第十六卷增刊 安徽电气工程职业技术学院学报 Ｖｏ１．１６，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＮＨＵＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＣＯＬＬＥＧＥ ２０１１年１０月 Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１１ 变电站电力硅整流设备故障分析 程 前 ，宋浩杰 ，万山景 （１．黄山休宁供电公司，安徽摘休宁２４５４００；２．黄山供电公司，安徽黄山２４５０００） 要：通过波形介绍三相桥式硅整流电路的工作原理，采用实例说明＂３硅整流设备发生故障 －时，如何通过分析故障现象查找故障原因。 关键词：三相桥式整流硅；直流充电机；整流 中图分类号：ＴＭ６３１ ．３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２—９７０６（２０１１）增刊一００７４—０３ ｕｌｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＣＨＥＮＧ Ｑｉａｎ ，ＳＯＮＧ Ｈａｏ－ｊｉｅ ，ＷＡＮ Ｓｈａｎ￣ｉｎｇ １．Ｘｉｕｎｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｈｕａｎｇｓｈａｎ，Ｘｉｕｎｉｎｇ ２４５４００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕａｎｇｓｈａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｕａｎｇｓｈａｎ ２４５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ．Ｗｈｅｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ａｔ ｆａｕｌｔ，ｂｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌ ｉｎｄ ｆａｕｌｔｆ ｒｅａｓｏｎｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ＤＣ ｃｈａｒｇｅｒ；ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ １ 引言 在变电站直流系统中，广泛应用可控晶闸管元件构成的三相桥式整流回路对交流电进行整流，它就 是由一组共阴极和一组共阳极的两个三相半波电路组成的。由于制造工艺等多方面的原因，直流设备 中的可控硅经常发生故障，直流充电机退出运行后，只能由蓄电池临时供全站直流负荷，需要及时消除 故障，恢复直流系统正常工作。 ２ 三相桥式全控整流电路的工作原理 三相桥式全控整流…电路接线如图１所示，Ｔ（整流变压器）一次绕组多接成三角形，使正常需要的 ３次谐波能够通过，尽量减少高次谐波的影响。共阴极组只在正半周导电，流经变压器的是正向电流， 而当共阳极组在负半周导通时，流经变压器的是反向电流，因此变压器绕组中没有直流磁通势，每相绕 组正负半周都有电流流过，有效提升了变压器绕组的利用率。 图中：ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、ＶＴ４、ＶＴ５、ＶＴ６是可控硅元件； 晶闸管的导通和关断条件如下： （１）当晶闸管承受反向电压时，晶闸管始终处于关断状态； （２）当晶闸管承受正向电压时，只有在门极承受正向电压的情况下才能导通； 一旦晶闸管导通，门极电压是正还是负，都起不到控制作用，晶闸管始终保持导通；要使晶闸管关 在图１中，如果在变压器Ｔ一次侧输入三相对称正弦波电压，假定二次侧输出电压有效值为Ｕ，根 断，必须给阳极加反压，或去掉阳极正向电压，使通过晶闸管的电流降低到导通值以下。 收稿日期：２０１１—０６—１９ 作者简介：程 前（１９８３一），女，安徽黄山人，助理工程师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｑｉａｎＯ２Ｏ６＠１６３．ＣＯＢ ・７４・ 程前，宋浩杰，万山景：变电站电力硅整流设备故障分析 据一定的时序给三相整流桥中六只晶闸管门极施加适当的阳极电压，就能使晶闸管按顺序导通和关断， 负载Ｒ上就有一定的直流电压口 。 ＶＴ１ ＶＴ３ ＶＴ５ ｃ ｄ１ Ｕ Ｕｄ ｗ １ ｆ —— ［ Ｒ 。 口Ｉ： ０ ｌ口： ０ １ ， ； ； ｉ ； ； ＶＴ４ ＶＴ６ ＶＴ２ ｄ２ 。 ０１ ０： ０ １ ， 图１ 三相桥式可控整流电路 图２ 三相全控桥的波形（ｄ＝０） 首先分析在晶闸管控制角 ＝０，即在自然换相点触发换相时三相桥式全控整流电路的工作情况。 图２是Ｏｔ＝０时的波形。把一个周期等分成６段。当在第１段期间，Ｕ相电压最高，所以共阴极组的ＶＴ１ 触发导通，ｖ相电压最低，共阳极的ＶＴ６触导通。这是电流由Ｕ相经ＶＴ１流向负载Ｒ，再经ＶＴ６流入ｖ 相。变压器Ｉ１、ｖ两相工作，加在负载上的整流电压为 。一Ｕ ＝Ｕ 。经过６０。后进入第１Ｉ段，这时ｔｌ相 电位仍最高，ＶＴ１继续导通，但Ｗ相电位最低，经自然换相点触发Ｗ相的ＶＴ２，电流即从ｖ相换到Ｗ相， ＶＴ６承受反向电压而关断。变压器Ｕ、Ｗ两相工作，在负载上的电压为 一Ｕ ＝Ｕ 。再经过６０。后进 入第１ＩＩ段，这时ｖ相电位最高，共阴极组经触发换相ＶＴ３导通，电流从Ｕ相换到ｖ相，ＶＴ２继续导通。 ｖ、Ｗ两相工作，在负载上的电压为 一Ｕ ＝Ｕ 。余依次类推，在第１Ｖ段，ＶＴ３、ＶＴ４导通，ｖ、Ｕ两相工 作；在第Ｖ段，ＶＴ４、ＶＴ５导通，Ｗ、Ｕ两相工作；在ＶＩ段ＶＴ５、ＶＴ６导通，Ｗ、ｖ两相工作。再下去又重复上 述过程。 图中：ｕ 为变压器二次侧电压， 、 、 对应相电压， 、 、 、 — 、 为线电压；Ｕ 。、Ｕ ： 为节点ｄ 和ｄ 的电压， 为负载Ｒ上的电压；Ｕ。。、Ｕ。 为晶闸管的触发脉冲，１表示ＶＴ１的第一个脉 冲，１’表示ＶＴ１的第二个脉冲。 从上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出： （１）三相桥式全控整流电路只有两个分别为共阴极和阳极的晶闸管导通 ，才会形成导电回路； （２）共阴极组的ＶＴ１、ＶＴ３和ＶＴ５之间触发脉冲的相位互差１２０。；共阳极的ＶＴ４、ＶＴ６和ＶＴ２之间 亦互差１２０。。接在同一相的两可控硅，之间角差１８０。。 口 口 ａ－－６０ Ｉ ｒ＿１如 脚 ／１ｒ ×，、＞ ～ ：～ ＝＝二 Ｉ ： Ｉ Ｕｕｒ ｌ ｌ，ｒ－Ｕｖｕ Ｉ －Ｉ地 一 ’一 兰 ． ： 图３ 三相全控桥的波形（ ：３０） 图４三相全控桥的波形（ａ＝６０） （３）为了保证整流桥合闸后共阴极和共阳极组各有一不在同一相的晶闸管导电，或者当电流断续 后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。 ・７５・ 安徽电气工程职业技术学院学报 第十六卷增刊 当控制角 ＞０，每个晶闸管都从自然换相点向后移 角才换向，图３和图４分别所示为 ＝３０。和 ：６０。时的电压波形。 不管 为何值，负载电压Ｕ 都是线电压的一部分。 的波形每隔６０。重复一次，Ｕ 的计算在６０。 范围内取其平均值。当控制 角不同，造成 的波形及其平均值也不同，所以可以通过改变控制角 的大小（即晶闸管控制极触发脉冲的时间）就能控制输出电压的大小。 ３实例故障分析 １１０ｋＶ大路口变电站改造期间，采用一套库存的直流设备，安装完毕后调试正常，用直流设备对蓄 电池组进行活化试验后，按规程要求对蓄电池进行恒流充电，充电后不久，出现隔离变压器有一相发热 严重，室内弥漫着焦漆的气息，便立即把充电机退出运行。更换了一台容量大的隔离变后再进行充电， 并随时监视它的温度情况，随后这台隔离也在同一相温度明显偏高。 故障分析过程：理论上分析，蓄电池容量为１００ＡＨ， ２２０Ｖ系统，单只２Ｖ，共１０２只，充电机为武汉网元生产 的全自动全桥可控硅整流充电机。充电电流设定为 ～ １０Ａ，充电初期总电压２００Ｖ，加上充电机自身损耗和变 压器损耗以及隔离变压器的无功损耗，充电机设备总的 ． 、 ．输入功率应在６０００ＶＡ左右，交流输入电源为３８０Ｖ，每 相的电流应在ＩＯＡ以下。而选用的隔离变压器的额定 容量为９ｋＶＡ，负荷远在额定之下，正常运行不会造成很 ！Ｉ！Ⅱ！Ⅲ！Ⅳ！Ｖ！Ⅵ！ Ｌ ＬＸ ！ ： ｆｒ：‘ ：‘， ： ： ： ： ｒ： ： 高的温升。在充电时用钳形电流表卡输入的三相电流发 现温升异常相电流在１５Ａ以上，将近２０Ａ，而其他两相在 １０Ａ以下，因此判断出一定是三相输出电流不平衡所至， 问题可能出在充电机硅整流设备上。试着打开充电机设 备外壳，看到两只触发脉冲变压器的二极管指示灯不亮， 停下充电机，取下充电机控制电路板，经仔细查看后找出 了故障点：有两只脉冲变压器管脚已断开，把它重新焊接 好，投入运行后，一直运行正常。 。 ｃ＇ Ｕｃ２ 假定图１中ＶＴ１和ＶｒＩ＇２的脉冲变压器不能正常工 作，也就是说ＶＴ１和ｖ，Ｉ＇２永远处于截止状态，这时输出 口 电压波形如图５所示。 图５充电机故障时输出波形图 ｗｔ 由图可知，在一个周期内，只有半周期有电压输出，其中Ｗ相半波输出电流，ｖ相输出三分之一的波 形，Ｕ相输出六分之一的波形，这样就导致三相输出不平衡，Ｗ相负担最重，而且只有半波输出，为了达 到充电机预设的充电电流值，必须提高电流输出峰值，一方面降低了隔离变压器的传输效率，另外还产 生的大量的谐波分量。综合上述原因，使隔离变的Ｗ相一直处于超负荷运行，导致Ｗ相温度急速上升。 ４结论 电力硅整流设备是目前变电站直流设备中不可缺少的重要部分，对电网的稳定有重要的作用，其故 障的快速分析与查找将越来越重要。 参考文献： ［１］黄俊，王兆安．电力电子交流技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９２． ［２］魏泽国．可控硅串级调速的原理及应用［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８５． ［３］陆安定．电动机节能改造实用手册［Ｍ］，上海：上海交通大学出版社，１９９５． ・７６・
