水電廠(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋切換故障分析

何 靜

（湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 皂市水電站，湖南 常德 415311)）

1 水電廠(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)概述

該水電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)為自并勵(lì)磁模式，結(jié)構(gòu)上主要由用于提供勵(lì)磁電源的機(jī)端勵(lì)磁變壓器、整流設(shè)備SCR整流橋，運(yùn)用可編程控制器（PLC）的勵(lì)磁控制器、起勵(lì)設(shè)備、滅磁設(shè)備以及監(jiān)視控制保護(hù)電路等設(shè)備構(gòu)成。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用冗余的方式設(shè)置了兩套SCR整流橋，其中一套為主用，另一套為備用，同時(shí)針對(duì)這兩套SCR整流橋設(shè)置了兩套PLC勵(lì)磁控制器，現(xiàn)場(chǎng)控制柜主要有功率柜（SCR整流橋）、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜、功率聯(lián)絡(luò)柜、起勵(lì)及非線(xiàn)性滅磁設(shè)備柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜和極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)柜等。

其中的PLC勵(lì)磁控制器主要由模擬量檢測(cè)模塊、模擬信號(hào)輸入（AI）模塊、開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入(DI)模塊、處理器(CPU)、輸出模塊等，另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制需要還配置了輸出繼電器、脈沖觸發(fā)電路和勵(lì)磁系統(tǒng)監(jiān)控保護(hù)電路等。系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器對(duì)各種保護(hù)信號(hào)進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)后形成控制電壓輸出。脈沖觸發(fā)電路綜合來(lái)自PLC的控制信號(hào)和同步電壓信號(hào)后，輸出脈沖觸發(fā)信號(hào)，并經(jīng)過(guò)脈沖放大電路對(duì)其放大，以使其能夠觸發(fā)SCR導(dǎo)通，最終完成對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)備用的SCR整流橋，然后在切換到主SCR整流橋后正常運(yùn)行，系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，可以無(wú)擾動(dòng)的完成主用向備用SCR整流橋的切換。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋的切換控制

2.1 整流橋切換控制邏輯

勵(lì)磁系統(tǒng)中主、備用SCR整流橋切換功能是在執(zhí)行PLC的控制指令下完成的，系統(tǒng)切換到1#主用SCR整流橋的邏輯為1#整流橋運(yùn)行正常，且系統(tǒng)已啟動(dòng)運(yùn)行5秒或2#備用橋故障；系統(tǒng)切換到2#備用SCR整流橋的邏輯為2#整流橋無(wú)故障，且系統(tǒng)啟動(dòng)后1#橋出現(xiàn)故障。

2.2 整流橋切換功能的實(shí)現(xiàn)

勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋切換功能是在PLC、監(jiān)控電路、輔助繼電器和脈沖放大電路等模塊的協(xié)調(diào)工作下實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)監(jiān)控電路收到來(lái)自PLC控制器的整流橋切換指令后，監(jiān)控電路會(huì)對(duì)相應(yīng)的硬件電路發(fā)出信號(hào)，令控制輔助輸出繼電器動(dòng)作，同時(shí)閉鎖脈沖放大電路，然后控制輔助繼電器動(dòng)作而使待切入整流橋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，并將啟動(dòng)信號(hào)反饋給PLC。

3 整流橋切換故障分析

3.1 失磁或誤強(qiáng)勵(lì)

該水電廠(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)在某次建壓過(guò)程中，發(fā)生了升壓不穩(wěn)定問(wèn)題，發(fā)電機(jī)組定子電壓升到額定電壓后，偶發(fā)突降至4kV上下的現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)伴有瞬時(shí)過(guò)電壓和轉(zhuǎn)子電壓劇烈擺動(dòng)現(xiàn)象。針對(duì)該故障對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)建壓過(guò)程進(jìn)行了深入的分析和總結(jié)，引起該故障的原因如下：如果用于控制整流橋切換的兩個(gè)輔助繼電器動(dòng)作不靈敏，而使其中的一個(gè)整流橋沒(méi)有準(zhǔn)時(shí)失磁，那么兩個(gè)繼電器就會(huì)處于同時(shí)勵(lì)磁狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)SCR整流橋的觸發(fā)脈沖同時(shí)閉鎖而使發(fā)電機(jī)組失磁；相反如果輔助繼電器沒(méi)有準(zhǔn)時(shí)勵(lì)磁，就會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)繼電器處于同時(shí)失磁狀態(tài)，就會(huì)使兩套整流橋脈沖觸發(fā)回路同時(shí)開(kāi)放而使兩套SCR整流橋同時(shí)被勵(lì)磁，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組誤強(qiáng)勵(lì)而過(guò)電壓。從上文可知?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)首先啟動(dòng)2#備用SCR整流橋，待其運(yùn)行正常后再切換到1#SCR整流橋進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，如果再次過(guò)程中發(fā)生突然失磁，就會(huì)引起發(fā)電機(jī)組電壓的突降，同時(shí)轉(zhuǎn)子電壓也會(huì)因失磁而發(fā)生劇烈擺動(dòng)。

3.2 單向切換

該水電廠(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)中的兩套SCR整流橋?yàn)橄嗷ゲ⒙?lián)，如果1#主用橋發(fā)生故障，控制系統(tǒng)可以使其無(wú)擾動(dòng)的切換到2#備用橋上正常運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)不會(huì)因1#主用橋的故障而停運(yùn)，但是這種切換只能夠單向進(jìn)行，也就是說(shuō)只能從故障橋切換到備用橋，即使故障橋經(jīng)過(guò)處理后恢復(fù)正常也無(wú)法切回。這是因?yàn)榭紤]到安全因素PLC的控制程序中進(jìn)行了如此的設(shè)置，即必須確保滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、復(fù)位按鈕按下的情況下才能完成回切，但是滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)就意味著勵(lì)磁系統(tǒng)停運(yùn)，因此也就失去了無(wú)擾動(dòng)回切的意義。另外，勵(lì)磁系統(tǒng)正常啟動(dòng)之處會(huì)對(duì)2#備用SCR整流橋的運(yùn)行正常與否進(jìn)行短暫的試運(yùn)行檢查，之后就會(huì)切換到1#主用SCR整流橋而進(jìn)入長(zhǎng)期的正常運(yùn)行狀態(tài)，而且系統(tǒng)又沒(méi)有設(shè)置人工在兩套SCR整流橋之間切換的控制回路，這就會(huì)使1#主用SCR整流橋長(zhǎng)時(shí)間參與運(yùn)行而2#備用SCR整流橋只是在勵(lì)磁系統(tǒng)啟動(dòng)或1#主用SCR整流橋故障時(shí)短時(shí)間的參與運(yùn)行，這會(huì)造成設(shè)備負(fù)荷不均勻、設(shè)備的利用率不高的問(wèn)題。

4 故障解決及改進(jìn)措施

針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋切換故障，應(yīng)該從日常檢查、校驗(yàn)和運(yùn)行維護(hù)為重點(diǎn)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)更換。除此之外還需要采取以下兩個(gè)方面的改進(jìn)措施。

4.1 故障信號(hào)的復(fù)位

SCR整流橋故障信號(hào)的復(fù)位是影響水電廠(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋切回故障的重要因素，SCR整流橋故障信號(hào)主要包括SCR不導(dǎo)通、熔斷器熔斷、風(fēng)機(jī)故障、風(fēng)壓偏低和輔助電源丟失等。其中整流橋熔斷器熔斷和輔助電源故障，都屬于比較容易恢復(fù)的故障，在故障得到處理并恢復(fù)后，通過(guò)復(fù)位故障信號(hào)就能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；對(duì)于整流橋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的故障，在對(duì)其復(fù)位是必須斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)后通過(guò)復(fù)位按鈕使系統(tǒng)復(fù)位，因此，整流橋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障消除后，也必須是發(fā)電機(jī)組停機(jī)后才能得到恢復(fù)。這樣類(lèi)似于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障即使得到及時(shí)處理使故障消除后，也無(wú)法使整流橋恢復(fù)到正常狀態(tài)，也就無(wú)法使另一整流橋故障時(shí)實(shí)現(xiàn)再備用。因此，可以把除了SCR整流橋主回路之外的故障信號(hào)都改成不停機(jī)復(fù)位方式，在非嚴(yán)重性故障發(fā)生時(shí)可以利用復(fù)位按鈕，使整流橋得到復(fù)位，實(shí)現(xiàn)整流橋的回切功能，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 雙橋的切換

目前的勵(lì)磁系統(tǒng)僅能夠?qū)崿F(xiàn)由主用橋向備用橋的單向切換，而無(wú)法完成2套SCR整流橋的互切或定期切換，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)發(fā)生故障的整流橋得以恢復(fù)后切回。另外解決這一問(wèn)題還有一個(gè)措施就是增加人工切換旁路控制，這樣就可以通過(guò)人為控制的方式，實(shí)現(xiàn)主、備用SCR整流橋的互切功能，從而確保整流橋、脈沖觸發(fā)系統(tǒng)、脈沖放大回路和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在均衡的負(fù)載下運(yùn)行，是系統(tǒng)的設(shè)備利用率得以提升。

綜上，針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋故障除了加強(qiáng)設(shè)備的日常檢查、校驗(yàn)和維護(hù)以及必要的系統(tǒng)改進(jìn)外，還要注重系統(tǒng)管理。面對(duì)系統(tǒng)故障或復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，要沉著冷靜，仔細(xì)排查與分析，逐步分析和匯總并尋求最優(yōu)的解決方案，從而使故障得以妥善解決。

[1]吳光軍.三峽左岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)綜述[J].大電機(jī)技術(shù),2005,(2)