张国栋
国网青海省电力公司检修公司，青海 西宁 810008
摘 要：同步调相机实际上是一台不带机械负载（空载）运行的。它从电网吸收的有功功率仅供给电机本身的损耗，因此同步调相机总是在接近千零的电磁功率和零功率因数的情况下运行。改善系统供电质量供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
关键词：调相机；励磁；措施
1 故障现象
故障前，2 号调相机并网运行，无功出力为滞相 24Mvar； 故障发生后 12ms，励磁系统检测到励磁变低压侧电流异常升 高，励磁调节器触发角度由 86 度调整到 150 度逆变角；202ms， 励磁变过流保护动作，发出跳并网断路器和磁场断路器指令； 253ms，500kV 侧并网断路器断开；263ms，灭磁回路跨接器闭 合，灭磁电阻投入；325ms，磁场断路器断开，励磁系统闭锁 触发脉冲并退出运行，调相机进入惰转状态；522ms，励磁绕组过负荷反时限动作，此时并网断路器和磁场断路器已分断； 5.6s，机端电压衰减到 0，励磁变低压侧电压随之衰减到 0， 故障电流消失。由于调相机开路瞬变时间常数达 7.5s，且故 障期间 1、2 号整流柜正常运行，因此在励磁变过流保护动作之前调相机未见明显异常，转子电流由 770A减小至 672A，无功出力由滞相 24Mvar 变化为进相 6.8Mvar，无功波动为 30.8Mvar，未出现失磁现象；故障期间 1 号调相机运行正常， 无功出力未有波动，此次 2 号调相机励磁系统故障对电网及 调相机本体影响有限。
2 现场检查情况
3 号整流柜正面，-B 相散热器与晶闸管阳极接触部分有灼伤痕迹，-B 相晶闸管陶瓷外壳裂开，＋B、-B 相晶闸管外挡板脱落，其余 5 只晶闸管无明显异常。
3 号整流柜背面，-A、-B、-C 相快熔开裂，交直流侧隔 离刀闸、交直流铜排有熏黑痕迹，脉冲板及屏后二次线损毁， #3 整流柜与#2 整流柜连接处三相交流铜排熔断。
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3励磁系统故障原因分析
① 3号整流柜-B 相晶闸管关断承受反压时被击穿，随着 -C 相晶闸管正常导通，整流桥 BC 相间短路。
② -A 晶闸管被提前触发。故障发生后，-B 相晶闸管上承受的反向电流迅速增大，短路电流由阴极流向阳极的过程中，在阴极和门极之间产生电压差，一部分短路电流经由脉冲变压器副边的二极管形成通路，将脉冲变副边的铜箔烧断并向-A 晶闸管门极放电，造成-A 晶闸管提 前触发，导致两相短路发展为三相短路。
③ BC 相间发生短路后，由于快速熔断器 I2 t 值超标，未能在晶闸管损坏之前迅速熔断，无法保护晶闸管。故障发生后，抽取该批次未损坏的 6 只快速熔断器在上海电器设备检测所有限公司进行第三方检测。检测报告显示，快速熔断器的弧前 I2 t+熔断 I2 t 为 10.6*106 A2 s（快熔厂家对此款熔断器未开展相关实际 I2 t 测试的型式试验，其出厂值 7.29*106 A2s 为厂家理论计算值），超过设计值(7.29*106 A2 s)约 45%，大于 5STP 26N6500 晶闸管（10.125*106 A2 s）的 I2 t，使得快速熔断器动作滞后，无法有效保护晶闸管，使得-A、-C 相晶闸管因严重过流而击穿。
④ -A 相快熔在通过大电流、内部燃弧后，未能在内部彻 底灭弧，快熔破裂喷出的导电物质降低了柜内绝缘水平，引 发-A、-B、-C 三相熔断器对晶闸管散热器的固定螺栓时间放电（图 7 和图 8），形成电弧。电弧使得快熔内侧（朝绝缘板）铜板烧蚀缺损，瓷管釉面烧熔，瓷管呈碎裂状；而外侧（朝后门）铜板无烧蚀变形，瓷管裂纹长而少。
⑤ 电弧在柜内蔓延，经由交流母排的最薄弱部位（汇流铜排支撑处，铜排对地间距 25mm（图 9），且没有绝缘套管）放电，引发铜排三相短路，使得故障蔓延和扩大化。励磁母排安装到机柜采用了环氧板、不饱和树脂板，均属于有机绝缘，对于I级污秽等级，交流电压1545V需要满足的对地爬电距离不小于 16*1.545=24.72mm，屏柜交接处（母排支撑）的铜排对地最小爬电距离为 25mm，裕度过小，且未有绝缘措施，所以当屏柜内出现拉弧现象，屏柜内部有电离时，此处为最薄弱部位最容易发生放电短路，引起铜排三相短路造成了故障扩大。
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⑥ 6后备过流保护在故障发生 200ms 后正确动作。由于调相机直轴开路瞬变时间常数约 7.5 秒，并网断路器和磁场断路器分断后，机端电压缓慢下降，无法立即阻断短路电流。长时间的短路电流作用于交流铜排相间短路点（图10），造成励磁系统烧毁。
4.处理措施和建议
① 开展晶闸管应用筛选测试，保证供货晶闸管的合格率。 所有调相机站励磁系统应提供晶闸管的出厂时间、投入使用时间、出厂报告及复测试验报告,如有不满足质控要求的，应予以更换。目前励磁系统晶闸管只测试了通态电压、反向断态电流、门极触发电流和门极触发电压等少数参数，应开展更加全面的筛选测试，涵盖断态电压临界上升率、维持电流、擎住电流、通态电流临界上升率、通态浪涌电流、门极控制开通时间等参数。
② 优化脉冲触发回路走线方式，提高脉冲触发回路抗干扰能力。工程中应严格禁止在励磁系统屏柜内出现强弱电共槽盒的情况，防止出现信号干扰情况，影响设备运行。
③ 快速熔断器应通过型式试验并提供试验报告。部分型号快速熔断器规格书中的 I2t 参数为推算值，第三方试验发现实测值和推算值的差距达到 45%，造成产品选型不正确，快熔无法起到保护晶闸管的作用。调相机在用励磁系统的快速熔断器应通过型式试验并提供试验报告，实测 I2t 参数应与晶闸管参数相配合，确保熔断器具备可靠的保护能力。不满足要求的，应予以更换。
④ 一次回路应做好绝缘防护措施。南瑞科技和西门子的裸露金属铜排无相关的绝缘措施，存在人员触电和金属短路的风险，所有的励磁系统裸露金属铜排增加绝缘护套，完善绝缘措施。绝缘间隙较小的晶闸管散热器的固定螺丝等位置，应增加绝缘螺帽。
⑤ 修改励磁变过流保护动作时间，在 200ms 的基础上进一步缩小。在主保护快速熔断器失效的情况下，可通过调变组保护迅速跳开并网开关和磁场断路器，以减少故障持续时间，从而减小对电网和设备的影响。
参考文献:
[1] 许其品，朱宏超，王庆，王亚婧，袁亚洲，杨铭，杨鹏程，徐春建，一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法，掌桥科研 2017年
[2] 王永骥;张丽胜;涂健;同步发电机组励磁系统实时仿真研究;2000年
作者简介：张国栋 1981年6月 男 副高级工程师 从事换流站运检管理，研究换流站运检技术。