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《西北水電雜志》2015年第二期

1影響并列運行可控硅整流橋電流不均衡的因素

1.1均流回路分析勵磁功率柜主回路接線圖（以兩個功率柜并列運行為例）如圖1所示。對于功率柜1和功率柜2，假設R1a、R2a分別為其交流側進線電阻，R1d、R2d為直流側出線電阻，Rt1、Rt2為可控硅通態電阻，L1a、L2a為交流側進線電感，L1d、L2d為直流側出線電感，Vt1、Vt2為可控硅通態壓降，i1、i2為通過整流橋電流。的因素包括交流側進線影響、直流側出線影響、可控硅換相過程的影響和可控硅元件本身的影響。

1.2交流側進線的影響由式（1）可知，交流側進線的影響主要集中在進線電阻和進線電感上。當可控硅通態電阻Rt1、Rt2大于整流橋交流進線側電阻R1a、R2a和直流出線側電阻R1d、R2d時，交流進線側電阻和直流出線側電阻對均流的影響并不明顯，但是在實際中這種情形很少出現，尤其當整流橋選擇的可控硅通態電流比較大時，其通態電阻更小。當交流側采用電纜而非銅排連接時，由于電纜的電阻率比銅排大許多，使兩者的比值Rt1/（R1a+R1d）減小，此時交流側電纜進線的長度對于均流的影響將比較明顯。為了減少這種影響，應盡量使用等長電纜連接。

1.3直流側出線的影響由于直接和轉子負載相連，很大的負載電感減弱了直流側出線對均流的影響，為此在處理均流問題時應優先考慮交流側阻抗匹配問題。

1,4換相過程的影響在圖1所示的勵磁功率柜中，當整流器工作在非換相區時，共陰極和共陽極各有一只可控硅導通，如T15和T16導通，其等效電路如圖2所示[3]。從式（6）中可以看到，在換相過程中，交流側換相電感直接影響電流在功率柜之間的分配。尤其當電感較大時，換相過程對電流的分配產生決定性的影響。因此，對于交流側采用電纜連接時，應盡量做到進線完全對稱。圖4是展示了一種理想化的并聯可控硅的連接方式。

1.5可控硅元件的影響

1.5.1導通壓降可控硅元件的導通壓降由兩部分組成，其中之一為PN結壓降，即勢壘壓降,另一部分為歐姆壓降，即可控硅基片與外殼各部分的接觸電阻造成的壓降。對于勢壘壓降，可以用等效電壓源代替；而對于接觸電阻，則直接用電阻表示[5]。假設只有兩只可控硅并聯，并聯電壓為V2，其接線如圖5所示。此時，由于兩只可控硅元件的正向伏安特性不同，兩條支路流過不同的電流。其中，SCR1的電流為I2，SCR2的電流為I1。其伏安特性曲線如圖6所示。即在相同的管壓降下，元件的導通電流與其導通電阻成反比。為了保證其均流效果，應盡量選擇通態特性相同或相近的元件用在同一個并聯支路。最好是在元器件采購時就向供應商提出要求：在額定電流下元件導通壓降的偏差范圍。若要求的均流系數越高，則偏差應越小。

1.5.2導元件節溫由于可控硅元件的導通特性與溫度相關，在不同的溫度下，導通特性會發生稍許偏移。具體的關聯曲線見圖7。所以，對于均流系數，我們只應針對某一運行點或者某一具體溫度來進行要求。由圖7可知，在電流較大時（虛線和實線的交點以上），可控硅的導通特性與可控硅的節溫正相關，但在電流較小時（虛線和實線的交點以下），可控硅具有負溫特性，節溫越高，導通壓降越小。對于并聯功率柜，當某一功率柜輸出電流較大時，在相同散熱條件的情況下，電流輸出大的可控硅裝置的發熱量增加，可控硅平均通態壓降會增大，所以該功率柜的輸出電流會相對減小，原來輸出小的功率柜輸出會相對增加，最終各裝置輸出電流達到一個新的平衡狀態，均流系數會上升。相反，在導通電流較小時，這種負溫特性則會惡化并聯可控硅之間的均流效果。為了保證均流效果，應盡量保證同一個并聯支路上的可控硅具有相近的節溫。如盡量將元件安裝在同一散熱器上。

1.5.3開通延時時間開通延時時間也會對并聯支路的可控硅均流產生影響。如圖5所示的并聯支路，若SCR1的開通時間比SCR2的開通時間提早t，則引起的瞬態不均的電流。其中：di/dt是SCR1開通時的電流上升率。具體請參見圖8。可控硅從觸發到完全導通必須滿足門檻電壓V（TO），V（TO）值較大的可控硅就會滯后于較小的可控硅導通。為保證并聯運行的可控硅能夠同時導通，在檢測可控硅的實驗過程中,應進行導開通延時時間配對。此外，可控硅觸發脈沖回路也是影響電流分配的重要因素，在硬件回路設計時應注意以下幾個問題：①必須滿足可控硅觸發時刻同步；②保證觸發脈沖前沿陡峭，采用大電流觸發。實踐表明對于同一型號的可控硅，大電流觸發能夠得到較高的電流上升率，有效減少開通延時時間的影響。具體的方法是逐漸增大可控硅的門極觸發電流，直到觸發回路對開通延時時間的影響達到最小；③可控硅觸發脈沖回路的可靠性對勵磁功率柜均流至關重要，而從調節器發出的脈沖最易受到電磁干擾，所以脈沖回路應使用屏蔽電纜，防止可控硅動誤觸發[9]。

2官地電站勵磁功率柜均流處理

2.1電站概況官地水電站位于四川省涼山州西昌市和鹽源縣交界處，是繼錦屏二級水電站之后，錦屏一級水電站的又一補償電站。電站安裝4臺單機容量600MW混流式水輪發電機組，總裝機容量2400MW，年平均發電量117.76億kWh。根據地理位置和國家電網的輸電規劃，官地水電站和錦屏一、二級水電站作為一組電源，供電川渝及華東。官地電站勵磁系統功率柜選用德國西門子公司原裝進口產品，單柜容量為2360A，其核心元件為EUPEC公司T1971N型晶閘管。整流橋并聯支路數為4，均流方式為物理均流，直流側采用銅排連接，交流側除了交流開關柜送至各功率柜的等長電纜外，還在各功率柜之間增設了并聯電纜，其交直流側連接布置方式見圖9。

2.2故障情況及處理建議官地電站#1機組于2012年3月31日投產發電。投運初期，機組帶負荷較小，勵磁系統運行正常。隨著負荷的增加，在運行過程中發現部分功率柜電纜發熱嚴重。后用紅外線譜圖儀測量，發現#1功率柜交流側C相一根電纜外表皮溫度達到89.6℃，用鉗形電流表測量該電纜電流為640A，電流過大導致發熱嚴重。測量其它電纜電流后發現功率柜交流側電流不均衡。為消除安全運行隱患，于2012年7月9日進行了勵磁陽極側電纜更換，將現有YJV-3kV-1*185電纜更換為YJV-3kV-1*240電纜，并在電纜更換過程中嚴格把控施工質量，確保交流開關柜到功率柜的交流側電纜長度匹配，功率柜間的匯流電纜長度匹配，電纜銅接頭與功率柜交流側銅排接觸良好，無扭曲、變形現象并測量電纜的阻值。交流開關柜至各功率柜的具體的測量值見表1。重新開機并運行24小時候后，在勵磁電流為2650A時，測得功率柜交流側進線電纜最高溫度39.4℃，最大電流310A。比較處理前，在勵磁電流為2140A時，功率柜交流側進線電纜最高溫度89.6℃，最大電流為625A，均流情況有較大的改善。檢測數據如表2所示。官地電站功率柜T1971N型晶閘管通態電阻Rt=300uΩ，略小于交流側進線電阻Ra，交流側電纜進線電阻對于均流的影響比較明顯。電纜阻值不等、銅接頭與功率柜交流側銅排接觸不均可能是造成功率柜均流較差的原因之一。結合官地電站和其他電站的運行經驗，有如下建議：①盡最大努力保障功率柜交流側進線電纜等長，如有必要，可以適當延長電纜長度。②取消功率柜之間增設的并聯電纜。增設并聯電纜主要是為了保證在一橋故障時電纜能夠承受強勵電流。根據電纜更換后功率柜交流側電流測量情況計算，YJV-3kV-1*240完全能夠滿足強勵要求。增設柜間并聯電纜反而增加了功率柜交流側進線電阻和電感匹配難度，對均流產生負面影響。③在交流進線側電纜上加套磁環，調節各并聯回路補償電感量的大小。

3功率柜的均流試驗

均流系數均流系數是均流試驗的衡量標準，是指并聯運行各支路電流的平均值與最大值之比[1]。具體的計算公式為。其中，IK為均流系數，iI為第i條并聯支路電流，Imax為并聯支路中的電流最大值，共有m條并聯支路。國標中規定，勵磁功率柜均流系數不得低于0.85。通過式（11）能夠反映功率柜各并聯支路中最大值與平均值的偏差，但是如果出現最大值很大、最小值又很小的極端情況，如表2中提到的B相電流，大值可以達到648A，小值只有463A，式（11）不能夠真實的反映出最大值和最小值之間的偏差。而通過式（12）則可以很好的反映這一點。

作者：李輝范進喜劉凱單位：雅礱江流域水電開發有限公司