水电站励磁系统故障及处理

吴丹

【摘 要】在发电机运行过程中励磁系统是重要的同步配套设备，良好的励磁系统可以有效改善电力系统运行的稳定性和可靠性，根据发电机静止励磁装置运行特点及运行状况，本文就对励磁系统在运行中出现的故障原因，故障类型进行判别，并提出相应的处理对策。

【关键词】水电站；励磁系统；故障处理

中图分类号： TV738 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）18-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.014

【Abstract】The excitation system is an important synchronizing equipment during the operation of the generator. A good excitation system can effectively improve the stability and reliability of the operation of the power system. According to the running characteristics and operating conditions of the generator's static excitation device， the fault cause and the fault class in the operation of the excitation system are presented in this paper. Discrimination is carried out and corresponding countermeasures are put forward.

【Key words】Hydropower station； Excitation system； Fault handling

在水电站发电机中励磁系统是其重要的组成部分，在发电机运行过程中主要发挥着调节发电机出口电压及无功功率的作用，通过向发电机转子提供可调励磁直流电源，对发电机机端电压恒定进行控制，满足发电机运行和发电需要，提高电力系统稳定性。因此提高励磁系统运行的安全性和稳定性具有重要作用，同时也需要不断提高励磁设备检修试验技术，从而提高电力系统暂态稳定性。随着机电保护技术水平的提升，开关动作速度加快，励磁系统在水电站发电机中的应用提高了强励快速恢复的能力，同时具有快速响应特性，从而保障了系统运行稳定。在运行过程中，系统运行是否稳定还受到多方面因素影响，导致励磁系统故障问题发生，对于机组安全与经济性都带来了一定的影响。本文就对水电站励磁系统故障问题进行分析，并提出相应的处理和解决对策，确保发电机组运行正常。

1 水电站励磁系统

水电站励磁系统主要是由励磁电源及其相关设备所组成，包括励磁调节器、励磁功率单元等，根据所接受与采集信号来输出励磁控制单元信号。励磁电流是由发电机转子所产生，确保励磁系统运行稳定，即保护电网系统及水力发电机组运行的稳定性[2-3]。自并励可控硅励磁系统的组成部分包括有直流灭磁开关柜、励磁变压器柜、辅助柜、交流隔离开关柜等所组成，一般情况下励磁调节器是通过自动电压调节控制的方式来改变发电机的励磁电流，根据发电机机端的电压给定值与实际值之间的偏差来作为调节器输入，从而确保发电机电压的稳定性。

2 励磁系统故障

2.1 失磁故障

励磁系统在实际运行中与现代先进技术相结合，在实际运行中如某处发生失磁故障，则会由录波对故障发生时转子电压下降突变量进行记录，使电压值产生较大的波动，在启动录波时经一定速率后电压会不断下降，最终变为负值，当转子电压下降后电压与电流会发生剧烈摇摆，产生保护动作。当工作人员在检查励磁电源交流侧开关后，如发现开关辅助节点发生松动等情况，开关接触电阻值会增加，励磁系统发生逆变灭磁，产生灭磁故障。为避免灭磁故障的发生，应及时检查开关接点处是否发生故障问题，并对辅助节点进行定期检查，确保节点可靠性，从而更好的防止失磁故障的发生。

2.2 熔断器爆裂故障

在水电站发电机组温升试验后停止操作，对室外爆炸控制后水电机组发生跳闸故障，工作人员迅速对故障问题进行检修，检修部位主要是对励磁系统和调速系统，检查内容包括励磁变回路和主变回路，如励磁变相高压熔断器发生爆裂，在熔断器检查试验后，如熔断器自身存在有质量问题，熔断电流则远远低于额定电流值的大小，为了有效解决该类故障问题，应对励磁系统进行检查，或更换熔断器，加大熔断器的容量。

2.3 自復励式励磁故障

在自复励励磁系统中线路复杂，在日常维护中存在较大的难度，且工作量十分庞大，在静态电压调节中精度高，当短路故障发生时可以提供电流补偿，提供强励电流。在水电站中一般采用双绕组电抗分流励磁系统，当机组在运行过程中电压三相处于不平衡的状态，同时并网无功负荷增加，电流减小，难以为发电机的运行提供电。经过检查后发现为副绕组与主绕组出现相序错误，增加了机组的无功负荷，减小电流，为此就要改正正绕组和副绕组的相序错误问题，提高验收与检修质量。

2.4 整流电源故障

当某水电站在可控硅自并励机组中，发现机组砸启动后发生电机不起压的问题，在对机组外部条件进行检查后无异常现象，装置无报警，可以初步判断与分析为装置电气回路故障问题，或是整流电源故障。为此就要排除这一故障问题，首先检查励磁调节器的电气回路，当无异常情况则可以排除第一种问题。再检查可控硅电源，如电源输入闸刀相发生断裂，则难以同步建立励磁电压，电压回路故障信号的报警灵敏度降低，难以及时发出报警信息、为此工作人员应更换可控硅电源断裂闸刀，并同步进行试验检测，如检测正常则可投入使用。

2.5 桥式整流器故障

目前在微机励磁和电子调节器励磁中其核心部分为可控硅三相交流全控整流桥，或是半控整流桥，这两种控制方式都是围绕着电气调节器励磁来进行设计的。而可控硅整流桥中主要是负责将蒸馏变压器所接受的交流电转换为大小可控制直流电，来对发电机的励磁绕组来进行激励，并产生磁场。在发电机发电时，尤其是在满负荷发电状态下所通过电流较大，因此也会产生较大的发热现象，因此需要装风机来进行制冷。在长期高负荷作用下以及外部不稳定因素冲击下，整流桥臂上整流硅管，以及整流桥出口续流管都是整流器故障多发点与高发点，在通常情况下硅管烧坏时快速熔断器会发出信号，但在硅管烧坏快速熔断器并未发出信号的情况也较多，当这种情况发生时需要进行停机检查，需要采用万用表与示波器来进行检测，从而找出损坏部件，进行更换。

3 水电站励磁系统故障处理对策

3.1 运行措施

在水电站发电机组的日常运行中，工作人员应定期检查发电机组的运行状况，并重点检查发电站的励磁系统运行情况，如在汛期发电机组发电过程中，对励磁系统温度变化情况进行观察，根据监测系统比较系统的监测结果，在机组维修检查后，和检修人员对励磁功率内部加以检查，观察励磁功率柜内部是否整洁，干净[8]。其次，当机组故障在消除后，还要对发电机组运行方式进行合理的安排，励磁系统在重要设备更换后，在对机组无功、进相与迟相运行调整后，对其变化情况应进行观察，与其他机组运行状况进行比较，定期调整机组的运行方式，以便于故障机组在围护后运行正常。

3.2 维护措施

为确保水电站发电机组运行正常，励磁系统性能得到充分发挥，还要加强对水电站励磁系统的维护，在励磁设备维护中首先要加强对脉冲线绝缘防护，由于可控硅击穿主要是由于脉冲线窜入高压所导致，在事后对可控硅脉冲线进行绝缘检查，并在脉冲线上设绝缘套管，从而避免高压窜入的发生。其次，在日常维护中还要对励磁设备定期除尘，由于可控硅与脉冲变等一些元件容易积尘，从而容易引起接头之间发生绝不短路或是放电故障，在元器件引线积尘后也容易造成接头之间发生短路故障，如灰尘量过大，还会导致风道堵塞，不利于功率柜散热。为此需要对整流柜滤网进行定期更换，同时可以通过内窥镜来对柜内积尘情况进行观察，便于对设备定期清扫，确保柜内通风环境良好[9]。最后，在励磁系统发生故障后，励磁变过流保护动作有5s的整定时间，难以起到保护作用，为此应增加对励磁变限时速断保护，确保可以将故障迅速切除，限制事故发展。

3.3 励磁绕组逆变灭磁

如果发电机灭磁功能不正常，在发电机和电网解列后应将励磁绕组磁场尽可能的减小，通过对灭磁电阻进行释放，同时采用可控硅桥逆变灭磁与非线性电阻灭磁等方式，通过逆变来使励磁电流降低。当逆变灭磁退到逆变角后，整流桥的工作状态从整流过渡到逆变状态，使转子励磁绕组能量消耗。而逆变失败的因素较多，如可控硅分配脉冲不准确，回路不可靠等，使阻断能力消失，并导致交流电源产生异常现象，励磁变压器相序、相位发生错误，在逆变时产生电压过低、缺相等问题，换相裕度角不足，元件不能关断等，导致后续元件不能开通。

4 结语

在水电站发电机组日常运行中励磁系统运行的安全性与稳定性十分重要，对于发电机组及水利系统整体的稳定性和安全性具有重要意义。为此工作人员应加强对水电站励磁系统故障的全面掌握，当故障发生时可以找到故障发生原因，故障位置等，并对其进行详细记录，做好故障的应对和处理措施。

【参考文献】

[1]李琪.水电站励磁系统出现故障的原因以及应对措施[J].中国水能及电气化，2016（08）：39-42.

[2]唐凡，杨永洪.大型水电站励磁系统可控硅击穿故障分析[J].水电自动化与大坝监测，2015，39（02）：34-37.

[3]孫朝霞，李文明，李书明.基于RTW技术的水电站励磁系统建模及仿真实现[J].系统仿真技术，2014，10（04）：346-350.

[4]欧小冬.大唐观音岩水电站励磁系统主要参数计算与选择[J].电工技术，2013（10）：64-67.

[5]罗斌，李勇，孔德宁.龙滩水电站励磁系统国产化改造及新技术应用[J].水电自动化与大坝监测，2012，36（04）：20-23.

[6]戴宗泉.小型水电站励磁系统对水轮机组运行的影响分析[J].中国水能及电气化，2012（07）：29-32.

[7]许光能.中小水电站励磁系统的技术改造探索——以大新县中军潭水电站为例[J].企业科技与发展，2011（15）：64-66+69.

[8]董锋斌，皇金锋.斩波技术在小型水电站励磁系统改造中应用[J].电力自动化设备，2006（07）：78-80.