水电厂励磁系统整流桥切换故障分析

何 静

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 皂市水电站，湖南 常德 415311)）

1 水电厂励磁系统概述

该水电厂发电机组励磁系统为自并励磁模式，结构上主要由用于提供励磁电源的机端励磁变压器、整流设备SCR整流桥，运用可编程控制器（PLC）的励磁控制器、起励设备、灭磁设备以及监视控制保护电路等设备构成。为了提高系统的可靠性，采用冗余的方式设置了两套SCR整流桥，其中一套为主用，另一套为备用，同时针对这两套SCR整流桥设置了两套PLC励磁控制器，现场控制柜主要有功率柜（SCR整流桥）、励磁调节器柜、功率联络柜、起励及非线性灭磁设备柜、灭磁开关柜和极性转换开关柜等。

其中的PLC励磁控制器主要由模拟量检测模块、模拟信号输入（AI）模块、开关量信号输入(DI)模块、处理器(CPU)、输出模块等，另外根据现场控制需要还配置了输出继电器、脉冲触发电路和励磁系统监控保护电路等。系统通过PLC控制器对各种保护信号进行综合调节后形成控制电压输出。脉冲触发电路综合来自PLC的控制信号和同步电压信号后，输出脉冲触发信号，并经过脉冲放大电路对其放大，以使其能够触发SCR导通，最终完成对励磁系统的调节。在发电机组启动时，首先启动备用的SCR整流桥，然后在切换到主SCR整流桥后正常运行，系统正常运行的情况下，可以无扰动的完成主用向备用SCR整流桥的切换。

2 励磁系统整流桥的切换控制

2.1 整流桥切换控制逻辑

励磁系统中主、备用SCR整流桥切换功能是在执行PLC的控制指令下完成的，系统切换到1#主用SCR整流桥的逻辑为1#整流桥运行正常，且系统已启动运行5秒或2#备用桥故障；系统切换到2#备用SCR整流桥的逻辑为2#整流桥无故障，且系统启动后1#桥出现故障。

2.2 整流桥切换功能的实现

励磁系统整流桥切换功能是在PLC、监控电路、辅助继电器和脉冲放大电路等模块的协调工作下实现的，当监控电路收到来自PLC控制器的整流桥切换指令后，监控电路会对相应的硬件电路发出信号，令控制辅助输出继电器动作，同时闭锁脉冲放大电路，然后控制辅助继电器动作而使待切入整流桥风机系统运行，并将启动信号反馈给PLC。

3 整流桥切换故障分析

3.1 失磁或误强励

该水电厂励磁系统在某次建压过程中，发生了升压不稳定问题，发电机组定子电压升到额定电压后，偶发突降至4kV上下的现象，同时还会伴有瞬时过电压和转子电压剧烈摆动现象。针对该故障对励磁系统建压过程进行了深入的分析和总结，引起该故障的原因如下：如果用于控制整流桥切换的两个辅助继电器动作不灵敏，而使其中的一个整流桥没有准时失磁，那么两个继电器就会处于同时励磁状态，会导致两个SCR整流桥的触发脉冲同时闭锁而使发电机组失磁；相反如果辅助继电器没有准时励磁，就会导致两个继电器处于同时失磁状态，就会使两套整流桥脉冲触发回路同时开放而使两套SCR整流桥同时被励磁，导致发电机组误强励而过电压。从上文可知励磁系统启动时会首先启动2#备用SCR整流桥，待其运行正常后再切换到1#SCR整流桥进入正常运行状态，如果再次过程中发生突然失磁，就会引起发电机组电压的突降，同时转子电压也会因失磁而发生剧烈摆动。

3.2 单向切换

该水电厂励磁系统中的两套SCR整流桥为相互并联，如果1#主用桥发生故障，控制系统可以使其无扰动的切换到2#备用桥上正常运行，从而保证系统不会因1#主用桥的故障而停运，但是这种切换只能够单向进行，也就是说只能从故障桥切换到备用桥，即使故障桥经过处理后恢复正常也无法切回。这是因为考虑到安全因素PLC的控制程序中进行了如此的设置，即必须确保灭磁开关断开、复位按钮按下的情况下才能完成回切，但是灭磁开关断开就意味着励磁系统停运，因此也就失去了无扰动回切的意义。另外，励磁系统正常启动之处会对2#备用SCR整流桥的运行正常与否进行短暂的试运行检查，之后就会切换到1#主用SCR整流桥而进入长期的正常运行状态，而且系统又没有设置人工在两套SCR整流桥之间切换的控制回路，这就会使1#主用SCR整流桥长时间参与运行而2#备用SCR整流桥只是在励磁系统启动或1#主用SCR整流桥故障时短时间的参与运行，这会造成设备负荷不均匀、设备的利用率不高的问题。

4 故障解决及改进措施

针对励磁系统整流桥切换故障，应该从日常检查、校验和运行维护为重点，一旦出现问题要及时更换。除此之外还需要采取以下两个方面的改进措施。

4.1 故障信号的复位

SCR整流桥故障信号的复位是影响水电厂励磁系统整流桥切回故障的重要因素，SCR整流桥故障信号主要包括SCR不导通、熔断器熔断、风机故障、风压偏低和辅助电源丢失等。其中整流桥熔断器熔断和辅助电源故障，都属于比较容易恢复的故障，在故障得到处理并恢复后，通过复位故障信号就能使系统恢复正常运行；对于整流桥风机系统的故障，在对其复位是必须断开灭磁开关后通过复位按钮使系统复位，因此，整流桥风机系统一旦出现问题，及时风机系统故障消除后，也必须是发电机组停机后才能得到恢复。这样类似于风机系统故障即使得到及时处理使故障消除后，也无法使整流桥恢复到正常状态，也就无法使另一整流桥故障时实现再备用。因此，可以把除了SCR整流桥主回路之外的故障信号都改成不停机复位方式，在非严重性故障发生时可以利用复位按钮，使整流桥得到复位，实现整流桥的回切功能，确保系统运行的稳定性和可靠性。

4.2 双桥的切换

目前的励磁系统仅能够实现由主用桥向备用桥的单向切换，而无法完成2套SCR整流桥的互切或定期切换，也无法实现发生故障的整流桥得以恢复后切回。另外解决这一问题还有一个措施就是增加人工切换旁路控制，这样就可以通过人为控制的方式，实现主、备用SCR整流桥的互切功能，从而确保整流桥、脉冲触发系统、脉冲放大回路和风机系统在均衡的负载下运行，是系统的设备利用率得以提升。

综上，针对励磁系统整流桥故障除了加强设备的日常检查、校验和维护以及必要的系统改进外，还要注重系统管理。面对系统故障或复杂的问题时，要沉着冷静，仔细排查与分析，逐步分析和汇总并寻求最优的解决方案，从而使故障得以妥善解决。

[1]吴光军.三峡左岸电站励磁系统综述[J].大电机技术,2005,(2)