4 功率柜整流桥；

（4）安装#4 功率柜新的整流桥组件；

（5）安装#4 功率柜新的风机单元；

（6）恢复#4 功率柜所有一次、二次接线。

3.2更换#4 整流桥后上电前检查

（1）上电前，再次检查#4 功率柜一次、二次接线正确、牢固，功率柜内无遗留物件；

（2）#4 功率柜风机控制回路检查；检查风机回路接线正确，风机回路测量：R12=0.1Ω，R13=0.1Ω，R49=44.7Ω，R59=44.7Ω，R68=45.9Ω，R78=63.6Ω，并模拟风机动作，检查风机接点可准确动作；

（3）卸下灭弧罩，检查发现灭磁开关动触头原烧痕上有一点粗糙的痕迹，用砂纸进行打磨，并用酒精擦拭干净，无电弧烧伤的痕迹；

（4）灭磁电阻检查测量灭磁电阻的静态电阻：上串电阻=60.5Ω，下串电阻=56.1Ω；与小修前测量数据基本一致；

（5）#1、#2、#3 功率柜元器件检查测量阻容保护电阻均为 1.5KΩ左右，电容测量为 32μF，其它元器件、控制回路检查均正常。

3.3上电检查

（1）上电后控制回路检查正常，调节器参数检查正常；

（2）通过对#1、#2、#3、#4 整流桥进行小电流试验检查，更换后的#4 整流桥及#1、#2、#3 整流桥波形正常，调节性能正常，并在#4 整流桥小电流试验时和全桥小电流试验时进行了录波；

（3）风机试验通过修改参数，分别使风机 FAN1、FAN2 启动，风机 FAN1、FAN2 启动均 正常，风机切换逻辑正常。

3.4空载试验

（1）零起升压试验：通过对#1 机组进行零起升压（20%～100%）试验，机组升压过程正常，现地增、减磁功能正常；

（2）现地起励、逆变功能检查正常，现地切远方、远方切现地功能检查正常。自动切手动、手动切自动功能检查正常，远方启励、逆变功能检查正常。PT 断线功能检查正常；

（3）#1、#2、#3、#4 整流桥均流试验正常，均流达到96.88%。功率柜内部温度测量正常。#1 功率柜 R01 的温度：123℃、#2 功率柜 R01 的 温度：118℃、#3 功率柜 R01 的温度：126℃、#4 功率柜 R01 的温度：125℃。

4.原因分析

4.1 机组在升压及带负荷运行 5 小时后出现整流桥烧损现象，同时在现场检查未发现金属遗留物，可以排除整流桥内部金属短路的可能。

4.2 设备出现故障时，调节器动作正常；现场检查#1、#2、#3 整流桥未发现异常，可以排除调节器控制出现异常导致故障的可能。

4.3 由于整流桥输入侧相间是有绝缘隔板相隔，故障后现场检查绝缘挡板无烧伤痕迹，可以排除整流桥输入侧相间短路导致整流桥烧损的可能。

4.4 可控硅金属散热器两端通过可控硅连接，故障后检查没有发现散热器连接同一方位出现烧损现象，可以排除金属直接连接散热器短路的可能。

综上所述，#1 机组励磁#4 整流桥在运行过程中可控硅热击穿，电弧导致相间短路，导致相邻风机盖板烧损变形，烧损两个金属散热器和快熔保险，最后励磁系统过流动作，导致励磁故障信号开出使机组跳闸。本次事件中励磁、保护系统动作正确、可靠。

5.整改防范措施

5.1对烧损的整流桥可控硅、保险进行了更换。

5.2 加强对励磁系统运行风险和可靠性分析，尤其对关键元件及其主要性能的进行风险评估，确保设备安全可靠运行，预防类似异常现象出现。

5.3加强励磁系统检修维护管理，在原厂家说明书基础上增加整流桥检测，如：对散热器的绝缘检查。

5.4清查励磁系统备品，以备应急处理。

6.结语

各发电厂对励磁整流桥可控硅出现的各种故障或问题必须予以足够的重视，必须分析出故障或问题的原因，并采取相应的技术整改措施和防范措施，确保发电机励磁系统长期安全稳定运行。

［1］桂江峰.飞来峡水轮发电机励磁整流桥受潮故障分析及［J］.广东水利水电.

张冬生（1984—）男，本科，工程师，锦屏水力发电厂从事运行管理工作。