郑美龙

（福建晋江天然气发电有限公司 福建晋江）

一、概况

燃气轮机发电厂发电机励磁装置采用GE公司EX2100全静态励磁装置，励磁电流由连接在6 kV母线上的励磁变压器经整流后获取。该励磁装置采用冗余控制系统，每台励磁装置配有两套可控硅整流桥，正常运行时由1号整流桥（简称M1桥）工作，2号整流桥（简称M2桥）作为备用，在M1桥发生故障时，励磁装置会自动切换至M2桥工作，由M2桥向发电机提供励磁电流，以保证发电机的正常运行。励磁装置的整流桥为三相全波可控硅整流桥路，如图1所示，每个桥由6个可控硅、12个熔断器组成。整流桥工作时产生的热量通过柜顶的扇热风机排出。

图1 三相全波可控硅整流桥

1.故障

发电机励磁装置在运行中发M1桥故障报警，报文“Cell 5 No Conduct”（M1桥5号可控硅无导通电流），同时励磁装置由M1桥自动切换至M2桥工作。厂检修人员随后对励磁装置相关设备进行检查。

（1）就地查看励磁控制器M1桥故障代码为182，故障报文“Cell 5 No Conduct”，与监控后台报文相一致。

（2）查看励磁装置切换至M2桥后的运行情况，励磁电压和励磁电流均稳定，无明显波动。查看励磁装置M1桥元器件，发现1，5号可控硅的熔断器熔断指示器均已弹出，表明1，5号可控硅的熔断器均已熔断。

（3）查看对应的6 kV励磁变压器高压侧开关的保护装置，发现保护装置发"高压侧三相过流保护动作"告警。在发电机监控后台,查看励磁装置切换前后的发电机励磁电压、励磁电流、发电机电压、电流、发电机有功功率曲线等，发现故障前并无明显波动。检查发电机本体运行无异音、励磁刷架无打火现象

综合以上故障现象和检查结果，检修人员初步判断为励磁装置M1桥内部元器件故障，M2桥可继续运行，待发电机停机后再对M1桥进行故障处理。

2.可控硅检查

所用可控硅为单向整流可控硅，单向可控硅有阳极A、阴极K、控制G的3个引出脚。只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压，同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时，方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态，阳极A与阴极K间压降约1 V。单向可控硅导通后，控制器G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压拆除或阳极A、阴极K间电压极性发生改变（交流过零）时，单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止，即使阳极A和阴极K间又重新加上正向电压，仍需在控制极G和阴极K间有重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态，用其可制成无触点开关。

根据可控硅的这一特性，可按图2的接线方式，变换阳极A和阴极K、控制极G和阴极K之间电压的极性，并通过直流表计来判断可控硅是否已经导通来简单校验可控硅开关特性。

停机后，检修人员对励磁装置M1桥上的6个可控硅及其配套熔丝进行检查，检查结果：可控硅VD5（C相）已烧穿，两侧电阻为0；可控硅VD1（A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。熔丝FU1，FU5已熔断，FU2，FU4，FU5，FU6 熔丝完好。

图2 可控硅接线图

3.故障原因推断

所用励磁装置的整流原理为三相全波整流，在全波整流过程中，要求始终保持有2个可控硅在导通状态，其中一个在共阴极侧，另一个在共阳极侧。

全波整流对触发脉冲的要求：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差 60°；共阴极组 VT1，VT3，VT5的脉冲依次差 120°，共阳极组 VT4，VT6，VT2 也依次差 120°；同一相的上下 2个桥臂，即 VT1与 VT4，VT3与 VT6，VT5与 VT2，脉冲相差180°。每个可控硅的导通时刻及长度可简化为图3所示。

图3 可控硅的导通时刻及长度

根据故障现象分析，熔断器FU1、FU5熔断，可控硅VD5烧穿（两侧电阻为0）可猜测在可控硅共阴极侧的A、C两相可能发生过相间短路过流故障。根据图3便可进一步推断：在图3中的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。但可控硅VD5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，VD5，VD6的3个可控硅同时导通，在此状态下A，C两相会途径VD1，VD5形成相间短路，相间短路电流过大直接使得VD1、VD5两侧的熔丝FU1，FU5烧断，M1桥跳闸，励磁装置切换至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告警。

二、推断验证

通过提取励磁变高压侧保护装置的过流故障录波，来验证上述推断。厂所用励磁变压器为Dy1的接线方式，根据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关系式见式（ 1）～（ 3）。

如果励磁变低压侧发生A、C两相相间短路，则Ia+Ic=0、Ib=0，那么可将上述方程式简化为式（ 4）～（ 6）。

由式（4）～（6）可知，如果上述推断正确，那么故障时刻励磁变高压侧IA，IB幅值相同、相位也应相同，IC的幅值应是IA的两倍，相位相反。

提取励磁变压器保护装置的故障录波，如图4所示，由波形可知整个励磁装置故障持续时间约为10 ms，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，与推断相一致，故判断故障原因为励磁装置M1桥可控硅VD5故障无法关断，导致励磁变压器低压侧发生A、C相相间短路所致。

对可控硅VD5进行解体检查，可控硅两面洁净光滑，无任何因过压、接地等放电烧毁痕迹，且摇晃可控硅可明显听出里面有异物晃动的声音，再加上现场励磁装置无任何整流桥可控硅超温告警记录，故排除外部因素导致可控硅VD5故障的可能性，应是可控硅VD5因元器件质量、寿命及老化等自身原因导致了此次励磁装置整流桥故障。

三、故障处理

图 4 励磁变压器保护装置故障录波

检修人员更换掉故障的元器件，并对励磁装置进行小电流试验，试验合格后，联系运行人员将励磁装置手动切换至M1桥工作，将发电机冷拖启动，期间励磁装置各参数均正常。

EX2100励磁装置的可控硅故障击穿现象已非个例，在做好日常维护，如清灰、冷却系统检查等工作的同时，也应做好相应重要备品备件的采购计划，以备不时之需。