摘要：UNITROL 6800励磁系统是瑞士ABB公司研发的新型数字式静止励磁系列产品，其具备先进的励磁控制、限制、监视、保护等功能。本文结合三相全控整流桥的工作特点，详细研讨了该型励磁系统所配置的整流桥故障探测技术的工作原理及实现方式，并给出了典型整流桥故障及处理方法。
关键词：UNITROL 6800；励磁系统；整流桥故障探测
1.概述
UNITROL 6800励磁系统是瑞士ABB公司研发的数字式自并励励磁产品，其广泛应用于大中型汽轮发电机组及核电机组中。系统采用的控制元件基于先进的AC 800PEC控制器平台。整流桥故障探测技术是UNITROL 6800系统中的专有技术，用于检测并识别大功率整流桥内外部的多种故障，其根据三相全控式整流桥的工作原理，创造性地采用TFFD、TFCD探测等技术结合以识别外部短路与内部短路、晶闸管故障与熔丝故障等，并于此给出不同的系统动作行为。
2.整流桥故障探测的原理及实现
整流桥故障探测，即converter fault detection，其主要用于识别系统内整流桥交直流侧可能出现的各种故障，如晶闸管不能开通、交流侧熔丝故障、晶闸管失去关断能力、交流侧系统短路、直流侧系统短路等。
在系统内投入该探测功能，需要励磁电流超过所设置的最小允许水平（参数”ConvFaultDetectionEnableLevel”）。
2.1晶闸管与熔丝故障探测
晶闸管与熔丝故障探测，即Thyristor and Fuse Fault Detection（TFFD），该功能通常用于探测不能执行工作的晶闸管（不能开通或不能导通电流）或已损坏的整流桥熔丝。
在系统参数表内，可通过”CIT-IN-Prot_ConvFaultDetect”界面，查看该探测功能的相关参数：
图1”整流桥故障监视”参数表
TFCDthreshold：晶闸管故障电流探测阈值（pu，Ifn），用于探测整流桥内反向电流，默认值为0.3pu。
TOCDthreshold：晶闸管过电流探测阈值（pu，Ifn），用于探测整流桥交流侧过电流，默认值为2pu。
FWDthreshold：Free Wheeling Detection阈值（pu，Ifn），默认值为0.03pu。
TFFDthreshold：晶闸管熔丝故障探测阈值（pu，Ifn），默认值为0.02pu。
TFFDnumOfPeriods：晶闸管熔丝故障探测的周期数目，默认值为10。
当整流桥电流（交流侧分支电流）未达到”TFFDthreshold”值，则一个TFFD事件被探测到，TFFD事件每被探测到一次，对应的计数器增加1，若计数器的数值达到所设置的”TFFDnumOfPeriods”参数，则产生一个”Thyristor and Fuse Fault”故障。当故障”Thyristor and Fuse Fault”产生时，系统需要确定其是”熔丝故障”或是”晶闸管故障”，确定后才可开放一个对应的事件。
2.1.1 晶闸管故障探测
TFFD的功能自身不能够有效区分晶闸管故障（Thyristor Fault）或熔丝故障（Fuse Fault），其需要结合TFCD功能来共同判别：若在TFFD事件被探测到之前，系统未能优先探测到晶闸管故障电流（TFCD），则此时判为”Thyristor Fault”，这种情况即认为对应晶闸管不能导通电流，并非晶闸管失去关断能力。
图2 晶闸管故障典型波形图
如图2所示，在A相的Iconv的第2-4个周期内，A相的阳极晶闸管（即1管）中未流过交流电流，说明1管并不能开通，电流值明显低于”TFFDthreshold”值，因此系统连续报出了3个”TFFD事件”。
结合上文分析，可知晶闸管故障（Thyristor Fault）的判据：
①某相”Thyristor and Fuse Fault”故障产生（即”TFFD事件”数目达到”TFFDnumOfPeriods”）
②在某相”Thyristor and Fuse Fault”故障出现前5.2s之内，该相中没有检测到反向晶闸管电流（由TFCD探测）
2.1.2 熔丝故障探测
根据上文，若TFFD事件被探测到之前，系统已提前探测到晶闸管故障电流，则判为”Fuse Fault”。这种情况即为典型的”晶闸管失去关断能力”的情况：因某相晶闸管失去关断能力、误导通而产生不应有的反向电流，后因内部短路过电流引起熔丝熔断。
图3 熔丝故障典型波形图
如上图3所示，在某整流周期内，在3-2管导通期间（BC相触
发时），A相的阴极晶闸管（4管）误导通，则4管中出现反向电流，此时将造成整流桥内部A-C相短路出现，过电流引起相应熔丝熔断的情况。
给出熔丝故障（Fuse Fault）的判据：
①某相”Thyristor and Fuse Fault”故障产生（即”TFFD事件”数目达到”TFFDnumOfPeriods”）
②在某相”Thyristor and Fuse Fault”故障出现前5.2s之内，该相中检测到反向晶闸管电流（由TFCD探测）
3.典型整流桥故障及处理方法
3.1晶闸管故障（Thyristor Fault）
晶闸管故障对应的报警事件示例如”ThyrFlt_Rp_CCIX（20n00）”，其表示某桥的RP晶闸管（即桥内的1管）故障，不能开通执行工作。
按上文分析，产生故障的原因为：①TFFD检测到”Thyristor and Fuse Fault”故障②”TFFD事件”前未检测到反向电流。
可采取如下的方法对报警原因进行排查：
①检查整流桥脉冲电缆（W113）；②检查报警晶闸管是否存在异常；③检查整流桥信号接口板（CSI）是否异常；④检查本桥的控制接口板（CCI）是否故障；⑤检查本桥交流侧CT（T11—T13）及出线是否故障。
3.2 熔丝故障（Fuse Fault）
熔丝故障对应的报警事件示例如”FuseFlt_Rp_CCIX（20n06）”，其表示某桥的RP分支熔丝故障，TFCD探测出反向晶闸管电流。
可能的事件原因：①晶闸管失去关断能力引起的内部短路②整流桥直流侧发生短路引起过电流。
可采取如下的方法对报警原因进行排查：
①检查本桥交流侧CT（T11—T13）及出线是否故障；②检查对应阴极晶闸管是否存在异常；③检查报警熔丝是否存在异常；④在参数表内检查TFFD、TFCD相关参数设置。
3.3 晶闸管过电流（TOCD故障）
晶闸管过电流故障对应的报警事件示例如”TOCD_R_CCIX（20n12）”，其表示R相整流桥电流（交流侧电流）超过了预设置水平（参数”TOCDthreshold”）。
可能的事件原因：①晶闸管失去关断能力引起的内部短路②整流桥直流侧发生短路引起过电流。
4.结束语
励磁调节系统是汽轮发电机组的重要配套系统，励磁系统的安全可靠性对机组的稳定运行有重要意义。UNITROL 6800励磁系统的高稳定性、强调节能力、功能完善性等优点现已得到业界的高度认可。
UNITROL 6800励磁系统所配置的整流桥故障探测技术原理先进，功能全面，创造性地采用TFFD、TFCD等探测技术来判断并识别系统内整流桥内外部相关的各类故障，为整流桥提供了全面的监视与保护。
参考文献：
[1]竺士章：《发电机励磁系统试验》，中国电力出版社，2005第3版。
[2]孟凡超：《发电机励磁技术问答及事故分析》，中国电力出版社，2008版。
[3]ABB：UNITROL 6800 Functional Description，2012 H版。
论文作者:褚楚,林卓,赵江,周项超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：晶闸管论文; 故障论文; 电流论文; 整流桥论文; 系统论文; 事件论文; 励磁论文; 《电力设备》2018年第34期论文;