水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁變副邊三相電流不平衡分析和處理

李 衛(wèi)

（長(zhǎng)沙市湘江綜合樞紐工程辦公室，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

1 工程概況

湘江長(zhǎng)沙樞紐是湘江流域第九級(jí)梯級(jí)開發(fā)綜合樞紐，目前屬于湘江流域最后梯級(jí)，工程有船閘、泄水閘、電站、壩頂公路橋、庫區(qū)、魚類增殖站等，投運(yùn)以來發(fā)揮了重要社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。電站6臺(tái)單機(jī)容量為9.5 MW，轉(zhuǎn)輪直徑6.75 m的燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量57 MW，多年平均發(fā)電量2.315億kW·h，年利用小時(shí)4 061 h，機(jī)組額定電壓10.5 kV，3臺(tái)發(fā)電機(jī)組帶1臺(tái)主變，主變?nèi)萘?0 000 kVA，經(jīng)110 kV單出線方式送至變電站。機(jī)組采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，有1臺(tái)接在發(fā)電機(jī)出口母線勵(lì)磁變壓器作為電源，經(jīng)過兩組經(jīng)可控硅整流器供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁，主要包括勵(lì)磁變壓器、調(diào)節(jié)單元、功率整流單元、滅磁和過壓吸收保護(hù)單元等。

勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、調(diào)節(jié)單元、功率整流單元、滅磁和過壓吸收單元等組成。

①勵(lì)磁變壓器是一種專門為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供三相交流勵(lì)磁電源的裝置，勵(lì)磁系統(tǒng)通過可控硅將三相電源轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電源，形成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)，通過勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)角，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓和無功的目的，是機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。②調(diào)節(jié)單元采用武漢洪山電工科技有限公司HWJT-09C勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，配置兩個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)通道，雙通道間采用并聯(lián)方式或主從方式運(yùn)行，核心控制環(huán)節(jié)采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊間的連接采用了高速數(shù)據(jù)交換技術(shù)，采用單一模塊功能，電路板面積小，保證了模塊間的互連線最少，從而大大提高設(shè)備可靠性，同時(shí)具備完善的數(shù)據(jù)保護(hù)和自診斷功能，完善的限制及保護(hù)環(huán)節(jié)，多種抗干擾措施等。③功率整流單元就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，采用硅整流二極管和晶閘管。④滅磁和過壓吸收保護(hù)單元，滅磁是把轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中的磁場(chǎng)能量盡快地衰減，以便發(fā)電機(jī)組發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)斷開，但磁場(chǎng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)將維持故障電流，對(duì)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子絕緣造成損壞，甚至燒壞鐵心，為了盡可能地縮短故障點(diǎn)電弧燃燒時(shí)間，防止事故擴(kuò)大，要求在轉(zhuǎn)子絕緣允許的情況下，盡快地將轉(zhuǎn)子磁能衰滅到零，正常停機(jī)逆變滅磁，可控硅導(dǎo)通角成130°，將直流反向整流成交流，讓勵(lì)磁變消耗掉，非正常情況采用非線性電阻的滅磁方式，跳開滅磁開關(guān)，通過滅磁電阻來耗能進(jìn)行滅磁[1]。

2 故障現(xiàn)象

機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁變壓器運(yùn)行“嗡嗡”聲比相鄰機(jī)組大，副邊繞組三相電流不平衡，其中兩相電流高于另外一相30%，副邊兩相繞組溫度高于20 ℃左右，SCR觸發(fā)角比正常運(yùn)行時(shí)偏小15°左右。

3 故障分析和處理

針對(duì)故障現(xiàn)象，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)逐一排查，機(jī)組停機(jī)后對(duì)勵(lì)磁變壓器、轉(zhuǎn)子絕緣進(jìn)行測(cè)試，勵(lì)磁變壓器低對(duì)高地、高對(duì)低地和轉(zhuǎn)子絕緣情況良好，同時(shí)排除勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)和勵(lì)磁PT熔斷器情況，調(diào)節(jié)單元和功率整流單元通過勵(lì)磁系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

勵(lì)磁系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)是在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已經(jīng)帶電而主回路還未帶電的情況下，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和功率整流單元進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。先用靜態(tài)試驗(yàn)再用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行故障排查，優(yōu)先采用勵(lì)磁小電流試驗(yàn)，模擬運(yùn)行工況，觀察輸出波形，檢驗(yàn)調(diào)節(jié)單元、功率整流單元是否正常，準(zhǔn)備三相接觸調(diào)壓器、示波器、萬用表、負(fù)載電阻、連接線等試驗(yàn)儀器，解開主回路勵(lì)磁功率柜交流側(cè)進(jìn)線和滅磁柜直流側(cè)出線電纜，三相接觸調(diào)壓器副邊接功率柜三相進(jìn)線銅排，負(fù)載電阻接直流側(cè)出線銅排，示波器接在負(fù)載側(cè)觀察波形，通過萬用表觀察電壓變化情況。將副邊電壓調(diào)至50 V左右，合上滅磁開關(guān)，投入脈沖功率橋，觀察示波器波形， 發(fā)現(xiàn)一個(gè)周期20 ms內(nèi)只有5個(gè)脈沖波頭（圖1），分別切換A、B通道，切換 1號(hào)、2號(hào)功率橋，還只有5 個(gè)脈沖波頭，進(jìn)一步鎖定可控硅或觸發(fā)可控硅的脈沖回路是故障范圍，用萬用表電阻檔測(cè)量每個(gè)可控硅KG極的電阻值，12個(gè)可控硅的電阻值基本一致，用示波器分別觀察功率橋每個(gè)可控硅KG處的波形，發(fā)現(xiàn)功率橋的+C的KG沒有雙波頭，其它處均有雙波頭，且用萬用表測(cè)量其電壓值，+C的KG電壓為0 V，此時(shí)已說明脈沖回路是有問題，用示波器順著脈沖回路往上查，發(fā)現(xiàn)脈沖綜合板的脈沖輸入回路脈沖正常， 由此可判斷是脈沖綜合板的+C處脈沖有問題，更換脈沖綜合板后，小電流負(fù)載側(cè)波形正常（圖2），實(shí)驗(yàn)記錄見表1。

表1 小電流試驗(yàn)控制角與電壓值數(shù)據(jù)

圖1 缺一個(gè)脈沖時(shí)錄波圖

圖2 一個(gè)周期內(nèi)完整錄波圖

在SCR觸發(fā)角60°時(shí)，功率橋和調(diào)節(jié)器通道切換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2：

表2 SCR 觸發(fā)角 60°時(shí)電壓輸出數(shù)據(jù)

SCR觸發(fā)角分別為90°和60°時(shí)的負(fù)載波形見圖3、圖4：

圖3 SCR 觸發(fā)角90°錄波圖

圖4 SCR 觸發(fā)角60°錄波圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，恢復(fù)機(jī)組安全措施，機(jī)組空載建壓至額定電壓，勵(lì)磁變壓器運(yùn)行聲音及副邊繞組三相電流恢復(fù)平衡。

4 結(jié)語

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電系統(tǒng)不可或缺的部分，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，為發(fā)電機(jī)組提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通過故障的分析和處理過程，逐步從勵(lì)磁系統(tǒng)重要組成部分，用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)試驗(yàn)測(cè)試出來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和錄波圖，分析出故障點(diǎn)脈沖綜合板內(nèi)部電路老化是導(dǎo)致+C脈沖回路異常，使勵(lì)磁變壓器C相電源、溫度值比A、B相偏低的原因，A、B通道脈沖綜合板+C回路同時(shí)出現(xiàn)故障為排查故障提高了難度，極具有迷惑性，本文為運(yùn)維工作提供分析故障和處理問題方法，縮短排查故障時(shí)間，進(jìn)一步提高設(shè)備的安全可靠性。