可控硅整流橋均流問(wèn)題分析及現(xiàn)場(chǎng)處理方法

耿道波

（華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠，山東　棗莊　277103）

可控硅整流橋均流問(wèn)題分析及現(xiàn)場(chǎng)處理方法

耿道波

（華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠，山東棗莊277103）

分析了影響可控硅整流橋均流問(wèn)題的復(fù)雜因素，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，給出了解決均流問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)排查方法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例證明，這些方法簡(jiǎn)便易行，可靠有效，能夠有效解決現(xiàn)場(chǎng)均流問(wèn)題，確?？煽毓枵鳂虻拈L(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

可控硅；整流橋；均流；現(xiàn)場(chǎng)處理

勵(lì)磁系統(tǒng)中并列運(yùn)行的可控硅整流柜需要有良好的均流系數(shù)，才能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。然而，實(shí)際工程中由于各種因素導(dǎo)致均流效果變差的情況難以避免。如果并列運(yùn)行的各個(gè)可控硅整流柜出力嚴(yán)重不一致，往往影響功率單元壽命，影響強(qiáng)勵(lì)效果，給系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

因此，可控硅整流橋的均流問(wèn)題也就越來(lái)越受到人們的重視。處理好可控硅整流橋間的均流問(wèn)題，對(duì)提高勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，消除安全隱患，確保電力生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

一、均流問(wèn)題的影響因素

在研究可控硅整流橋電流分配時(shí)，電路模型一般采用電壓源加內(nèi)部電阻的方式來(lái)簡(jiǎn)化考慮。根據(jù)電路的基本原理，當(dāng)兩個(gè)電壓源并列運(yùn)行時(shí)，若其內(nèi)阻相等，則電壓較高的那個(gè)電壓源有較大的輸出，如果電壓相等，則內(nèi)阻較小的那個(gè)電壓源有較大的輸出。與此類似，并列運(yùn)行的可控硅整流橋之間等效電壓源及其等效內(nèi)阻也存在一定的差異，如果這種差異達(dá)到一定程度，就會(huì)導(dǎo)致是否均流問(wèn)題的發(fā)生。具體來(lái)說(shuō)，影響可控硅整流橋均流問(wèn)題的因素是比較復(fù)雜的，主要包含以下幾個(gè)方面。

（1）可控硅觸發(fā)一致性的差異?？煽毓栌|發(fā)的一致性決定了電壓源并聯(lián)支路電壓值，從而直接影響整流橋之間的均流。器件選擇上主要是選擇觸發(fā)特性相同的硅元件，個(gè)體差異越小越好。觸發(fā)脈沖方面主要是采用強(qiáng)觸發(fā)，使得觸發(fā)脈沖具有較陡峭的前沿，避免因可控硅觸發(fā)特性的差異導(dǎo)致并聯(lián)的可控硅不同時(shí)開(kāi)通。強(qiáng)觸發(fā)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法被廣泛采用，是改善可控硅整流橋均流的主要方法。

（2）可控硅的通態(tài)壓降及通態(tài)電阻的差異。通過(guò)對(duì)可控硅的合理選擇，使得并聯(lián)的可控硅通態(tài)壓降和斜率電阻盡可能接近，從而減小可控硅平均通態(tài)壓降的影響。當(dāng)可控硅的平均通態(tài)壓降有差異時(shí)，可通過(guò)合理的搭配，使得可控硅的平均通態(tài)壓降和可控硅整流橋交直流回路的等效阻抗對(duì)可控硅整流橋均流的影響相互抵消。可控硅通態(tài)電阻差異可以根據(jù)交直流側(cè)進(jìn)出線的長(zhǎng)短來(lái)平衡，比如采用交流電纜作為進(jìn)出線，就是一種平衡可控硅通態(tài)電阻差異辦法。

（3）交流回路等效阻抗的差異。包括交流進(jìn)線的長(zhǎng)度差異、銅排母線本身的阻抗不同、銅排的接觸電阻不同等都有影響。交流側(cè)阻抗影響的總體規(guī)律是電流分配與長(zhǎng)度成反比，或者與整流橋的安裝位置相關(guān)。當(dāng)采用電纜作為可控硅整流橋交流進(jìn)線時(shí)，應(yīng)該考慮采用等長(zhǎng)的電纜，充分利用交流電纜的感抗，實(shí)現(xiàn)均流?；蛘咴诿總€(gè)可控硅的橋臂或每個(gè)整流橋的三相交流的輸入端接入均流電抗器或磁環(huán)，等效增加了并聯(lián)支路電壓源的阻抗，可以大大改善均流效果。對(duì)于交流側(cè)采用銅排互連的整流橋，由于其銅排明顯呈現(xiàn)阻性，可以根據(jù)改變銅排的電阻來(lái)達(dá)到均流的目的，比如在銅排上進(jìn)行刻槽，在銅排上打孔，將改善均流效果。在機(jī)柜的安裝位置方面，通常將交流進(jìn)線安排在并聯(lián)整流橋的中間位置，采用中間進(jìn)線的方法來(lái)平衡交流回路阻抗的影響。銅排壓接螺絲松動(dòng)，或者壓接面變形、有細(xì)小異物，或者長(zhǎng)期運(yùn)行表面氧化等，都會(huì)影響銅排接觸電阻不同，安裝時(shí)需要仔細(xì)檢查才能防止接觸電阻不一致。

（4）直流回路等效阻抗的差異。直流側(cè)各整流單元出線的長(zhǎng)度差異、銅排母線本身的阻抗不同、銅排母線的接觸電阻不同等也會(huì)影響并聯(lián)支路的均流效果。在直流出線和機(jī)柜位置的安排上同交流側(cè)阻抗一樣，應(yīng)避免各回路出現(xiàn)明顯差異。

（5）刀閘觸頭的接觸電阻差異。整流橋通常安裝交流側(cè)刀閘和直流側(cè)刀閘，動(dòng)靜觸頭的接觸面壓力不一致，或者表面臟污，或者長(zhǎng)期運(yùn)行表面氧化等，都會(huì)導(dǎo)致刀閘的接觸電阻不同，直接影響回路的阻抗，導(dǎo)致均流效果變差。運(yùn)行中要注意刀閘觸頭位置是否溫度過(guò)高，如果發(fā)熱應(yīng)及時(shí)檢查處理觸頭，保持接觸良好。

（6）快熔特性的差異。與整流橋可控硅相串聯(lián)的快熔特性通常也會(huì)存在一定的差異，特別是長(zhǎng)期運(yùn)行后與銅排的接觸面氧化，或者壓接螺絲松動(dòng)，或者壓接面變形、有細(xì)小異物等，通常也會(huì)影響并聯(lián)支路的均流效果。運(yùn)行中要注意各快熔及其接觸面溫度是否一致，如果有明顯發(fā)熱應(yīng)及時(shí)檢查處理。

（7）可控硅散熱器的差異。通?？煽毓枋桥c散熱器壓接在一起的，壓接螺絲松動(dòng)或者接觸面含有細(xì)小異物，不僅會(huì)導(dǎo)致接觸電阻不同，還會(huì)導(dǎo)致可控硅散熱不同，最終導(dǎo)致接觸面氧化、壓接面變形等問(wèn)題，最終也會(huì)影響到并聯(lián)支路的均流效果。

二、均流問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)處理方法

由于導(dǎo)致可控硅整流橋均流問(wèn)題的因素是比較復(fù)雜的，給現(xiàn)場(chǎng)均流問(wèn)題的檢查處理帶來(lái)了一些實(shí)際困難，通常需要豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和清晰的試驗(yàn)分析。為了能夠切實(shí)有效地處理現(xiàn)場(chǎng)的均流問(wèn)題，簡(jiǎn)便可行的檢查方法是非常必要的，否則原因查不到的話很難能夠有效解決均流問(wèn)題。由于導(dǎo)致可控硅整流橋均流問(wèn)題的因素是多方面的，通常需要按照以下步驟仔細(xì)排查。

（1）根據(jù)整流橋的實(shí)際輸出電流計(jì)算均流系數(shù)。首先排除表計(jì)異常帶來(lái)的錯(cuò)誤電流指示，用直流側(cè)分流計(jì)的毫伏信號(hào)直接計(jì)算分流系數(shù)更準(zhǔn)確。如果分流系數(shù)在0.8～0.85之間，可以排除支路某相基本不導(dǎo)通的嚴(yán)重情況，可以不進(jìn)行交流電流波形的測(cè)量。如果分流系數(shù)在0.70～0.8之間，需要進(jìn)一步檢查交流電流波形。

（2）測(cè)量交流電流波形。對(duì)于均流效果較差的情況，特別是某一支路電流只有其他支路的一半時(shí)，通常是由于可控硅導(dǎo)通不好、快熔特性較差、回路接觸電阻較大等原因?qū)е履骋幌鄮缀醪粚?dǎo)通，需要測(cè)量交流電流波形進(jìn)行確認(rèn)是哪一相。在機(jī)組空載工況下，可采用電流探頭配合示波器進(jìn)行交流三相進(jìn)線電流波形的測(cè)量，均流良好的正常波形一般是正半波和負(fù)半波是對(duì)稱的，形狀大小基本相同，方向相反。而導(dǎo)通不好的那一相電流形狀會(huì)明顯不同，形狀偏小，可以初步判斷是哪一相回路導(dǎo)通不好。如果有條件，可以采用拔脈沖線的方式，看形狀異常的波形是否消失，最終確認(rèn)是哪一相回路導(dǎo)通不好。

（3）刀閘接觸面、銅排連接面、柜內(nèi)元器件溫度的測(cè)量。在機(jī)組空載或負(fù)載工況下，可采用紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀測(cè)量柜內(nèi)元件的溫度，特別是銅排連接面、刀閘接觸面的溫度。如果在同等散熱條件下，個(gè)別元器件或接觸面溫度偏高，很可能是由于接觸電阻較大發(fā)熱所致，尤其是刀閘接觸面很容易松動(dòng)、氧化，引起接觸電阻變大導(dǎo)致溫度偏高。需要特別注意的是，電流小的支路如果有溫度高的元件或接觸面，大多是由于接觸電阻變大引起的，通常會(huì)導(dǎo)致均流效果變差。因此，一旦發(fā)現(xiàn)有溫度偏高的情況，需要退出該支路或者停機(jī)時(shí)進(jìn)行相關(guān)處理，如果是接觸面發(fā)熱，需要打磨接觸面或涂導(dǎo)電膏，如果是個(gè)別元件發(fā)熱，可能是元件特性下降導(dǎo)致，需要更換新元件等。這些處理措施對(duì)改善均流效果都會(huì)有很大幫助。

（4）確認(rèn)回路導(dǎo)通不好的具體原因。根據(jù)以上電流波形的測(cè)量和柜內(nèi)各部溫度的測(cè)量，如果能夠發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通不好的回路，并且該回路存在發(fā)熱異常的元器件，則基本可以認(rèn)為該因素是導(dǎo)致不均流的原因。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)發(fā)熱的元器件，則需要進(jìn)一步靜態(tài)檢查。

（5）靜態(tài)試驗(yàn)檢查。靜態(tài)檢查需要機(jī)組在停機(jī)工況時(shí)才能進(jìn)行，主要包括脈沖回路檢查、緊固回路連接螺絲、小電流試驗(yàn)。脈沖回路主要檢查各相脈沖接線有無(wú)松動(dòng)，緊固包括調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖端子和整流柜接收的脈沖端子以及脈沖盒上的各個(gè)端子，測(cè)量可控硅G、K極之間的電阻（一般為十幾歐左右），檢查G、K極之間有無(wú)錯(cuò)線，脈沖變壓器有無(wú)松線或錯(cuò)線；緊固回路連接螺絲主要是緊固交、直流母排和刀閘處的螺絲，盡可能將快熔、散熱器連接處的螺絲也緊固一下，并檢查刀閘斷口處的接觸面有無(wú)氧化跡象，最好能夠用砂紙打磨，用酒精清洗后涂抹導(dǎo)電膏；小電流試驗(yàn)主要是檢查調(diào)節(jié)器發(fā)出的小脈沖是否正確，觀察脈沖放大板和整流柜脈沖盒上的指示燈正常，亮度一致，用示波器觀察可控硅輸出的直流電壓波形正確，直流電壓正確，檢查調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖波形和脈沖盒輸出的雙窄脈沖波形周期正確，幅值合格。

（6）可控硅和散熱器壓裝檢查。若靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)均正常，均流問(wèn)題仍沒(méi)有明顯改善，此時(shí)可以考慮將可控硅（有的配備散熱器）拆除。可控硅拆卸后，需進(jìn)行清灰處理，仔細(xì)察看各個(gè)可控硅以及散熱器是否有損壞，是否有壓接不牢固的地方，發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題后需準(zhǔn)備更換可控硅及散熱器模塊。在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常的情況下，需利用力矩扳手將各個(gè)螺絲重新緊固一遍，排除可控硅和散熱器壓裝對(duì)均流的影響。

（7）可控硅參數(shù)重新匹配。如果可控硅和散熱器壓裝檢查后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，還可考慮重新匹配可控硅參數(shù)。根據(jù)可控硅的導(dǎo)通壓降試驗(yàn)數(shù)據(jù)和可控硅的實(shí)際排序位置，利用導(dǎo)通壓降的影響來(lái)重新安排可控硅的排序，補(bǔ)償其他不良因素的影響，通常是正負(fù)橋臂之間、或者同一相可控硅不同支路之間進(jìn)行調(diào)配，一般能獲得較好的均流改善效果。

（8）改善均流效果的其他方法。除了以上檢查處理均流問(wèn)題的方法外，還有長(zhǎng)線均流、磁環(huán)均流、智能均流等其他方法。在有條件的情況下使用長(zhǎng)電纜作為交流電源進(jìn)線，可以有效平衡整流系統(tǒng)的交流阻抗差異，通常都能取得較好的均流效果；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用在出力大的功率柜三相交流側(cè)增加磁環(huán)的方法來(lái)提高均流系數(shù)。由于磁環(huán)是由鐵磁材料制成，增大交流阻抗使回路電流減小，達(dá)到均流的目的。通過(guò)增加磁環(huán)改善均流的方式安裝簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，能有效增加功率裝置輸入阻抗，降低電流輸出，改善均流效果。智能均流需要增加智能脈沖控制設(shè)備，系統(tǒng)變得復(fù)雜化對(duì)可靠性的要求很高，否則會(huì)帶來(lái)安全隱患，一般較少采用。

三、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例

下面以工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)均流問(wèn)題的檢查處理方法的應(yīng)用。

某電廠火電發(fā)電機(jī)組，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，配置了一臺(tái)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜、兩臺(tái)可控硅整流柜（2500A）、一臺(tái)滅磁柜。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)整流柜的電流不平衡，一號(hào)柜輸出是300A，二號(hào)柜輸出是670A，均流系數(shù)為0.72，明顯不符合大于0.85的要求。

由于均流系數(shù)較小，首先測(cè)量交流電流波形，發(fā)現(xiàn)一號(hào)柜+A相電流波形異常，比正常波形明顯偏小。采用拔脈沖線的方式，最終確認(rèn)故障原因在+A相回路。刀閘接觸面、銅排連接面、柜內(nèi)元器件溫度的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)+A相快熔溫度稍微偏高。懷疑該相快熔可能特性不好，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

靜態(tài)檢查，包括脈沖回路檢查、緊固回路連接螺絲、小電流試驗(yàn)。均未發(fā)現(xiàn)明顯異常?？煽毓韬蜕崞鲏貉b檢查也未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

檢查可控硅參數(shù)匹配情況，也未發(fā)現(xiàn)明顯參數(shù)偏差較大的情況。

通過(guò)以上檢查，拆下+A相快熔，測(cè)量大電流下的導(dǎo)通壓降，發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)通壓降比其他快熔大很多。在電流較小的情況下，各快熔導(dǎo)通壓降差別不大，因此小電流試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)。在機(jī)組負(fù)載工況下，轉(zhuǎn)子大電流較大，該相快熔的導(dǎo)通壓降比其他快熔打了很多，導(dǎo)致一號(hào)柜+A相回路阻抗較大，直流輸出電流偏小，最終出現(xiàn)均流問(wèn)題。

根據(jù)以上檢查分析，+A相快熔特性變差，是導(dǎo)致均流問(wèn)題的主要原因。更換該相快熔，靜態(tài)試驗(yàn)正常。然后開(kāi)機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)一號(hào)柜輸出是450A，二號(hào)柜輸出是550A，均流系數(shù)為0.91，符合大于0.85的要求。均流問(wèn)題成功解決。

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