分析水电站机组励磁系统故障及其解决措施

梅州龙上水电有限公司 余楚轲

1 引言

在水电站发电机组中，励磁系统是较为关键的核心部件之一，在运行时发电机的电压会对其出口进行调节，使无功功率做到合格的状态，电流让电压更加稳定，趋向于平衡，满足发电机日常的运行需求，使其在发电过程推动整体电力系统更加平稳。由此可见，提高励磁系统运行的稳定性和安全性具有重要的意义和关键的作用，因此有关工作人员需要对励磁设备做好试验和检修工作，确保电力系统处在稳定运行状态之中。随着我国机电保护科技水平不断提升，开关动作的速度也越来越快，励磁系统在水电发动机中的影响力度不断地提高，但受到外界因素等多方面原因的干扰，励磁系统易出现较多问题，影响机组的安全和经济效能。

2 水电站机组励磁系统概述

水电站励磁系统主要是由励磁电源和其他各种类型的设备组合而成的，其核心部位主要包括励磁功率单元和调节器等不同的功能，可以根据传输信号的大小控制粒子输出波，而励磁控制指的是发电机转子产生的电流，能够推动整体系统的安稳运行，也能够让电网系统和水利发电机组正常运作。一般来说，励磁系统的组成部分是可控的，主要包括直流面磁开关柜、交流隔离开关柜和变压器，励磁调节器可以对电压展开自动调节和控制，改变发电机的粒子电流，根据发电机端口的电压给定值计算实际值，展开调节剂的电流输出，确保整体发电机电压的安全性和稳定程度。

励磁系统的构成。回步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流，励磁调节器根据输入信号和给定的调解准则控制励磁功率单元的输出，整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈闭环控制系统。

3 常见的水电站机组励磁系统故障

3.1 失磁故障

在实际运行过程中，励磁系统可以结合现代先进的生产技术，如果在实际运行过程中，发生失磁故障则有可能会导致转子电压下降，录波可以对这种下降值进行记录，让电压值产生一定的变动，在启动录波的时候，在一定的速率状态下电压会持续下跌，最终变为负值状态，如果转子电压下降之后，电压与电流会产生剧烈的碰撞和摇摆，继而发生保护动作[1]。工作人员在查验电流时如果发现开关节点出现晃动情况，说明电阻值在这时有可能会提升，触发逆变灭磁，于是产生了灭磁故障。为了防止出现故障，导致危险性有所增加，工作人员可及时检查开关的接点情况，还要做好定期的辅助检查，确保安全可靠，防止发生失磁事故。

3.2 熔断器爆炸

熔断器爆炸是较为常见的一种粒子故障，水电站发电机组如要进行升温试验，在操作停止后需要对室外爆炸的情况进行检查并控制，如果水电机组发生跳闸事故，工作人员要全盘检查问题之所在，针对励磁系统和调速系统共同进行检查，包括主变回路、高压熔断器，如发现问题或爆炸现象时需要通过试验来检查自身是否正常，判定为熔断电流低于额定值，达不到预期的高度。为了防止这类故障问题产生，要对励磁系统展开全方位的检查，对不合格的器件进行更换，让熔断器的容量不断增大。

3.3 自复励式励磁故障

该类型的故障较为常见，并且日常维护难度较大，工作量大，静态电压调节精度较高，如果发生短路故障可以提供电流补偿，产生强力电流[2]。传统水电机组利用双灶组电抗分流粒子系统容易处在电压失衡状态，让并网无功负荷提升，减小电流量，容易出现问题，无法为发电机组进行持续稳定的供电。在观察后可发现，副绕组和主绕组如果相继出现问题和错误可能会增加机组的无功负荷，使电流量减小。为有效解决这一问题，相关工作人员要对正绕组和副绕组的位置错误展开纠正，提升检修整体质量。

3.4 整流电源问题

在可控硅机组中，如果发现机组启动之后发生电机不起压情况，需要对机组外部条件展开全方位的检查，查看有无异常现象，装置有无报警记录。同时，工作人员可初步对装置电气回路的故障进行判断，查看是部分的问题还是整流电源故障，检查过程中可采用排除法，先行检查粒子调节器的电气回路是否处在正常的运行状态之下。同时，工作人员还应检查可控硅电源是否出现错误，如果电源输入闸刀发生断裂的现象，那么励磁电压就难以同步建立电压回路，故障信号的报警灵敏程度会有所下降，无法对此发出警报信息[3]。工作人员应对这种情况时要对可控硅电源断裂匝道进行更换，做好同步试验检测工作，如果检测正常，可以继续投入使用。

3.5 桥式整流器问题

目前，水电机组的核心环节是微机励磁和电子调节器励磁，其中的核心部分是可控硅三相交流电源，同时包括半控整流桥。这些控制方式围绕着电气调节器的设计来开展，激发出发电机组的励磁绕组，让磁场电流顺利地产生。发电机处在发电状态中负荷量过大，发电状态下会产生长期的发热现象，因此需要安装鼓风机展开制冷降温，长期高负荷作用和状态之下，外部因素出现不稳定情况，可能会对整流桥壁上整流硅管进行冲击。需要主要的是，整流桥出口和续留管都是故障高发位置，一般来说硅管烧坏的时候会通过快速熔断器发出信号，但是也存在部分未发出信号的情况，因此当这种问题产生时相关工作人员需要展开停机检查，必要时可采用万用表和示波器进行检测，找出内部存在损坏的部件，及时修理或更换。

4 水电站机组励磁系统故障应对策略与建议

4.1 做好日常的运行管理

工作人员在水电机组日常运行的维护过程中，要对发电机组的运行状态异常情况做好日常检查工作，同时在汛期要对发电机组的温度温差情况进行查验，如果发现温度异常情况要展开内部监测，对其数据进行比较和分析。在对故障进行维修后，工作人员还要查看内部励磁柜是否存在污垢，清洁程度如何消除，并且要检测发电机组的运行状态和运行方式是否正常，以及比较功率进相和迟相，如果发生异常的情况需要及时调整和变化，对发电机组的运行方式进行调整，这样才能方便故障机组在维护之后处在正常的状态。

4.2 做好后期维护

为了让水电站发电机组处在正常运行状态中，励磁系统要充分发挥其固有的性能，还应维护水电站励磁系统的稳定性。励磁设备维护工作较为复杂，因此必须重视脉冲线绝缘防护工作，因为可控硅击穿故障主要是由于脉冲线穿入高压导致的问题，所以要检查可控硅的冲线情况，查看是否绝缘，并且工作人员需要在脉冲线之上放置绝缘管套，防止再次进行高压窜入。与此同时，在日常进行维修和检查时要清理粉尘，因为励磁设备的可控硅和脉冲元件容易发生粉尘堆积现象，粉尘一旦堆积会导致接头之间发生绝缘或短路，也可能会产生放电故障。

此外，元器件的引线如果发生灰尘堆积现象也容易造成短路事故。如果灰尘量较大，容易堵塞风道，并不利于功率柜的散热，针对这一情况需要对整流柜的滤网展开定期检查并更换，通过内窥镜的扫描观察柜内灰尘情况，方便设备后期打扫，确保柜内保持干净整洁。除此之外，如果励磁系统频繁发生故障，应当调整保护动作，设定为5s启动时间，起到保护的效果，同时工作人员要加强对励磁变限时间的速断保护，快速切除故障部位，防止事故进一步扩大。

4.3 励磁绕组逆变灭磁

如果工作人员发现发电机的灭磁功能出现异常情况，则需要减小发电机和电网的磁场。通过灭磁电阻的释放，工作人员可利用可控硅强力面展开灭磁，也可利用非线性电阻灭磁对励磁电流进行控制。在逆变磁转为逆变角时，整流桥工作状态可以变为逆变状态，让转子励磁绕组能量产生正常的消耗，一般而言，逆变现象容易有一定的失败概率，如可控硅的分配不精准、回路出现问题等，这些情况都会让阻断能力产生消失的情况，并且容易导致交流电源出现异常，或者使励磁变压器位置产生错误，在逆变时产生电压过低或缺陷等一系列问题，导致运行受到影响。

4.4 上电检查与更换处理

相关工作人员需要对励磁系统重新上电，在确认励磁调节器恢复到正常状态之后针对剩下的整流柜展开小电流试验，在试验过程中需要运用到分段逻辑，对灭磁和过压回路展开检查，查看开关分闸等回路是否正常。同时，工作人员还需要对励磁变压器展开与试验，做好绝缘检查和耐压检查，确保励磁系统恢复到正常的运转状态之中。然后机组需要重新启动开机，展开零起升压试验、升温试验和空载试验，如果试验结果正常，那么该机组就可以恢复正常运行。

4.5 爆裂故障与非全相运行

熔断器发生爆裂故障也是较为常见的现象，一般而言，机组运行结束后工作人员会听到控制室发出响动，这种响动就意味着跳闸现象可能会发生，如果这部分环节出现异常情况，要立即采取紧急操作，对设备电流进行切断，检查励磁系统的熔断器是否正常。同时，还需注意的是，励磁系统中的三相熔断器也经常会出现爆裂，发生裂痕。为了防止该类问题的发生，在机组停止运行之后相关工作人员要对各个部位进行检查，如果发现问题要更换元器件，方便后续机组运行。

非全线运行则指的是机组在启动之后，发电机在一段时间之内会不断地升高电压，直到归零。这部分的原因主要是风机发生故障导致的，因此在维护和检修过程中，要关注自动逆变器的状态条件有无发生变化，检查声响的来源，随后要测量发电机定子和转子的数值，如果发现该系统仍然处在相对较为稳定的状态，则还需要进行相关的开关检测，开关箱内的动触头连杆螺丝如果发生丢失，会影响到开关的合理性和有效性，造成电压出现问题。针对该类故障，工作人员要快速找到故障发生的原因针对性处理，并且采取相关措施展开检修和后续维护。

5 结语

综上所述，励磁系统是水电站机组运行中不能缺少的一个部分，为提高水电站机组的运行质量，确保供电的安全性，必须对励磁系统所涉及的设备进行检查，其中任何一个环节出现问题和故障都会影响到该系统作用的发挥。在实践过程中，相关工作人员要整理该系统常见的故障类型并做好记录，针对相关故障现象及时判断故障位置，采取行之有效的措施进行修复。此外，工作人员还要加强对励磁系统的日常监督和管理，制定完善的设备管理日常制度，做到防患于未然。