发电机励磁系统故障原因分析及改进

郑祖锋

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150000）

现阶段而言，发电机设备对社会的发展越来越重要，如发电厂的生产运行过程中，需要结合发电机的有效运作，才能够提供可靠的电力。励磁系统作为发电机设备中重要的组成部分，其运行质量，通常会对发电机的发电产生直接影响。对此，为了能够保障发电机的运行效率，避免一些发电机的故障的产生，有关单位在应用发电机时，除注重对发电机的维护外，还应注重对励磁系统的研究，了解产生励磁系统故障的原因，掌握正确的解决方法，以能够真正确保发电机的运行平稳。

1 研究背景

某水利发电站是一座坝后式电站，其组成部分共有三台发电机组，总装机容量可达7030kw，发电量可以达到1600 万kwh/年。应用过程中，励磁系统故障是较为常见的故障，严重影响了电厂的稳定发电。对此，为了提升发电厂的发电效率，减少一些励磁系统故障的产生，本文针对一些励磁系统故障的原因进行研究，相关研究过程如下。

2 励磁系统的工作原理与调节控制

2.1 励磁系统的工作原理。发电机中，励磁系统主要是建立发电机磁场的一种装置，发电机通过磁电感应则能够生产出电力。作为发电站而言，励磁系统是重要的组成部分。励磁系统主要包括电源与励磁装置两部分，其中励磁电源主要有励磁机、励磁变压器等设备；励磁装置通常会按照不同规格、型号、使用要求等，合理布置调节屏、控制屏、灭磁屏、整流屏等元件。励磁装置的具体运用过程中，主要是根据发电机的工作状态，使发电机的电机端压处于统一水平，为了达到这一点，则可能进行强行增磁、减磁、灭磁等控制。励磁系统的安装过程中，可以采用独立安装模式，也可以结合发电机的特点，给予配套安装。

2.2 励磁控制系统的调节控制。2.2.1 PID调节及算法。按偏差的比例、积分和微分进行控制的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。微机励磁调节器中的PID程序设计时要考虑调节死区,积分溢出和微分限幅。

2.2.2 PSS(电力系统稳定器)

产生的原因: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。在某一频率时,当滞后角度达到180 度时，原来的负反馈变为正反馈，励磁电流的变化进-.步导致转子功率角的的震荡，即产生了所谓的“负阻尼”。如果励磁系统采用PID控制方式，以发电机电压偏差信号进行调节励磁，有助于改善发电机的动态和静态稳定性。同时，向励磁系统提供的超前相位输出会在一定程度上补偿励磁电流的滞后相位和克服负转矩。但是PID调节主要针对的是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，亦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、负值之间的变化以及难以顾及发电机电压调节及保证阻尼转矩为正值的要求。为此，PID调节方式对于抑制系统低频震荡的作用是有限的。PSS(power system stablizer)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。

3 故障现象及成因分析

3.1 故障现象。本文案例发电厂的发电运行过程中，发生了发电机励磁过程中无法升压的现象，这便阻碍了发电机系统的可靠运行，不能够及时生产电力，进而可能会影响到为居民的稳定供电，造成发电企业的经济损失。

3.2 故障成因分析。3.2.1 灭磁开关问题。当灭磁开关、主励磁刀没有连接成功时，则会造成系统励磁系统的开路现象，产生发电机励磁过程无法升压的现象。当灭磁开关未出现问题时，相关励磁回路出现断线、电刷位滑环接触不良现象时，同样会造成励磁无法升压的现象发生。3.2.2 硅整流器故障。当励磁系统中的硅整流器出现故障时，如可控硅电阻被击穿、过热等，则也会引起励磁无法升压的故障。3.2.3 启励继电器故障。当起励继电器线圈、起励继电器触点出现故障时，也会导致起励无法正常工作的现象发生。3.2.4 励磁调节器建压设置问题。当微机控制系统的建压设置出现问题时，统一会造成励磁系统的问题。

3.3 故障处理措施。基于可能导致励磁系统故障原因众多的现状，因此，在具体的处理故障时，应优先开展检测工作，找出故障成因，给予解决故障，改进系统，提升系统运行的稳定性。检查故障时，应遵循由简单到难的顺序，提高检测效率。针对本文案例工程的故障现象而言，首先，应对励磁回路给予全面的检查、测量，若是灭磁开关存在问题，可以及时处理；其次，当怀疑可控硅存在阻值问题时，可以对其电阻进行检测，一般情况下，可控硅的电阻值应在几十欧姆左右。当检测过程中，发现电阻值为零时，证明被击穿，需要及时给予更换。最后，当以上故障现象均未发生时，应怀疑起励继电器是否存在问题。具体处理过程如下，当启动发电机时。连续按启动按钮3 次以上，并且每次都超过两秒时，仍无法励磁时，首先，应进行励磁调节柜的测量检测，一般情况下，励磁调节柜触摸屏上的“给定电压”应在电源电压的90%左右，若小于该指示值，说明电源电压有问题，应加强电压方面的检测；其次，应检查、测量励磁调节柜中启励磁继电器是否工作正常，若该继电器存在问题，及时更换处理即可。另外，在发电机未运转时，发电机端残压值通常为零，此时，也不会有电压信号，程序便无法运行，发电机的运行指示等会出现灯不闪或无规律闪动现象，注意，此时并不代表调节器存在故障。

3.4 发电机励磁启动过程中应注意的事项。发电机运行过程中，励磁系统的具有重要作用，为了保持发电机系统的稳定运行，启动励磁系统时，工作人员应时刻监视发电机的电压表，当电压升高到2000V时，应及时释放按钮，若存在按压时间过长的现象，则可能造成起励回路的烧损现象；发电机的启动前，工作人员应严密监视发动机的转速情况，当发电机转速达到3000r/min 时，系统显示参数应该为：电压在给定电压的90%，可控硅的开放角度在134 度，机端电压应为0；发电机的运行过程中，工作人员应避免切断立场调节器的电源开关，以避免励磁跳闸现象发生。

3.5 发电机励磁系统的改进运行建议。设计人员在选择励磁调节器时，应注重励磁调节器的型号，如选择性能可靠、稳定励磁调节器；励磁继电器的运行过程中，触点、容量、线圈质量等，对励磁效果会产生重要影响，对此，为了确保励磁系统的运行稳定，应确保励磁继电器的质量；发电机运行过程中，为了确保起励阶段的可靠，应做好开机前的验证工作，如开机前应做好发电机假同期并列试验、灭磁系统的联跳主油试验；发电机启动过程中，一些细微之处的故障，都可能造成励磁系统的问题产生，基于此，为了提高发电机的运行稳定性，应该由专业技术人员开展发电机主油开关的检测，判断其主油开关的辅助常闭点是否能够可靠闭合，以确保微机立场调节器稳定的运行；励磁启动键是重要的零件，该开关按钮若出现接触不良、虚接等现象时，也会造成励磁系统的故障。对此，为了保障励磁系统的稳定性，还应确保励磁开关元件的质量；发电机励磁系统中，励磁调节器、可控硅是重要的元件，与此同时，为了确保励磁调节器、可控硅的稳定运行，能够发挥作用，企业应结合实际情况，严格控制励磁调节器、可控硅的质量，选择具有信誉保障的品牌。综上，为了保障励磁系统的运行稳定、正常励磁，有关建设单位应严格确保各个元件的质量，并结合系统运行情况，给予及时的检测，从而真正减少励磁系统故障的发生，真正为发电机的可靠运行提供保障。

4 结论

综上所述，发电机对社会的发展具有重要意义，如电厂发生过程中，需要结合发电机的应用，一些工程建设过程中，也可能结合发电机的应用，进而满足生产过程中的电力需求。发电机设备中，励磁系统是重要的组成单元之一，对发电机的高质量运行具有重要影响。为了确保励磁系统的稳定、安全，则需要有关企业加强对励磁系统故障的研究，明确一些常见故障的成因，给予科学合理的处理方法、预防措施等，以能够真正维护发电机的运行可靠。