水轮发电机励磁调节器故障的处理

□于朝光（辽阳汤河发电厂）

0 前言

水轮发电机励磁装置是水轮发电机控制系统的重要组成部分，它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。在同步电机励磁系统中，励磁调节器的主要任务是实现对励磁主电路的自动控制，以达到对同步电机励磁电流预期的调节值。简单地说就是在负荷变化引起发电机输出电压不稳定时，自动调节稳定发电机的输出电压。

1 问题的提出

汤河发电厂共装有两台机组，其中2号机组单机容量630kW，设计流量2.3m3/s。利用为下游工矿公司提供的工业用水进行发电。机组运行20多年，设备已经老化，水轮机性能落后，且由于供水限制，致使发电机的出力只能达40%至60%左右，一直处于较低的水平，既影响机组寿命又增加了机组维修的难度，为使经济效益最大化，汤河电厂决定将其更换为更适合的250kW水轮发电机，设计流量1.1m3/s。技改工作基本完成后，开始进入调试阶段。机组开机后进行励磁调节，正向转动励磁调节器旋钮，突然励磁电压和定子电流急速攀升，经过多次调整仍然无法准确调节励磁电压和定子电流达到额定值，给机组的正常发电带来困难。

2 问题原因分析

根据经验初步判断很可能是励磁系统出了问题，通过仔细分析，并参照励磁装置控制原理图进行逐一比对，在查找过程中重新对设备进行了梳理，经过一番校对后仍没有发现问题所在。随着对疑点一步步排查，最后将问题点锁定在励磁调节器上，于是参看励磁调节回路展开图（图1），通过对励磁调节回路的分析，知道励磁电压的变化是通过调节滑动电阻的阻值来完成的。随着调节电阻的阻值增加，励磁电压也随之上升。判断结果是由于控制调节电阻‘1W’的调节行程过短。于是将励磁调节器的调节电阻拆除，对其进行手动增量模拟，通过仔细观察发现励磁调节器的控制调节电阻‘1W’通过旋钮单圈调节增阻的行程超过一周，只要旋钮稍加一些正向旋转，控制调节电阻‘1W’的行程就相当于走了半周左右，即调节端虽然是短距离位移，但其电阻值却迅速增大，因为无法微调，所以直接导致了励磁电压和定子电流的急速上升，从而造成励磁电压快速波动，机组不能正常发电。

图1 局部励磁回路原理图

3 解决方案

将励磁调节器的控制调节电阻拆卸下来，利用万用表测定了厂家配套的调节器控制调节电阻‘1W’。经测量‘1W’实际阻值为2KΩ。通过多次手动增量模拟，知道了由于旋钮调节电阻的行程过大，导致电阻阻值迅速增加才造成励磁电压快速波动。根据上述原因，提出两种解决方案：

方案1:励磁调节器无法微调的原因主要是调节电阻行程过大造成的，因此提出可以通过改变电阻行程来达到纠正励磁调节器的调节作用。通过对拆卸下来的‘调节部分’进行观察研究，发现原厂配套的‘1W’为滑动调节电阻，电阻为绕阻式，滑片每次的滑动行程无法改变，也就是说旋钮每旋转一次，电阻行程固定不变，电阻阻值也固定不变。但经过多次努力调节试验仍然无法达到预想状态，于是放弃了第一种方案。

方案2：考虑到原励磁电位器调节电阻较小，调节范围却很大，但不能满足在额定励磁电压范围内调节的要求，那么能否通过增加阻值来达到微调电阻的目的呢？从理论上讲这是可行的，如果再另行增加一组滑动调节电阻难度也很大，于是决定在原来的滑动调节电阻两侧各增加一组固定电阻以增加阻值。然而增加的电阻阻值不能太大也不能太小，太小调节波动仍然很大，太大则相当于缩小了调节能力仍然不能满足要求。通过‘1W’阻值2KΩ对比参照，决定增加阻值为1KΩ的电阻进行试验，这样既不会让阻值过大，又能基本满足调节要求。由于原630kW机组励磁调节器电阻值刚好为1KΩ，也能满足灵敏调节励磁电压的要求，因此决定利用原630kW机组励磁调节电阻连接现有‘1W’调节电阻两侧。于是在原调节电阻两端分别焊接一个与调节电阻近似功率的500Ω电阻。焊接完成后，其滑动调节电阻的总阻值为3KΩ，与原调节电阻比较原调节行程相当于减少1/3周，可调节范围仍然为2KΩ。将改进后的励磁调节器的“调节部分”重新安装在控制台上。

4 试用结果

改进后的励磁调节器的“调节部分”更换完成后，再次开机。起励增压开始微微旋转励磁调节器旋钮，励磁电压缓慢加大，定子电流也稳步增加。原有的急速攀高现象消失，当励磁调节器旋钮转至第8周时，励磁电压接近30.90V额定值，定子电流达到451A额定值，经过多次增减调试试验，没有出现励磁电压和定子电流的剧烈波动，机组可以正常发电，完全达到了灵活准确调节励磁电压和定子电流的预想效果。

5 结语

250kW水轮发电机组常年发电运行，经过一年多的试用，事实证明改进后的励磁调节器完全满足调节要求，同时也证明了该方法简便可行、经济实用。