勵磁系統故障分析與維修

張嶺輝ZHANG Ling-hui

（邢臺市朱莊水庫管理處，邢臺 054000）

（Zhuzhuang Reservoir Management Office of Xingtai，Xingtai 054000，China）

本站水輪發電機型號為SFWJ630-6/990，勵磁機為交流無碳刷勵磁機，型號為IFLW3-22/368 勵磁系統由plc控制，投入運行時間為2002-6，出現故障現象為開機過程中勵磁電壓不穩定，勵磁電壓在100-200v 之間搬動，不能達到額定電壓400v，同時伴隨的是交流勵磁機中出現環形火花。根據以上所述情況，做出了以下幾個判斷：①交流勵磁機出現故障。②勵磁系統電路中元件損壞或接觸不良。③勵磁系統核心模塊s7-200 損壞或勵磁模塊程序出現錯誤。首先對交流勵磁機進行處理，由于猜想是不是由于出現火花才導致勵磁電壓不穩定進而不能達到額定電壓，由交流勵磁機是旋轉電樞式，即交流勵磁機的電樞是旋轉的，而磁場繞組是固定的，且交流勵磁機的電樞和發電機的轉子繞組即磁場繞組是同軸的，所以交流勵磁機電樞和發電機勵磁繞組是同步的，這樣交流勵磁機電樞產生的電經過整流后直接送入到發電機轉子中。所以對勵磁機的繞組進行絕緣系數測量判斷是否燒損或者接地。在測量時發現勵磁繞組上有大量塵土。隨即進行低壓風進行清理，開機測試勵磁機外火花現象消除，勵磁電壓依然不穩達不到額定電壓，排除勵磁機問題。

經觀察在勵磁開關投入時，繼電器不能接和，接觸器接觸開關接觸以后不能跳出，對接觸器，繼電器，進行單獨檢測沒有問題。我們對plc 勵磁系統進行交流勵磁工作的穩定波形圖進行測量。波形圖存在時而正常時而不正常。進而分析勵磁機控制元件及勵磁系統硬件存在故障或接觸不好問題，相繼分別對控制元件電阻、電位器、濾波器、進行單獨分離進行檢測都沒有問題。在拆除可控硅時波形圖出現正常波形，判斷可能是可控硅有問題，隨即對可控硅進行觸發實驗，檢測沒有問題，在可控硅與其它接觸面上存在一層綠色物質，可能是影響良好接觸的問題所在，處理問題，勵磁工作波形圖都顯示正常，開機勵磁問題依然存在。經過以上的工作，基本確定問題出現在勵磁系統核心元件S7-200plc 上。經回憶以前出現過勵磁電壓不穩達不到額定電壓的情況，當時以為天氣溫度過高，用風扇降溫問題解決，現在分析，應該是可控硅和其散熱片接觸不好導致溫度過高進而導致勵磁工作不穩定所致。所以，在運行過程中如果出現異常問題應該及時溝通廠家進行解決，避免導致核心部件損壞。

以下我們對勵磁核心元件和勵磁系統程序進行分析找到問題，先看下勵磁系統的結構、硬件與工作原理。CPU模塊中的存儲器功能：存儲系統程序（操作系統）&用戶程序、隨機存取存儲器（RAM）—斷電易失、只讀存儲器（ROM）—存放系統程序、可編程只讀存儲器（EEPROM）—存放用戶程序。輸入模塊功能：將現場的按鈕、開關或傳感器等信號、轉換成PLC 內部可處理的標準信號。分類：直流輸入接口、交流輸入接口、交—直流輸入接口。電路：光電耦合電路、RC 信號濾波電路（延遲時間可調）。輸出模塊功能：將PLC 內部標準信號轉換為現場執行機構需要的電開關量。晶體管型輸出接口—直流負載、無觸點、響應快、繼電器型輸出接口—交、直流負載、有觸點、有延時。運行狀態循環過程讀取輸入—執行用戶程序—智能模塊通信—通信信息處理—自診斷檢查—修改輸出。讀取輸入：將外部數字了輸入電路的狀態（ON/OFF）讀入輸入過程映像寄存器。執行用戶程序：用戶程序由指令組成，指令在存儲器內順序排列，CPU 從第一條指令開始，逐條順序執行用戶程序，程序執行階段，外部輸入信號的變化不影響輸入寄存器中的狀態。通訊處理：CPU 通過通信接口與其它設備（如編程器）交換程序、數據等。CPU 自診斷測試：監測主機硬件、各模塊狀態是否正常。改寫輸出：程序執行完，刷新輸出過程映像寄存器，將輸出寄存器中的狀態送到輸出模塊，經輸出模塊放大后送給負載。中斷程序處理：中斷發生后，CPU 停止正常的掃描工作方式，立即執行中斷程序。立即I/O 處理：讀入輸入點時，相應的輸入寄存器值不更新改寫輸出點時，相應的輸出寄存器值不更新。掃描周期：執行一次掃描操作所需的時間。

了解了勵磁系統的結構和原理，依次檢測更換各個模塊，沒有發現問題，拆除S7-200 勵磁系統上軟件控制接口，手動電升壓降壓，一切正常，問題出在cpu 核心模塊上，聯系廠家更換cpu 核心模塊，更換此模塊不但需要換模塊，模塊里程序應重新寫（此勵磁系統跟調速器控制系統兼容問題），此程序沒有備份，廠家推薦更換整套勵磁系統，計算性價比及無人值班運行穩定性，更換勵磁裝置為XLS-WS 微機智能勵磁控制器，勵磁正常。

[1]劉忠源.同步電機可控硅勵磁系統[M].河南：華北水利水電學院，1987.

[2]西門子公司.s7-200 可編程序控制器系統手冊[k].西門子公司，2003.

[3]任振輝，馬永鵬，劉軍.電氣控制與PLC 原理及應用[M].水利水電出版社，2008.