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[摘要] 本文简要介绍了仁化煤矸石电厂1#机励磁系统2#功率柜故障现象，并且通过故障现象推导出故障原因。
[关键词] 励磁系统 可控硅功率柜
前言
仁化煤矸石电厂1#、2#发电机励磁系统选用的是ZL-088微机型励磁系统，该励磁系统由HWJT-08DS型双通道调节器、双功率整流柜、灭磁及过电压保护柜、励磁变压器组成。1#发电机励磁系统于2005年6月投入运行以来，运行一直很稳定。2008年11月份2#功率柜因故障退出运行，检查发现2#功率柜中有3只快熔熔断，有1只可控硅被击穿。以下介绍了事故现象和事故过程的分析。
一、故障经过
2008年11月19日凌晨4：00左右电厂运行人员发现1#机励磁系统发快熔熔断信号，到励磁小间检查发现2#功率柜有快熔熔断报警，且2#功率柜输出电流不到100A。而此时1#机总励磁电流为1100A左右。运行人员通知电厂相关维修人员确定后，将2#功率柜交、直流隔离开关断开，将2#功率柜退出，由1#功率柜单柜运行。
二、故障检查
对2#功率柜进行了检查，初步发现后：2#功率柜+A、+B、-B相快熔熔断，+A相可控硅正反向击穿。
后联系励磁系统生产厂家派技术人员前往现场跟维修人员，一起对2#功率柜进行全面检查，发现除前述快熔熔断、可控硅击穿外，还发现在整流桥下部铜排及熔断器外壳上发现多处被高温物质灼烧的痕迹（照片1）。拆开封闭风道，发现整流桥内部有大面积的放电现象，+A（照片2）、+B（照片3）、+C（照片4）、-A（照片5、8）、-B（照片6、8）相可控硅散热器上及风道壁（照片7）均有拉弧熔化的痕迹。同时，发现+A相可控硅的RC吸收回路中，电容C有一脚被熔掉1cm左右的一截（照片3），在清理和拍照过程中，又发现在+A相可控硅旁支架上有一截严重灼烧后残留下来的金属丝，长度约为2cm（照片9）。
同时，根据后期试验判断，+B相可控硅可能有硬开通（转折导通）现象。
故障汇总如下：
1、+A相可控硅正反向击穿；
2、+A、+B、-B相快熔熔断；
3、+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔，相连电路板明显通过大电流；
4、除-C相可控硅外，5支可控硅铝散热器均有放电烧蚀；
5、残留金属丝。
照片1照片2
照片3 照片4
照片5 照片6
照片7 照片8
三、故障分析
根据检测的现象，有如下几种可能性的分析：
1、+A相可控硅由于过电压(dv/dt过大)或过电流(di/dt过大)等原因导致正反向击穿短路，此种情况一般发生在可控硅触发导通或换相关断时。
三相电压波形如下图，三相桥式整流电路的工作过程为：（+A-B）→（+A-C）→（+B-C）→（+B-A）→（+C-A）→（+C-B）。
a、如击穿发生在+C相导通段，无论是(+C、-A)还是(+C、-B)区段，UCA均大于零，即导致CA相直接短路，则+A、+C相快熔会熔断，其它快熔，至少+B相快熔不会熔断；
b、如击穿发生在+B相导通段，无论是(+B、-C)还是(+B、-A)区段，UBA均大于零，即导致BA相直接短路，则+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
c、如击穿发生在+A相导通(即UAC、UAB均为正)导通段：
在+A相可控硅触发导通时击穿短路，由于此时UAC>0，+C相可控硅反相阻断关断，进入(+A、-B)区段‘正常’工作，到-B和-C换相时，因-B相可控硅正常，换相正常完成，进入(+A、-C)区段‘正常’工作，再进行+A相→+B相换相时，出现BA相短路，导致+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
在+A→+B相可控硅换相关断时击穿短路，-B相可控硅已处于关断状态，同样会导致+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
d、由于外界因素导致+A相可控硅在UCB导通末段击穿短路，导致+C相可控硅提前反相阻断关断，提前进入(+A、-B)工作区段，使(+A、-B)工作区段出现非正常大电流，而+B相快熔已通过600正常电流，致使其I2t先达到熔断点而先熔断，使2#功率柜输出电流降为零，到(+A、-C)工作区段，又进入‘正常’导通工作，再进行+A相→+B相换相时，出现BA相短路，导致+A、+B相快熔会熔断，BA相短路时-C相输出电流是减小的故其快熔不会熔断，其它不工作快熔也不会熔断；
根据d项分析，可以合理解释+A相可控硅击穿和+A、+B、-B相快熔熔断的过程和现象，但由于+A相可控硅击穿后为短路状态，即短路电流均由+A、+B、-B相快熔熔断来实现截断，而三只快熔无炸裂现象，可以确定其有效的在熔体内部截断了短路电流，不会在外部产生电弧！
2、+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔，相连电路板明显通过大电流。
+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔有两种可能，一是电容击穿导致大电流使管脚烧熔，熔断同时会产生过电压可能会导致+A相可控硅击穿，但经检查，该电容特性良好，仅外表面有高温灼烧现象，且通过大电流的电路板并不构成回路；二是由于+A相可控硅交流侧（电容管脚烧熔端）产生电弧使其烧熔。
3、除-C相可控硅外，5支可控硅铝散热器均有放电烧蚀现象。
从上述分析，无论可控硅损坏、吸收电容短路还是快熔熔断，均不会导致电弧的产生，更不会导致三相交流侧对+-极之间的放电。
4、残留金属丝
照片9
从照片10中可以明显看到高温金属段掉落到风道底部的烫痕（照片9左圆圈）以及高温烧蚀过的残留金属丝（照片9中圆圈）。
由于金属丝掉入风道内，导致极间短路，短路电流产生高温导致金属丝烧蚀，同时其滑落后短路点的断开产生电弧，由于空气的电离出现大面积放电，致使可控硅散热器烧蚀、电容管脚烧断、电容及电阻表面被高温灼烧、风道外壳被电弧灼烧等现象。
电弧熄灭瞬间出现的过电压使+A相（该处放电现象最厉害）可控硅击穿，导致以上结果。
四、结束语
通过几种情况的分析，最后可以确定引起该故障的原因是金属铁丝掉落在风道内，造成可控硅短路。
在设备现场，通过观察和分析，在柜体顶部，两柜相连应该用螺丝连接，而安装公司为了方便，直接用铁丝固定。为事故埋下了隐患。
通过此次故障，给我们上了深刻的一课：在设备的维护过程中，一定要注意防止铁丝等硬物导体掉进设备中。
参考资料：
[1] 王兆安.电力电子变流技术[M].西安交通大学出版社.
[2] HWJT-08DS使用说明书.
[3]高电压技术.中国电力出版社.
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[关键词] 励磁系统 可控硅功率柜
前言
仁化煤矸石电厂1#、2#发电机励磁系统选用的是ZL-088微机型励磁系统，该励磁系统由HWJT-08DS型双通道调节器、双功率整流柜、灭磁及过电压保护柜、励磁变压器组成。1#发电机励磁系统于2005年6月投入运行以来，运行一直很稳定。2008年11月份2#功率柜因故障退出运行，检查发现2#功率柜中有3只快熔熔断，有1只可控硅被击穿。以下介绍了事故现象和事故过程的分析。
一、故障经过
2008年11月19日凌晨4：00左右电厂运行人员发现1#机励磁系统发快熔熔断信号，到励磁小间检查发现2#功率柜有快熔熔断报警，且2#功率柜输出电流不到100A。而此时1#机总励磁电流为1100A左右。运行人员通知电厂相关维修人员确定后，将2#功率柜交、直流隔离开关断开，将2#功率柜退出，由1#功率柜单柜运行。
二、故障检查
对2#功率柜进行了检查，初步发现后：2#功率柜+A、+B、-B相快熔熔断，+A相可控硅正反向击穿。
后联系励磁系统生产厂家派技术人员前往现场跟维修人员，一起对2#功率柜进行全面检查，发现除前述快熔熔断、可控硅击穿外，还发现在整流桥下部铜排及熔断器外壳上发现多处被高温物质灼烧的痕迹（照片1）。拆开封闭风道，发现整流桥内部有大面积的放电现象，+A（照片2）、+B（照片3）、+C（照片4）、-A（照片5、8）、-B（照片6、8）相可控硅散热器上及风道壁（照片7）均有拉弧熔化的痕迹。同时，发现+A相可控硅的RC吸收回路中，电容C有一脚被熔掉1cm左右的一截（照片3），在清理和拍照过程中，又发现在+A相可控硅旁支架上有一截严重灼烧后残留下来的金属丝，长度约为2cm（照片9）。
同时，根据后期试验判断，+B相可控硅可能有硬开通（转折导通）现象。
故障汇总如下：
1、+A相可控硅正反向击穿；
2、+A、+B、-B相快熔熔断；
3、+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔，相连电路板明显通过大电流；
4、除-C相可控硅外，5支可控硅铝散热器均有放电烧蚀；
5、残留金属丝。
照片1照片2
照片3 照片4
照片5 照片6
照片7 照片8
三、故障分析
根据检测的现象，有如下几种可能性的分析：
1、+A相可控硅由于过电压(dv/dt过大)或过电流(di/dt过大)等原因导致正反向击穿短路，此种情况一般发生在可控硅触发导通或换相关断时。
三相电压波形如下图，三相桥式整流电路的工作过程为：（+A-B）→（+A-C）→（+B-C）→（+B-A）→（+C-A）→（+C-B）。
a、如击穿发生在+C相导通段，无论是(+C、-A)还是(+C、-B)区段，UCA均大于零，即导致CA相直接短路，则+A、+C相快熔会熔断，其它快熔，至少+B相快熔不会熔断；
b、如击穿发生在+B相导通段，无论是(+B、-C)还是(+B、-A)区段，UBA均大于零，即导致BA相直接短路，则+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
c、如击穿发生在+A相导通(即UAC、UAB均为正)导通段：
在+A相可控硅触发导通时击穿短路，由于此时UAC>0，+C相可控硅反相阻断关断，进入(+A、-B)区段‘正常’工作，到-B和-C换相时，因-B相可控硅正常，换相正常完成，进入(+A、-C)区段‘正常’工作，再进行+A相→+B相换相时，出现BA相短路，导致+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
在+A→+B相可控硅换相关断时击穿短路，-B相可控硅已处于关断状态，同样会导致+A、+B相快熔会熔断，其它快熔，至少-B相快熔不会熔断；
d、由于外界因素导致+A相可控硅在UCB导通末段击穿短路，导致+C相可控硅提前反相阻断关断，提前进入(+A、-B)工作区段，使(+A、-B)工作区段出现非正常大电流，而+B相快熔已通过600正常电流，致使其I2t先达到熔断点而先熔断，使2#功率柜输出电流降为零，到(+A、-C)工作区段，又进入‘正常’导通工作，再进行+A相→+B相换相时，出现BA相短路，导致+A、+B相快熔会熔断，BA相短路时-C相输出电流是减小的故其快熔不会熔断，其它不工作快熔也不会熔断；
根据d项分析，可以合理解释+A相可控硅击穿和+A、+B、-B相快熔熔断的过程和现象，但由于+A相可控硅击穿后为短路状态，即短路电流均由+A、+B、-B相快熔熔断来实现截断，而三只快熔无炸裂现象，可以确定其有效的在熔体内部截断了短路电流，不会在外部产生电弧！
2、+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔，相连电路板明显通过大电流。
+A相可控硅RC吸收C相管脚烧熔有两种可能，一是电容击穿导致大电流使管脚烧熔，熔断同时会产生过电压可能会导致+A相可控硅击穿，但经检查，该电容特性良好，仅外表面有高温灼烧现象，且通过大电流的电路板并不构成回路；二是由于+A相可控硅交流侧（电容管脚烧熔端）产生电弧使其烧熔。
3、除-C相可控硅外，5支可控硅铝散热器均有放电烧蚀现象。
从上述分析，无论可控硅损坏、吸收电容短路还是快熔熔断，均不会导致电弧的产生，更不会导致三相交流侧对+-极之间的放电。
4、残留金属丝
照片9
从照片10中可以明显看到高温金属段掉落到风道底部的烫痕（照片9左圆圈）以及高温烧蚀过的残留金属丝（照片9中圆圈）。
由于金属丝掉入风道内，导致极间短路，短路电流产生高温导致金属丝烧蚀，同时其滑落后短路点的断开产生电弧，由于空气的电离出现大面积放电，致使可控硅散热器烧蚀、电容管脚烧断、电容及电阻表面被高温灼烧、风道外壳被电弧灼烧等现象。
电弧熄灭瞬间出现的过电压使+A相（该处放电现象最厉害）可控硅击穿，导致以上结果。
四、结束语
通过几种情况的分析，最后可以确定引起该故障的原因是金属铁丝掉落在风道内，造成可控硅短路。
在设备现场，通过观察和分析，在柜体顶部，两柜相连应该用螺丝连接，而安装公司为了方便，直接用铁丝固定。为事故埋下了隐患。
通过此次故障，给我们上了深刻的一课：在设备的维护过程中，一定要注意防止铁丝等硬物导体掉进设备中。
参考资料：
[1] 王兆安.电力电子变流技术[M].西安交通大学出版社.
[2] HWJT-08DS使用说明书.
[3]高电压技术.中国电力出版社.
“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等请以PDF格式阅读”