浅谈火力发电厂发电机励磁系统常见故障

韩永强

摘要：在火力发电厂发电机系统中，励磁系统是重要组成部分，作用在于提供可进行调节的直流电流，确保机端电压稳定，从而满足发电机运行要求。但励磁系统在运行时由于受到诸多内外因素的影响常出现一些故障，影响其作用的发挥。为此，有必要分析并掌握火力发电厂发电机励磁系统常见故障类型与产生原因，为故障防治提供参考。

关键词：火力发电厂；发电机；励磁系统；常见故障

1、火力发电厂发电机励磁系统概述

1.1基本结构

为了实现机械能或者其他能量与电能的相互转换，同步发电机需要有一个直流磁场，直流电流为发电机提供所需要的直流磁场，提供直流电流的系统就是励磁系统。励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步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。而提供直流电的方式又分为直流发电机供电、交流发电机供电和无励磁机三种。其中，无励磁机是指在励磁方式中不设置专门的励磁机，而通过发电机本身获取励磁电源，经过整流后再供给发电机本身励磁，该方式被称为自励式静止励磁。自励式静止励磁又分自并励和自复励2种方式，自并励方式通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式的优点是结构简单、设备少、投资省和维护工作量少。自复励方式的励磁电源由电压源和电流源叠加而成。其中，并联在机端的励磁变压器与串联在发电机中性点的励磁变流器（SL称串联变压器）的二次绕组在交流侧相串联，然后经可控硅整流后，供给励磁绕组。这种励磁方式的励磁功率不仅取决于定子电流和电压，而且取决于电压和电流间的相角差。

1.2主要功能

励磁系统能否正常运行对发电机的稳定运行有直接的影响。励磁系统主要功能有：（1）维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。（2）合理分配并列运行机组之间的无功分配。（3）维护电力设备安全运行。在正常运行及事故情况下，能提高系统的静态稳定性和动态稳定性。在短路故障期间以及故障切除之后，性能良好的励磁控制系统可以尽量维持电力系统的电压、加速电压的恢复，从而有利于维护电力设备的安全运行。除此之外，励磁系统还能提高带时限的继电保护装置的工作灵敏性和动作准确性（4）提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性、暂态稳定性及动态稳定性。在静态励磁系统中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器、可控硅整流器和磁场断路器供给。励磁变压器将发电机端电压降至整流单元所需的输入电压。灭磁回路主要由磁场断路器、灭磁电阻和晶闸管跨接器组成。除励磁调节器外，一些接口电路如快速输入/输出模块和功率信号接口模块也被用来提供测量和控制信号的电隔离。

1.3调节和控制算法

（1）PID调节及算法。PID调节器是应用最广泛的一种调节器。比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，而且不能消除稳态误差；积分调节可以消除稳态误差；微分调节可以提高系统的稳定性，相应可以增加比例调节放大倍数。（2）PSS（电力系统稳定器）。在正常运行条件下，以发电机端电压为负反馈量的发电机闭环励磁调节器是稳定的，当转子功率角发生震荡时，励磁系统提供的励磁电流的相位滞后于转子功率角。在某一频率，当滞后角度达到180°时，原来的负反馈变为正反馈，励磁电流的变化进一步导致转子功率角的震荡，即产生了所谓的“负阻尼”。PID调节主要是针对电压偏差信号而设计的，它所产生的超前相位频率未必与低频震荡频率同相，即未必能满足补偿负阻尼所需的相位。此外，在PID调节系统中为了控制电压，必须连续地对电压偏差进行调节，因此无法区别阻尼转矩为正值还是负值，难以顾及发电机电压调节及保证阻尼转矩为正值的要求。因此，PID调节方式对于抑制系统低频震荡的作用是有限的。PSS是在自动电压调节的基础上，以转速偏差、功率偏差、频率偏差中的一种或两种信号作为附加控制，其作用是增加电力系统震荡的阻尼，以增加电力系统动态的稳定性。

2、火力发电厂发电机励磁系统常见故障及处理

火力发电厂发电机励磁系统在运行中，常见的故障现象有：发电机无法起压、发电机失磁、汽轮发电机转子两点接地。上述励磁系统故障现象的出现，造成火力发电机在运行中出现异常现象，极大的影响了发电机组的稳定运行。下面针对上述问题在发电机运行中的具体体现，以及造成的影响及处理进行简要的分析研究。

2.1发电机无法起压

发电机运行中如励磁系统缺少剩磁，则在系统运行的过程中无法建立励磁电压，该类现象下则造成发电机在启动运行中达不到起压效果。具体分析在发电机运行中发电机无法起压，励磁系统缺少剩磁主要的原因为剩磁过少，并且由于设备维修中接线错误，造成设备启动瞬间电流传输造成了剩磁消失现象，最终因剩磁消失造成发电机在运行中无法建立电压。为此，在发电机检修时，励磁回路的接线必须正确，检修过程中要在拆下的线头上挂标示牌，以免接错励磁回路。另外，在进行通直流电测量电阻试验时，要将励磁回路断开，等待测量完毕再重新接通。如果有不能断开的情况发生，则必须注意通入直流电和励磁器正负方向要保持一致。其次要检查发电机是否起励、起励电源是否正常、励磁变运行是否良好、功率柜工作是否正常、整流桥触发脉冲切除开关是否断开等。

2.2发电机失磁

发电机失磁是指发电机在运行过程中由于失去励磁电流致使转子磁场消失的现象，发电机失磁往往都是因为励磁系统发生故障导致的。发电机失磁故障出现时会伴随以下现象：转子电流表指针指向0（发电机转子回路断开）或接近0（励磁回路开路，有剩磁残留）的位置，校正器电流增大；定子电流显著增大并摆动；发电机端电压及母线电压较小并摆动；无功表指示到负值区域，有功表指示降低并摆动；转子电压表指示异常；功率因数进相；汽轮机转速增大、频率略有增加等。发电机失磁故障的出现造成电网电压快速降低，严重的影响了供电质量，且由于电压降低的时间过快，电网运行中出现了一定的电网震荡现象，并且造成了大范围的停电事故，對于用电户的安全用电造成了极大的危害。因此分析在实际发展中关于火力发电厂发电机的失磁故障现象，为有效的进行故障现象的处理，设备维护人员首先应进行故障设备的隔离停机处理。通过隔离停机使得故障发电机脱离发电机组，之后通过发电机维护检修的方式，进行失磁发电机的维修。

2.3发电机转子两点接地

发电机为火力发电厂中重要的一类电气设备，火力发电中主要通过煤炭燃烧提供能量，之后通过能量转换的形式实现电能生产。该类作业环境下发电机在运行中出现积灰现象也较为多见。积灰现象的出现，加之发电机中转子槽口绝缘损坏，引线绝缘损坏现象的出现，发电机在运行中则有可能产生一点接地事故。发电机运行中励磁系统或转子绕组中出现一点或两点接地，极大的影响了发电机的安全稳定运行。其中具体分析发电机转子出现接地现象，造成的主要不良现象体现为发电机无功功率减小，励磁电流快速升高，仪表盘指示灯点亮。最终在持续运行的过程中对于电网的安全运行，以及用电户的安全用电都造成了极大的危害。励磁系统或者转子绕组中回路的任何一处有两点接地出现时，就会有发电机盘上相应提示光字牌亮，励磁（转子）电流剧烈升高，发电机无功功率减小、功率因数可能进相，发电机剧烈振动，转子、定子电压减小以及校正器电流增大等现象出现。由以上现象可以看出，励磁系统或者转子绕组中回路两地接地危害很大，因此当有一点接地发生时，就需要及时查找故障点并设法消除。为了防止励磁系统和转子绕组发生两点接地故障，应该在发电机励磁回路中安装绝缘监察装置，并且定期对运行中发电机的励磁回路绝缘电阻进行测定，有一点接地出现就及时消除。

3、结束语

综上所述，现阶段我国火力发电厂发电机在运行中，出现励磁系统故障现象，对于发电机的稳定运行，以及电能的稳定生产造成了极大的影响。因此分析在实际发展中为有效的处理火力发电厂发电机的励磁系统故障现象，设备维护人员应从励磁系统接线检测，安装系统绝缘监测装置以及隔离维护处理的方向进行发展。以此合理有效的进行励磁系统的检修处理，并且降低励磁系统故障现象，造成更大范围电力故障现象，保障发电企业的稳定发展，并且合理的控制故障造成的损失，推动电力企业的安全稳定发展。

参考文献：

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[4]发电机励磁装置的调试[J].吕飞.東方企业文化.2012（20）.

（作者单位：山西平朔煤矸石发电有限责任公司）