一起EX2100励磁系统整流桥故障的浅析

摘要：通过某燃气电厂发电机EX2100励磁系统整流桥故障，对该故障进行分析，了解EX2100三相全波整流原理运行及故障判断。

关键词：整流桥故障;三相全波整流;相間短路;开关特性;

0.前言

发电机励磁系统整流桥直接关系到发电机是否能正常运行，运行中整流桥运行的可靠性显得尤为重要，运行中当出现整流桥故障后，应如何分析判断是本文重点阐述的。

1、概述

某燃气电厂四台发电机是由哈尔滨电气动力公司制造的390H全氢冷发电机，四台发电机励磁系统均采用GE公司EX2100全静态励磁装置，EX2100励磁装置采用冗余系统，整流柜内有两套整流装置，M1主M2备，正常在M1桥运行，当M1整流桥故障时，自动切换至M2整流桥。励磁变连接于6kV母线上，励磁电流经励磁变压器经整流桥整流后获取，励磁系统的整流桥为三相全波整流，每个整流桥内有6个可控硅，每个可控硅配备两个并联熔丝（每个熔丝额定电流是800A）。

2、事件经过及检查情况

2.1事件经过

2018年11月30日14：24，某燃气电厂#3机MK VI报：“Cell 3 No Conduct”（M1桥3号可控硅无导通电流）报警，励磁调节控制器由M1自动切至M2运行，切换时励磁电流由1357A下降至1201A后马上返回、励磁电压由416V下降至368V后马上返回。

2.2检查情况

2.2.1 检查#3机励磁系统M2整流桥运行情况，各参数均运行正常。

2.2.2 检查励磁控制器M1故障代码为182（Cell 3 No Conduct），初步判断M1整流桥有故障。

2.2.3 查看#3机励磁系统M1整流桥元器件，发现1、3号可控硅的熔丝均已熔断。

2.2.4 检查#3机6kV配电室#3机励磁变电源开关6324保护装置，保护装置发高压侧三相过流保护动作告警，查看录波发现故障前电流波动不大。

2.2.5 在MK VI上查看励磁系统切换前后的#3发电机励磁电压、电流、发电机机端电压、电流、发电机有功功率曲线，发现并无明显波动。

2.2.6 检查#3发电机本体运行无异音、励磁刷架无打火现象。

综合以上检查，初步判断为励磁系统M1整流桥内部可控硅有故障，暂由M2整流桥运行。

3.M1整流桥故障进一步处理经过

2018年11月30日晚上停机后，检修人员对#3机励磁系统整流柜M1桥故障进行处理，对M1桥上的6个可控硅及其配套熔丝进行检查，检查结果如下：

熔丝FU1、FU3已熔断（对应A相和C相），FU2、FU4、FU5、FU6熔丝完好;

可控硅VD3（A相）已烧穿，两侧电阻为0;

可控硅VD1（C相）未烧穿，但其开关特性已不满足要求;

可控硅VD2、VD4、VD5、VD6未烧穿，开关特性也满足要求。

由此判断是因为M1整流桥的可控硅故障引起熔丝熔断，造成励磁系统故障切至M2桥运行。随后检修人员更换故障的元器件，并联系运行人员将励磁系统手动切换至M1桥工作，将#3机冷拖启动至3000rpm，查看#3机励磁系统各参数均正常后发停机令。2015.03.31日，#3机正常启动并网，励磁系统各参数正常。

4、故障分析

4.1、故障原因推断

EX2100励磁系统的整流原理为三相全波整流，整流原理图如下：

在全波整流过程中，始终保持有两个可控硅在导通状态，其中一个在正极侧，另一个在负极侧。其导通时刻表可见下图：

如图2所示，在t1时刻，可控硅VD2、VD3、VD4、VD5本该关断，由可控硅VD1、VD6和转子绕组形成电流回路。根据故障现象推断：VD3由于元器件寿命及老化原因发生故障，在t1时刻没有发生关断，始终保持在导通状态。此时就会出现VD1、VD3、VD6三个可控硅同时导通，由图4可知，此状态下A、C两相会途径VD1、VD3形成相间短路，相间短路电流过大直接使得VD1、VD3两侧的熔丝FU1、FU3烧断，M1桥跳闸，励磁系统切换至M2桥工作，同时励磁变高压侧也因相间短路发出变压器过流II段告警。

可控硅VD1由于励磁系统熔丝FU1及时熔断，使得VD1并未被完全烧穿，但其开关特性已不满足现场使用需求，故也将其退出运行。

4.2、故障分析

提取#3机6kV配电室#3机励磁变电源开关6324保护装置的故障录波，由波形可知整个励磁系统故障持续时间约为10ms，故障时励磁变高压侧电流IA、IB幅值、相位几乎一致，IC幅值是IA、IB的两倍，相位与IA、IB相反，由此得出VD3可控硅元器件老化引起。

4.3、故障理论依据

我厂#3机励磁变为Dy1的接线方式，根据其接线方式可得到励磁变高压侧电流IA、IB、IC和低压侧电流Ia、Ib、Ic关系式为：

当励磁变低压侧发生A、C相间短路，则Ia+Ic=0、Ib=0，那么可将上述方程式简化为：

由上式可知励磁变高压侧IA、IB幅值相同、相位也应相同，IC的幅值是IA的两倍，相位相反。与#3机6kV配电室#3机励磁变电源开关6324保护装置的故障录波波形基本一致，故判断为励磁变低压侧发生A、C相相间短路。

5、结论

通过以上分析判断得出#3机励磁系统故障M1桥故障原因可控硅VD3在运行中发生故障，无法关断，继而使得励磁变低压侧A、C相发生短路故障，使得熔丝烧断，M1桥故障切换至M2桥工作。

6、防范措施

1、加强备品备件的管理，针对此类故障应举一反三，重点的元器件应有足够的备件。

2、加强与励磁系统生产厂家的研发人员进行沟通，进一步分析可控硅VD3在运行中发生无法关断的原因。

3、针对此次故障，加强班组内部学习和同类型的燃机电厂的经验交流，做好事故预想的工作。

参考文献：

1、中国电力出版社《大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书 》设备及系统分册，2009年4月.

2、福建晋江天然气发电有限公司《集控运行规程（电气分册）》，2014年01月10日.

作者简介：

何熙（1984.10.15-），毕业于武汉理工大学，电气工程与自动化专业，本科学历，电气工程师，现从事发电部电气专业主管工作。