某水电厂机组转子电压异常跳变分析处理

蒋凯伦，刘 宇，曾辉斌

（1.五凌电力有限公司近尾洲水电厂，湖南 衡阳 421127；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

1 引言

某水电厂励磁系统为广州擎天励磁系统，由调节柜、A套功率柜、B套功率柜灭磁柜四部分共同组成。每个功率柜内有6个可控硅，机组正常运行时，励磁调节柜内A通道调节器发出可触发可控硅导通的方波给AP27、AP37功率智能板的脉冲触发芯片。芯片检测到方波的上升沿时则发出触发可控硅导通的触发脉冲，在机组停机的条件下检测到方波的下降沿时则关断触发可控硅导通的触发脉冲，从而达到调节转子电压的功能。

2 故障情况概述

2017年12月5日某水电厂1号机组停机转备用，专业人员发现监控GA01触摸屏上转子电压显示异常，电压在6～11 V之间跳动，运行人员将故障情况汇报运维负责人，运维负责人接通知后安排班组对此异常现象进行检查处理。

3 检查情况

（1）查阅上位机事件列表：

2017.1 1.19 09：00开机-2017.11.21 22：00停机转子电压：0 V正常。

2017.1 1.28 16：00开机-2017.11.29 01：00停机 转子电压出现异常，最小电压：3.959 V，最大电压：11.375 V。

2017.1 1.30 08：00开 机-2017.12.05 10：00停机转子电压异常，最小电压：4.703 V，最大电压：11.615 V。

（2）对现地进行检查，检查情况如下：

停机后，现地检查1号机组灭磁屏柜内直流电压变送器，测量输入电压21 V左右，输出电流为4.3～4.4 mA之间跳动，在直流母排正、负极进行测量，直流电压21 V左右，同时发现存在交流电压185 V。

拉开励磁变3151刀闸后，直流母排上交流电压和直流电压为0 V。

再次合上励磁变3151刀闸，直流母排上测得数据为：交流电压：正极-地：109.78 V，负极-地：55.49 V，正-负极：56.75 V；直流电压：正极-地：1.4 V，负极-地：10.31 V，正-负极：8～10 V。示波器记录波形如图1、图2、图3所示。

图1 故障排除前直流母排上正极-地（100 V）

图2 故障排除前直流母排上负极-地（50 V）

图3 故障排除前直流母排上正-负（50 V）

（3）对可控硅绝缘进行检查，检查结果如表1、表2所示（万用表检测）。

表1 A套功率柜可控硅绝缘值

表2 B套功率柜可控硅绝缘值

4 故障处理及原因分析

根据现场的检查情况及原理图（图4），我们初步判断以下几个方面发生故障的情况下将导致机组停机后转子电压的异常跳变：

图4 整流桥整流输出原理图

（1）送至监控的转子电压模拟量直流电压变送器B62发生故障；

（2）可控硅被击穿绝缘损坏；

（3）功率柜内阻容保护板AP20被击穿损坏，励磁变交流电流倒送至直流母排；

（4）功率智能板AP27、AP37故障，无法关闭可控硅脉冲触发角；

（5）A通道调节器故障导致可控硅脉冲触发角一直保持。

针对以上原因分析，我们采取的具体处理过程如下：

（1）由于现场检查测量发现1号机组停机后直流母排确有上21 V左右直流电压，故排除直流电压变送器B62发生故障而引起的转子电压跳变；现场对可控硅绝缘的检查如表1、表2所示，各可控硅绝缘均大于0.5 MΩ，故排除可控硅被击穿绝缘损坏而导致的励磁变交流电流倒送至直流母排引起的转子电压异常跳变情况；

（2）拉开1号功率柜阻容保护保险FU27和2号功率柜阻容保护保险FU37，在直流母排上测得电压数据如表3所示。

表3 故障消除前直流母排交、直流电压数据

结合图4所示，拉开了阻容保护的保险FU27和FU37，在励磁发现直流母排上仍然存在较大交流电流，故可排除因阻容保护板损坏而导致的转子电压异常跳变；

（3）在停机进行开环小电流试验检查时发现AP27、AP37功率智能板的V4脉冲指示灯一直点亮如图5、图6所示，用示波器测量这两端的波形，发现一直有一个方波脉冲在保持，波形如图7所示，故V4可控硅一直保持在导通的状态，所以在直流母排两端能检测到很大的交流电流，同时用笔记本检查A通道调节器的脉冲触发正常，故排除A通道调节器故障导致脉冲触发不正常的可能性，初步确定是因功率智能板AP27、AP37故障导致脉冲触发程序卡顿一直检测到方波上升沿，无法关闭可控硅脉冲触发角而导致V4可控硅一直处于导通状态，致使其中一相电流通过V4可控硅倒送至直流母排侧，导致直流母排侧存在很大的交流电流而引起转子电压异常跳变。

图6 AP37功率智能板脉冲指示灯

图7 功率智能板上V4脉冲端子波形

在确定故障原因后，我们拉开调节柜内直流24 V电源开关（AP27、AP37模块电源）后再合上直流24 V电源开关，将功率智能板AP27、AP37脉冲触发程序重启。重启后V4可控硅方波沿消失，AP27、AP37的V4可控硅脉冲指示灯熄灭如图8、图9所示。

图8 AP27功率智能板脉冲指示灯

图9 AP37功率智能板脉冲指示灯

故障消除后在直流母排上测得电压数据为：交流电压：正极-地：27.36 V，负极-地：18.45 V，正-负极：8.54 V；直流电压：正极-地：0.13 V，负极-地：0 V，正-负极：0.18 V，波形如图10、图11、图12所示，对比故障消除前所测得的交、直流电压数据，可以明显看出交流电压对地为20 V左右（感应电压），直流电压几乎为零，由此可知功率智能板AP27、AP37在重启刷新程序后已切除触发V4可控硅导通的脉冲方波，V4可控硅处于截止状态励磁变交流电流无法通过可控硅倒送至直流母排侧。

图10 故障排除后直流母排上正极-地（20 V）

图11 故障排除后直流母排上负极-地（20 V）

图12 故障排除后直流母排上正-负（10 V）

5 危害及控制预防措施

5.1 可能造成的危害

（1）在机组停机状态下（励磁变高压侧刀闸3151未拉开），维护人员进行机组月度维保时直接触碰到直流母排的两端，易发生人身触电事故；

（2）若直流母排侧发生单相接地时，会产生大量的短路电流烧坏可控硅及保险造成设备损坏，从而造成经济损失，甚至严重的会引起1号主变差动保护误动甚至跳开1号主变高压侧开关造成其他运行机组因过速甩负荷非计划停运。

5.2 控制预防措施

（1）在停机状态下时，必须确保JDO2、JDO3内功率智能板AP27、AP37的脉冲指示灯已全部熄灭，若发现还有指示灯未熄灭，则拉开励磁调节柜JDO1内直流24 V电源开关QF02，再检查功率智能板AP27、AP37的脉冲指示灯是否已熄灭，熄灭后再重新合上直流24 V电源开关QF02；

（2）在日常的机组月度维护保养过程中，必须先看JDO2、JDO3内功率智能板AP27、AP37的脉冲指示灯是否在熄灭状态，再用万用表对直流母排的电压进行测量，确认其两端无电压的情况下方可进行转子极性转换以及转子绝缘测量的相关工作；

（3）对芯片进行程序升级，程序刷新后，进行开环小电流试验和开停机试验，确认机组停机后功率智能板AP27、AP37的脉冲指示灯无异常，并用万用表测量直流母排两端的电压无异常。

6 结论

本案例是一起非典型的广州擎天励磁系统功率智能板AP27、AP37上因脉冲触发程序卡顿导致触发可控硅导通的脉冲方波一直保持，因可控硅一直处于导通状态而造成机组停机后转子电压异常跳变的事件。若不及时发现消除将可能发生接地事故造成设备损坏运行机组停运，甚至会在机组停机维保过程中造成人身触电伤亡事故。针对以前从未发生过的脉冲触发程序卡顿事件，在无任何经验可以借鉴的情况下，专业人员通过现场对比分析及排查，以开环小电流试验为基准，示波器录波分析法为手段，同时采用严谨的数据对比分析法为准绳最终确定故障根源消除故障，同时本文提出的为防止类似事件而引发的人身触电事故所采取的安全措施，都值得大家借鉴和学习。