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华能天津煤气化发电有限公司的研究人员王正元，在年《电气技术》增刊1中撰文，以一起燃气机组起动中LCI装置晶闸管单元烧毁为案例，介绍9FB燃气机组静态变频起动的流程，并剖析了GELSe系统的特点。从LSe系统的设计、维护、缺陷等方面，分析了燃气机组起动中LCI装置晶闸管单元烧毁事故发生的主要原因，并提出对LSe系统日后运行和维护的建议。年5月5日，某电厂GE9FB燃气机组连续5次起动失败，直至LCI装置负荷柜内晶闸管单元烧毁。起动中，MarkVIe系统告警窗中屡次显示，“52SSSOURCEISOLATORBREAKERCLOSEDInactive”、“LOSSOF52SSFEEDBACKActive”，即“52SS开关跳闸”、“52SS闭合反馈信号消失”等信息。在几次起动中，冷却水电阻率不断下降，52SS开关柜所配置的保护均未动作。为了分析此次故障，本文将结合燃气机组整体起动流程，介绍LSe系统的特点，找出故障发生的原因。1燃气机组整体起动的介绍燃气机组的起动流程是在MarkVIe系统的控制下进行，从而完成发电机由“静态发电机—同步电机—同步发电机”的状态转变。LCI装置向定子提供三相交流电源，励磁装置向转子提供直流电源。形成定子磁场与转子磁场的相互作用，产生电磁转矩，使静态发电机转变为同步电机运行，并拖动同轴的燃机透平开始升速。至一定速度后，LCI、励磁装置退出，通过开关位置的变化，使同步电机转变为同步发电机。燃气机组发电机电气主接线图如图1所示。GE9FB燃气机组整体起动过程可以分为以下4个阶段，即同步起动阶段、清吹及点火阶段、升速阶段和起励建压阶段。1.1同步起动阶段MarkVIe发出起动指令，励磁系统转为静态变频起动模式，合52ET（10kV起动励磁变开关），合41AC-2（起励交流电源开关），合41E-DC（灭磁开关），合52SS（10kV起动隔离变开关），合89MD（LCI中压柜刀闸），分89ND（中性点刀闸），分41AC-1（自并励交流电源开关），合89SS（LCI装置的隔离开关）。在反馈信号被MarkVIe系统确认后，静态发电机转变为同步电机状态，起动成功。MarkVIe发出转速指令至LCI装置，发电机（此时为同步电机状态）在盘车转速下起动，升速至r/min。图1燃气机组发电机电气主接线图1.2清吹及点火阶段至r/min后，进行16.6min的清吹阶段。清吹结束后，LCI、励磁系统退出，待转速降至r/min，燃机点火。LCI、励磁系统重新投入运行。1.3升速阶段燃机转速升至r/min后，LCI、励磁系统退出。根据MarkVIe指令，分41E-DC（灭磁开关），分41AC-2（起励交流电源开关），合41AC-1（起励交流电源开关），分89SS（LCI装置的隔离开关），合89ND（中性点刀闸）。在开关反馈确认后，LCI退出，励磁系统切换至自动模式，同步电机状态转成同步发电机状态。1.4起励建压阶段燃机转速升至r/min时，励磁系统重新起动运行，合41E-DC（灭磁开关），执行起励建压程序。2LSe系统特点介绍LSe系统是由美国GE公司为9FB燃气机组配置的最新静态起动装置。功率柜采用水冷系统。控制系统信息化程度高是LSe系统的最大特点。2.1冷却系统配置LSe系统采用水冷却系统，主要用于功率柜内晶闸管单元的冷却。热交换器外部与闭式水系统相连，通过三通阀门对冷却水系统进行调节。一般情况下，三通阀门只被设置为内部循环，由水泵驱动除盐水经去离子罐、活性炭罐，为滤波器和整流器进行冷却，如图2所示。图2LSe冷却系统图2.2控制系统板件配置LSGI静态变频起动门极触发板是整个控制系统的核心板件，其功能模块如图3所示。采用以太网的方式，与UCSB控制单元进行数据交换，实现对功率桥路的控制。通过FCSA板（电流反馈板）、NATOG3板（电压反馈板），将功率桥的电流、电压信号送入控制柜内的LSGI板；通过晶闸管单元上的FHVA板（高压选通接线板）与FGPA板（门极脉冲放大板），将各晶闸管的触发命令及晶闸管接受触发后的状态等相关数据，送入控制柜内的LSGI板进行处理。LSGI板采集冷却水系统中温度和电阻率作为正常起动的判据。同时，对LSGI板配置了一个功率柜过电流保护，它从FGPA板获得反馈的晶闸管单元状态，判定功率柜内是否存在过电流。它的起动条件是，52SS开关合闸反馈接点送入LSGI板。3故障排查在燃气机组第5次起动前，对冷却水系统进行了停泵操作，更换了活性炭过滤罐。再次起动水泵，就地冷却水电阻率已符合起动要求（＞1Ωm）。为了排除52SS开关偷跳的可能性，将52SS开关更换成同型号的备用开关。在静态变频起动开始后、燃气机组发电机转速至80r/min时，负荷柜内发生了爆炸，伴有火星及浓烟喷出，52SS开关跳闸，静态变频起动失败。图3起动门极触发板功能模块图3.1就地硬件检查就地检查LSe系统，发现控制柜和源柜无异常。当打开负载柜时，发现逆变回路A相内的4T3、4T2两块晶闸管单元已经发黑。其中，晶闸管单元（4T3）内FHVA板上两个二极管被击穿且已碳化，冷却板上一块电阻（UXP/KJ）完全烧毁。逆变回路中受损晶闸管单元的位置示意图如图4所示。3.2SOE信息检查从MarkVIe系统的SOE信息中，可以推断出事故发生时燃气机组的起动状态，这样有利于对事故原因的分析。发生晶闸管单元烧毁时的顺控信息见表1。16:39:30MarkVIe系统已做好起动准备。5s后，所有报警信息已复归完毕。MarkVIe系统发出起动指令，合52ET（10kV起动励磁变开关），合41AC-2（起励交流电源开关），合41E-DC（灭磁开关），使励磁装置完成起励回路的送电。16:46:10MarkVIe继续发起动指令给LSe静态变频起动系统，合52SS（10kV起动隔离变开关），合89MD（LCI中压柜刀闸），合89SS（LCI装置的隔离开关），使LCI装置起动回路完成送电。16:46:SS闭合反馈信号消失（LOSSOF52SSFEEDBACK），LCI起动失败。同时，MarkVIe系统再次发出起动指令给LSe静态变频起动系统，52SS闭合反馈信号恢复。燃气机组发电机转速开始升速。16:47:SS闭合反馈再次信号消失，负荷柜内发生了爆炸。3.3晶闸管单元的检查晶闸管单元采用空心钢壳冷却板，冷却板内流动着冷却水，板上分别布置了4个10Ω缓冲电阻（型号：UXP/RK）和1个10kΩ均压电阻（型号：UXP/KJ），电阻容量均为W。晶闸管单元内的可控硅也被固定在空心钢壳冷却板上，FHVA板（高压选通接口板）被固定在冷却板的上沿。晶闸管单元接线图如图5所示。图4逆变回路中受损晶闸管位置表1发生晶闸管单元烧毁时的顺控信息图5晶闸管单元接线图在对4T2、4T3晶闸管单元进行检查的过程中，发现两处的均压电阻均发生烧毁的现象。根据烧毁现象可以分析出，在逆变回路中，晶闸管的开通和关断频率十分频繁。当可控硅关断时，因回路中电感L的存在，电流IL不能发生突变，因而形成分流电流Ics流入RC缓冲回路，将能量储能到了电容CS中。同时，在晶闸管两端产生很高的尖峰电压UKA，RC缓冲回路的作用就是维持动态均压。均压电阻RE的作用是平衡晶闸管两端的反向电压降，维持静态均压。晶闸管单元原理如图6所示。图6晶闸管单元原理图从现场情况来看，均压电阻被烧毁，说明可控硅在关断过程中，所储存的能量不能及时消耗掉，是导致事故发生的主要原因。4事故原因分析4.1缓冲回路配置存在问题RC缓冲回路对抑制晶闸管单元的关断浪涌电压存在良好的效果。晶闸管关断时，能量储存在缓冲电容CS内；开通时，存储的能量在缓冲电容CS中释放。如果缓冲电容CS和缓冲电阻RS的值选择不当，就会造成缓冲电阻或是均压电阻烧毁。晶闸管开通时会产生过电压，对缓冲电阻RS影响最大。在满足吸收储存能量效果的前提下，应当充分考虑电阻的消耗功率，电阻不能选得过大，因此电阻大概定在20～30Ω之间。而在LSe系统中缓冲电阻被设计为40Ω。事故中被烧毁的电阻为均压电阻，根据国内南瑞继保公司的同容量静态变频起动装置，晶闸管单元配置的均压电阻为32kΩ、W。而LSe系统的均压电阻设计为10kΩ、W，阻值选型可能稍小，需要重视。4.2冷却能力下降经过多次试验，在冷却水水质合格的前提下，LSe系统绝缘值与冷却水电阻率成正比关系，与闭式水温度呈反比关系。在多次起动过程中，冷却水的温度在不断上升，电阻率在不断下降。虽然冷却水电阻率没有低于下限值，但冷却的效果下降明显。从图4中可以看出，此次烧毁的缓冲电阻，位于逆变桥路中晶闸管集中的区域。冷却效果的降低，对缓冲电阻的散热存在一定的影响，也是事故发生的主要因素。4.3功率桥过电流保护被忽视LSGI静态变频起动门极触发板为功率柜提供了一个过电流保护，但保护动作信息却没有出现在MarkVIe系统告警窗中。维护人员在事故前不清楚该功能，以至于在多次发生52SS开关跳闸后，仍没有检查功率柜相关元器件是否出现故障。这样的设计缺陷，是导致此次事故不断加剧的次要因素。5静态变频起动装置的维护观点5.1熟悉相关板件功能，提升故障判断能力在本次事故中，其中一个原因是LSGI板的反应功率柜过电流保护功能不清楚，从而使得检修人员被其他告警信息所误导，导致在原因未能查明的基础上多次起动机组，最终造成晶闸管单元烧毁。因此，熟悉LSe系统相关板件功能，是真正做到有效维护的基础。5.2加强有效巡视，重点检查冷却水参数目前燃气机组电厂在国内一般作为调峰机组使用。日开夜停非常频繁，因此增加了LCI装置变频起动的次数，做好变频器的巡视工作对燃气机组电厂非常重要。变频起动器在每次完成机组起动后，应由运行人员对功率柜内进行详细检查，用测温枪对每个可控硅单元及水冷却管道进行测量与记录，确保设备健康程度。同时，重点加强对冷却水电阻率数值的监视，定期更换冷却水、活性炭滤芯和去离子设备，使电阻率保持在4Ωm左右。保证在燃机机组两次起动间，有足够的时间间隔恢复冷却水系统的相关参数。5.3加强定期维护工作定期维护工作主要包括清扫、绝缘检查、可控硅的短路检查、可控硅触发试验等：①清扫工作，要求在LSe设备处于断电隔离状态下进行，对交直流电抗器、控制柜、功率柜等设备应用毛刷和吸尘器进行清洁；②因LSe设备采用水冷却系统，做好绝缘检查是极其重要的；③需要使用V档位的绝缘表对一次电气设备进行绝缘测试（控制回路必须有效隔离）；④使用万用表测量可控硅阳极和阴极之间的电阻，直流电阻应大于kΩ；⑤借助GE公司的Toolbox软件触发各桥路的可控硅，并使用专用示波器对可控硅的触发极进行电流和电压波形的测试。6结论此次LSe系统负荷柜晶闸管单元烧毁，为静态起动装置的维护提出了较高的要求：①要了解燃气机组顺控起动的步骤，掌握燃机静态起动中LSe系统顺控系统流程，为故障的处理指明方向；②要克服语言障碍，真正了解LSe静态变频起动系统的原理、硬件及软件；③根据此次事故中已总结出的相关经验，认真做好今后的检修维护工作。

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