励磁半控整流桥失控的原因分析和预防措施

电力18讯：    我市现有22座水电站，装机46台，总容量27605kW：其中我中心属下有6座水电站，装机容量20230kW。无论是低压机组还是高压机组，其励磁方式基本上都是采取可控硅静止励磁装置。装置的主回路均为半控整流方式，采用静止励磁取代了原有的旋转励磁机，不但提高了励磁的动态性能，而且维护方便、运行稳定可靠，所以可控硅静止励磁装置在小型水电站得到了广泛的应用。

1  整流桥可控硅元件失控的现象

励磁装置在数十年的运行过程中，也多次出现过一些问题，突出表现为整流桥可控硅元件失控。一旦出现失控，整流装置输出的励磁电流可迅速上升到额定励磁电流的1．5～2倍(按励磁变压器二次电压高低而不同)，致使励磁装置误强励。如果原发电机正在并网运行，将因励磁电压和励磁电流的猛增，使无功急剧增加，导致发电机过负荷(定子过电流)；如果发电机空载时出现失控(或如上所述并网运行时失控，再甩负荷)将会导致发电机过电压。无论是过负荷或是过电压对发电机运行都是不容许的。而且出现失控后调节器将不能调节，无论是“自动”或“手动”方式均不能把励磁电流降下来。此时如用示波器观察励磁输出电压波形，可以看到此时已经不再是每个周期输出3个波形相同、三相对称的波形，而是像马鞍形一样，然后过零，连续不断(见图1)。


图1  整流桥可控硅元件失控时励磁输出电压波形

2  整流桥可控硅元件失控的主要原因

2．1  可控硅元件的正向阻断能力下降

可控硅在长期不使用，而且密封不良的情况下，由于受潮(尤其是春天，长时间停机)，硅元件正向阻断能力是很容易下降的。一旦硅元件的正向阻断能力下降到低于整流变压器的二次电压，硅元件就不需要等触发脉冲到来便自然导通，造成脉冲控制不起作用，输出的电压波形基本上是1个正半波，使励磁电压升高，引起误强励。

2．2  可控硅元件的维持电流太小

因发电机转子是一个以电感为主的大电流负载，对半控桥来说，电流流过大电感，电压过零后，电流并不为零。虽然半控桥在电感负载侧设有续流管，但如果续流管的管压降不低于正在导通的可控硅元件的管压降的话，电感上的电流除了大部分从续流管流过外，仍有部分电流在原导通的可控硅上流过。这个电流虽然是衰减的，但是在外加电压整个负半周，电流仍未能减到小于维持电流(即原导通可控硅仍未关断)，到下1个正半周到来时，该硅元件就不需要等触发脉冲到来就继续导通。如此连续下去，一相可控硅连续导通，同样会因输出大电流而造成误强励。

2．3  触发器丢脉冲

在三相整流电路里，3个可控硅是在3个脉冲加入后依次轮流导通的，后一相可控硅的导通，使前一相可控硅承受反向电压而强迫关断，所以在大电感负载下，后一相可控硅导通是前一相可控硅关断的重要条件。在上述第二种情况中，如果三相脉冲正常，虽然维持电流小，也能保持正常换相，不致于失控。但如果出现丢脉冲，不能保持正常换相，那就非出现失控不可了，其结果与上述2种情况相同。

出现丢脉冲，不仅是因脉冲单元本身故障所致，脉冲引线接触不良，或是被老鼠咬断，也会造成丢脉冲，这种现象在电站常有发生。更普遍的是脉冲单元里的移相电阻变值、电容漏电，使移相特性改变，往往使脉冲移到同步的容许范围以外，相当于丢脉冲，这是尤其值得注意的。

3 防止整流桥可控硅元件失控的措施

根据上述励磁装置失控的种种原因，加强维护是减小事故发生的有效措施。我中心对属下所有电站进行定期检修，并为防止装置失控采取针对性措施，主要有以下方面：

1)在更换可控硅元件时，硅元件的正、反向阻断电压不得低于原出厂电压，可控硅的维持电流不小于50mA；硅元件尽可能不要在市面上购买，而在专业生产厂购买，以确保名牌技术指标的可靠性。

2)如要更换续流管，续流管的管压降以小为好，最好小于0．5V。

3)触发极的引线要经常保持完好，防止截断引起丢脉冲。

4)定期用示波器检查可控桥的直流输出波形，保证在调节范围内可控桥的直流输出波形三相齐全、大小基本相同。

5)三相触发器输出脉冲宽度、幅值、相位(移相)正常，如直流输出波形三相不对称，可调整触发器脉冲相位来实现(调节RC移相电阻R)。

4  结束语

总之，熟悉、理解半控整流桥产生失控的原因和调节器的基本原理，加强维护，可以有效地避免半控整流桥失控，提高安全运行的可靠性，这对发电厂是非常重要的。

自上世纪90年代开始随着微机励磁出现，励磁装置主回路大都采用三相全控整流桥，全控整流桥的优点是反应快、能逆变灭磁，把储藏在转子绕组磁场能量反馈到交流电网中。更重要的是，全控桥能从根本上解决半控整流桥的失控现象。2003年，我中心在白水寨电站励磁改