小水电励磁装置可控硅元件故障处理符兴忠

小水电励磁装置可控硅元件故障处理符兴忠

符兴忠

（海南省水利灌区管理局松涛灌区管理分局海南省儋州市571700）

摘要：某县水利灌区管理分局中、小水电普遍采用可控硅励磁方式。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，特别是在梯级跌水电站放水发电期间尤其重要。本文以上述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

某灌区管理分局现有水电站13座，装机21台，总装机容量3.9万kW，其中，单机800kW以下的机组有16台，自1989年通过农村初级电气化县达标验收后，基本上都是采用可控硅静止励磁装置方式，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，三只可控硅中只要一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。

图1

一、故障处理实例

1.可控硅励磁装置的故障处理

洋通水电站装机2台800kW，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1h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万用表进行检测显示正常。于是再次起励升压并网，满载运行正常，不到1h，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1h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.可控硅整流电路

在三相全控桥整流输出端与负载反极性并联一只续流二极管。发电机可控硅励磁装置整流电路,其主要任务是为励磁绕组提供可靠的励磁电流,三相全控桥电路虽然具备整流和逆变功能,但此电路对触发脉冲的准确性、可靠性要求十分严格,运行中如果触发脉冲有失误,电路工作状态就会发生不该有的转换,其后果轻则烧毁熔断器,重则烧毁可控硅,在电路中加入续流二极管后,原有的逆变功能已不存在,输出电压波形不会出现负压,从而对触发脉冲要求相对宽松,运行安全可靠。

3.调节器

运行调节器在可控硅管和各熔断器烧坏熔断时,为什么会出现线路板和引线被烧的现象。这是一个不应该发生的情况。经过各种性能检查,最后对该调节器设计原理图进一步进行检查发现,该调节器设计时在脉冲输出回路上为了节省引线,采用了公共线引到可控硅处,这样接线虽然简化了,但当快熔和可控硅管烧坏时,主回路的高电压大电流将通过触发极和公共线形成回路,并造成线路板和引线烧坏。这是调节器在设计时考虑不周产生的问题。

对调节器改进其电路,取消公共线,将各脉冲输出各自引线到相应的可控硅管上(每个可控硅管上用两根线做触发用)。同时要注意定期清洁,通风散热。测试可控硅时不能使用万用表的高阻档检测可控硅控制极与阴极阻值,以免门极的PN结被击穿,严禁使用兆欧表(摇表)检查可控硅的绝缘性能

二、现象分析

对上述一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1.1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。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。

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，2010（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）.

[3]张振华.水电站可控硅励磁装置事故处理[J].中国农村水利水电,2003,(6).

[4]何敏杰,陈永强.BL-1型发电机励磁装置可控硅击穿的原因与处理[J].小水电.2003,(6).