可控硅整流桥均流问题分析及现场处理方法

2015-12-30耿道波

中国设备工程 2015年12期

关键词：铜排可控硅波形

耿道波

（华电国际十里泉发电厂，山东　枣庄　277103）

可控硅整流桥均流问题分析及现场处理方法

耿道波

（华电国际十里泉发电厂，山东枣庄277103）

分析了影响可控硅整流桥均流问题的复杂因素，结合工程经验，给出了解决均流问题的现场排查方法。现场实例证明，这些方法简便易行，可靠有效，能够有效解决现场均流问题，确保可控硅整流桥的长期安全稳定运行。

可控硅；整流桥；均流；现场处理

励磁系统中并列运行的可控硅整流柜需要有良好的均流系数，才能够保证整个系统的长期可靠运行。然而，实际工程中由于各种因素导致均流效果变差的情况难以避免。如果并列运行的各个可控硅整流柜出力严重不一致，往往影响功率单元寿命，影响强励效果，给系统的长期稳定运行带来隐患。

因此，可控硅整流桥的均流问题也就越来越受到人们的重视。处理好可控硅整流桥间的均流问题，对提高励磁系统运行的可靠性，消除安全隐患，确保电力生产的安全稳定运行具有重要意义。

一、均流问题的影响因素

在研究可控硅整流桥电流分配时，电路模型一般采用电压源加内部电阻的方式来简化考虑。根据电路的基本原理，当两个电压源并列运行时，若其内阻相等，则电压较高的那个电压源有较大的输出，如果电压相等，则内阻较小的那个电压源有较大的输出。与此类似，并列运行的可控硅整流桥之间等效电压源及其等效内阻也存在一定的差异，如果这种差异达到一定程度，就会导致是否均流问题的发生。具体来说，影响可控硅整流桥均流问题的因素是比较复杂的，主要包含以下几个方面。

（1）可控硅触发一致性的差异。可控硅触发的一致性决定了电压源并联支路电压值，从而直接影响整流桥之间的均流。器件选择上主要是选择触发特性相同的硅元件，个体差异越小越好。触发脉冲方面主要是采用强触发，使得触发脉冲具有较陡峭的前沿，避免因可控硅触发特性的差异导致并联的可控硅不同时开通。强触发作为一种经济有效的方法被广泛采用，是改善可控硅整流桥均流的主要方法。

（2）可控硅的通态压降及通态电阻的差异。通过对可控硅的合理选择，使得并联的可控硅通态压降和斜率电阻尽可能接近，从而减小可控硅平均通态压降的影响。当可控硅的平均通态压降有差异时，可通过合理的搭配，使得可控硅的平均通态压降和可控硅整流桥交直流回路的等效阻抗对可控硅整流桥均流的影响相互抵消。可控硅通态电阻差异可以根据交直流侧进出线的长短来平衡，比如采用交流电缆作为进出线，就是一种平衡可控硅通态电阻差异办法。

（3）交流回路等效阻抗的差异。包括交流进线的长度差异、铜排母线本身的阻抗不同、铜排的接触电阻不同等都有影响。交流侧阻抗影响的总体规律是电流分配与长度成反比，或者与整流桥的安装位置相关。当采用电缆作为可控硅整流桥交流进线时，应该考虑采用等长的电缆，充分利用交流电缆的感抗，实现均流。或者在每个可控硅的桥臂或每个整流桥的三相交流的输入端接入均流电抗器或磁环，等效增加了并联支路电压源的阻抗，可以大大改善均流效果。对于交流侧采用铜排互连的整流桥，由于其铜排明显呈现阻性，可以根据改变铜排的电阻来达到均流的目的，比如在铜排上进行刻槽，在铜排上打孔，将改善均流效果。在机柜的安装位置方面，通常将交流进线安排在并联整流桥的中间位置，采用中间进线的方法来平衡交流回路阻抗的影响。铜排压接螺丝松动，或者压接面变形、有细小异物，或者长期运行表面氧化等，都会影响铜排接触电阻不同，安装时需要仔细检查才能防止接触电阻不一致。

（4）直流回路等效阻抗的差异。直流侧各整流单元出线的长度差异、铜排母线本身的阻抗不同、铜排母线的接触电阻不同等也会影响并联支路的均流效果。在直流出线和机柜位置的安排上同交流侧阻抗一样，应避免各回路出现明显差异。

（5）刀闸触头的接触电阻差异。整流桥通常安装交流侧刀闸和直流侧刀闸，动静触头的接触面压力不一致，或者表面脏污，或者长期运行表面氧化等，都会导致刀闸的接触电阻不同，直接影响回路的阻抗，导致均流效果变差。运行中要注意刀闸触头位置是否温度过高，如果发热应及时检查处理触头，保持接触良好。

（6）快熔特性的差异。与整流桥可控硅相串联的快熔特性通常也会存在一定的差异，特别是长期运行后与铜排的接触面氧化，或者压接螺丝松动，或者压接面变形、有细小异物等，通常也会影响并联支路的均流效果。运行中要注意各快熔及其接触面温度是否一致，如果有明显发热应及时检查处理。

（7）可控硅散热器的差异。通常可控硅是与散热器压接在一起的，压接螺丝松动或者接触面含有细小异物，不仅会导致接触电阻不同，还会导致可控硅散热不同，最终导致接触面氧化、压接面变形等问题，最终也会影响到并联支路的均流效果。

二、均流问题的现场处理方法

由于导致可控硅整流桥均流问题的因素是比较复杂的，给现场均流问题的检查处理带来了一些实际困难，通常需要丰富的现场经验和清晰的试验分析。为了能够切实有效地处理现场的均流问题，简便可行的检查方法是非常必要的，否则原因查不到的话很难能够有效解决均流问题。由于导致可控硅整流桥均流问题的因素是多方面的，通常需要按照以下步骤仔细排查。

（1）根据整流桥的实际输出电流计算均流系数。首先排除表计异常带来的错误电流指示，用直流侧分流计的毫伏信号直接计算分流系数更准确。如果分流系数在0.8～0.85之间，可以排除支路某相基本不导通的严重情况，可以不进行交流电流波形的测量。如果分流系数在0.70～0.8之间，需要进一步检查交流电流波形。

（2）测量交流电流波形。对于均流效果较差的情况，特别是某一支路电流只有其他支路的一半时，通常是由于可控硅导通不好、快熔特性较差、回路接触电阻较大等原因导致某一相几乎不导通，需要测量交流电流波形进行确认是哪一相。在机组空载工况下，可采用电流探头配合示波器进行交流三相进线电流波形的测量，均流良好的正常波形一般是正半波和负半波是对称的，形状大小基本相同，方向相反。而导通不好的那一相电流形状会明显不同，形状偏小，可以初步判断是哪一相回路导通不好。如果有条件，可以采用拔脉冲线的方式，看形状异常的波形是否消失，最终确认是哪一相回路导通不好。

（3）刀闸接触面、铜排连接面、柜内元器件温度的测量。在机组空载或负载工况下，可采用红外测温仪或红外热像仪测量柜内元件的温度，特别是铜排连接面、刀闸接触面的温度。如果在同等散热条件下，个别元器件或接触面温度偏高，很可能是由于接触电阻较大发热所致，尤其是刀闸接触面很容易松动、氧化，引起接触电阻变大导致温度偏高。需要特别注意的是，电流小的支路如果有温度高的元件或接触面，大多是由于接触电阻变大引起的，通常会导致均流效果变差。因此，一旦发现有温度偏高的情况，需要退出该支路或者停机时进行相关处理，如果是接触面发热，需要打磨接触面或涂导电膏，如果是个别元件发热，可能是元件特性下降导致，需要更换新元件等。这些处理措施对改善均流效果都会有很大帮助。

（4）确认回路导通不好的具体原因。根据以上电流波形的测量和柜内各部温度的测量，如果能够发现导通不好的回路，并且该回路存在发热异常的元器件，则基本可以认为该因素是导致不均流的原因。如果没有发现发热的元器件，则需要进一步静态检查。

（5）静态试验检查。静态检查需要机组在停机工况时才能进行，主要包括脉冲回路检查、紧固回路连接螺丝、小电流试验。脉冲回路主要检查各相脉冲接线有无松动，紧固包括调节器发出的脉冲端子和整流柜接收的脉冲端子以及脉冲盒上的各个端子，测量可控硅G、K极之间的电阻（一般为十几欧左右），检查G、K极之间有无错线，脉冲变压器有无松线或错线；紧固回路连接螺丝主要是紧固交、直流母排和刀闸处的螺丝，尽可能将快熔、散热器连接处的螺丝也紧固一下，并检查刀闸断口处的接触面有无氧化迹象，最好能够用砂纸打磨，用酒精清洗后涂抹导电膏；小电流试验主要是检查调节器发出的小脉冲是否正确，观察脉冲放大板和整流柜脉冲盒上的指示灯正常，亮度一致，用示波器观察可控硅输出的直流电压波形正确，直流电压正确，检查调节器发出的脉冲波形和脉冲盒输出的双窄脉冲波形周期正确，幅值合格。

（6）可控硅和散热器压装检查。若静态和动态试验均正常，均流问题仍没有明显改善，此时可以考虑将可控硅（有的配备散热器）拆除。可控硅拆卸后，需进行清灰处理，仔细察看各个可控硅以及散热器是否有损坏，是否有压接不牢固的地方，发现这些问题后需准备更换可控硅及散热器模块。在没有发现异常的情况下，需利用力矩扳手将各个螺丝重新紧固一遍，排除可控硅和散热器压装对均流的影响。

（7）可控硅参数重新匹配。如果可控硅和散热器压装检查后，没有发现异常，还可考虑重新匹配可控硅参数。根据可控硅的导通压降试验数据和可控硅的实际排序位置，利用导通压降的影响来重新安排可控硅的排序，补偿其他不良因素的影响，通常是正负桥臂之间、或者同一相可控硅不同支路之间进行调配，一般能获得较好的均流改善效果。

（8）改善均流效果的其他方法。除了以上检查处理均流问题的方法外，还有长线均流、磁环均流、智能均流等其他方法。在有条件的情况下使用长电缆作为交流电源进线，可以有效平衡整流系统的交流阻抗差异，通常都能取得较好的均流效果；根据现场情况，采用在出力大的功率柜三相交流侧增加磁环的方法来提高均流系数。由于磁环是由铁磁材料制成，增大交流阻抗使回路电流减小，达到均流的目的。通过增加磁环改善均流的方式安装简单，调整方便，能有效增加功率装置输入阻抗，降低电流输出，改善均流效果。智能均流需要增加智能脉冲控制设备，系统变得复杂化对可靠性的要求很高，否则会带来安全隐患，一般较少采用。