浅析某水电厂励磁系统故障分析及改进措施

陈诚 文勇

摘要：水电厂的励磁系统对于保障电力系统的安全、运行的稳定性有着十分重要的作用，某水电厂使用的励磁系统存在着抗干扰能力弱、维修不变等缺陷。本文对某水电厂的励磁系统进行了简单的阐述，进而分析了其存在的问题，从而提出了一些改造的方案。

关键词：水电厂；励磁系统；NES51SS

1 引 言

在水电厂的发电机组中，励磁系统作为其核心的系统，其作用是进行励磁调整，以确保定子电压具有较高的稳定性。通过合理的分配各台机组间无功功率，可以提高发电厂的發电机组的可靠性、电力系统的稳定性以及电厂的自动化水平。因此，加强对水电厂励磁系统的研究具有重要的意义。南瑞电控公司的新一代励磁调节器NES5100，以及2003年成功投运SAVR2000励磁调节器一起完成了励磁调节器产品从巨型、大中型机组到小型机组的系列化，为支撑和服务发电企业，为电网的安全稳定运行提供了更加扎实的基础。

2 NES51SS 励磁系统简介

励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工作原理相同，即通过比较测量反馈值与参考值（有别于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈产生可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲。

励磁调节器自动方式的闭环控制对象为机端电压。当调节器运行在自动方式且没有发生欠励限制时，如果发电机的机端电压高于参考值，则调节器减小控制电压，进而增大可控硅的控制角，使得发电机转子电压下降，减小发电机励磁电流，使发电机机端电压回到参考值；如果发电机机端电压低于参考值时，调节器增大控制电压，进而减小可控硅的控制角，使得发电机转子电压上升，增大发电机励磁电流，维持发电机机端电压为参考值。其控制简图如图2.1所示。图中Ugset为发电机机端电压设定值，Ugact为发电机端电压实际值，Uk为控制电压，Vs为励磁电源电压，Tc为发电机端电压采样时间常数，TF为发电机励磁电压反馈时间常数，PI为比例-积分控制，TSCR、Tg分别为可控硅整流桥等效时间常数和发电机等效时间常数。

图2.1发电机励磁调节器自动控制原理简图

励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流。当调节器运行在手动方式时，如果发电机的励磁电流高于设定值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进而减小发电机励磁电流，使发电机励磁电流回到设定值；如果发电机励磁电流低于设定值时，调节器增大控制电压，既减小可控硅的控制角，增大发电机励磁电流，维持发电机励磁电流为设定值。其控制简图如图2.2所示。图中Ifset和Ifact分别表示发电机转子电流的设定值和实际值。

图2.2发电机励磁调节器手动控制原理简图

3 NES51SS系统故障分析

某水电厂采用的励磁系统是NES51SS系统，它的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，并对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。励磁控制调节程序是励磁调节器的核心程序，完成了上述的任务。然而由于技术尚未成熟，因此存在一些运行故障，如：（1）励磁调节器的抗干扰能力差，当多次发出错误信号时，如发转子温度过高、整流桥故障等信号使得系统产生误动作。（2）功率柜的整体结构相对臃肿，内部的器件过多，使得系统的设计相对复杂，从而增加了检修的难度。此外，当多个功率柜共同运行时，由于缺少对各个功率柜的电流进行均匀的分配，使得功率柜之间运行时的电流相差较大，负荷极度不平衡，长期运行对系统的安全造成了严重的伤害。（3）系统在消磁过程中的磁通量较小，因此在系统发生短路或者过载时，由于消磁的不及时，可能造成机器的损坏。（4）系统装置由于经过了多年时间的运行，元件存在老化和磨损的现象，由于厂家已经不再生产同款类型的元件，而新的元件在兼容性上有待考察，因此无法保证励磁调节装置的长期运行。（5）很多调节器参数特别是新添加的参数无法在线整定或修改，人机对话窗口不能直接显示出来、不直观，给调试检修维护等工作带来不便。

4 NES51SS系统改进措施

对励磁系统的改进措施主要由以下两点：（1）采用自并激励磁系统。该系统的特点是响应速度快、结构简单、成本低廉以及维护操作方便。由于水电厂距离负荷中心较远，要求励磁系统能够快速响应，从而使得电力系统更加稳定。采用自并激系统后，其输电的销量和稳定性都要优于原有的系统。自并励系统中的晶闸管整流柜可采用低噪音的风机强迫风冷，如有条件也可考虑密闭循环冷却。这样，当发生晶闸管元件风机故障或快熔熔断等情况时，发电机仍能维持一段时间的正常运行。（2）电桥间双向切换。目前的NES51SS系统所采用的切换方式是只能从系统主桥切换到备用桥，无法逆向切换。通过双向切换系统的研制或者使用人工辅助切换系统，可以达到电桥间的相互切换，进而使得整流桥和。脉冲放大电路和风机等系统的运行负载相对平衡，从而增加了系统的稳定性。

5结论

本文对某水电厂的励磁系统进行了简单的介绍，由于励磁系统的复杂性，其存在着抗干扰性差的缺点，因此，提出了自并励励磁系统和双桥切换的方式，能够良好的克服这些问题。

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