水輪發電機勵磁調節器故障的處理

□于朝光（遼陽湯河發電廠）

0 前言

水輪發電機勵磁裝置是水輪發電機控制系統的重要組成部分，它一般由勵磁功率單元和勵磁調節器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向發電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調節器則根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出。在同步電機勵磁系統中，勵磁調節器的主要任務是實現對勵磁主電路的自動控制，以達到對同步電機勵磁電流預期的調節值。簡單地說就是在負荷變化引起發電機輸出電壓不穩定時，自動調節穩定發電機的輸出電壓。

1 問題的提出

湯河發電廠共裝有兩臺機組，其中2號機組單機容量630kW，設計流量2.3m3/s。利用為下游工礦公司提供的工業用水進行發電。機組運行20多年，設備已經老化，水輪機性能落后，且由于供水限制，致使發電機的出力只能達40%至60%左右，一直處于較低的水平，既影響機組壽命又增加了機組維修的難度，為使經濟效益最大化，湯河電廠決定將其更換為更適合的250kW水輪發電機，設計流量1.1m3/s。技改工作基本完成后，開始進入調試階段。機組開機后進行勵磁調節，正向轉動勵磁調節器旋鈕，突然勵磁電壓和定子電流急速攀升，經過多次調整仍然無法準確調節勵磁電壓和定子電流達到額定值，給機組的正常發電帶來困難。

2 問題原因分析

根據經驗初步判斷很可能是勵磁系統出了問題，通過仔細分析，并參照勵磁裝置控制原理圖進行逐一比對，在查找過程中重新對設備進行了梳理，經過一番校對后仍沒有發現問題所在。隨著對疑點一步步排查，最后將問題點鎖定在勵磁調節器上，于是參看勵磁調節回路展開圖（圖1），通過對勵磁調節回路的分析，知道勵磁電壓的變化是通過調節滑動電阻的阻值來完成的。隨著調節電阻的阻值增加，勵磁電壓也隨之上升。判斷結果是由于控制調節電阻‘1W’的調節行程過短。于是將勵磁調節器的調節電阻拆除，對其進行手動增量模擬，通過仔細觀察發現勵磁調節器的控制調節電阻‘1W’通過旋鈕單圈調節增阻的行程超過一周，只要旋鈕稍加一些正向旋轉，控制調節電阻‘1W’的行程就相當于走了半周左右，即調節端雖然是短距離位移，但其電阻值卻迅速增大，因為無法微調，所以直接導致了勵磁電壓和定子電流的急速上升，從而造成勵磁電壓快速波動，機組不能正常發電。

圖1 局部勵磁回路原理圖

3 解決方案

將勵磁調節器的控制調節電阻拆卸下來，利用萬用表測定了廠家配套的調節器控制調節電阻‘1W’。經測量‘1W’實際阻值為2KΩ。通過多次手動增量模擬，知道了由于旋鈕調節電阻的行程過大，導致電阻阻值迅速增加才造成勵磁電壓快速波動。根據上述原因，提出兩種解決方案：

方案1:勵磁調節器無法微調的原因主要是調節電阻行程過大造成的，因此提出可以通過改變電阻行程來達到糾正勵磁調節器的調節作用。通過對拆卸下來的‘調節部分’進行觀察研究，發現原廠配套的‘1W’為滑動調節電阻，電阻為繞阻式，滑片每次的滑動行程無法改變，也就是說旋鈕每旋轉一次，電阻行程固定不變，電阻阻值也固定不變。但經過多次努力調節試驗仍然無法達到預想狀態，于是放棄了第一種方案。

方案2：考慮到原勵磁電位器調節電阻較小，調節范圍卻很大，但不能滿足在額定勵磁電壓范圍內調節的要求，那么能否通過增加阻值來達到微調電阻的目的呢？從理論上講這是可行的，如果再另行增加一組滑動調節電阻難度也很大，于是決定在原來的滑動調節電阻兩側各增加一組固定電阻以增加阻值。然而增加的電阻阻值不能太大也不能太小，太小調節波動仍然很大，太大則相當于縮小了調節能力仍然不能滿足要求。通過‘1W’阻值2KΩ對比參照，決定增加阻值為1KΩ的電阻進行試驗，這樣既不會讓阻值過大，又能基本滿足調節要求。由于原630kW機組勵磁調節器電阻值剛好為1KΩ，也能滿足靈敏調節勵磁電壓的要求，因此決定利用原630kW機組勵磁調節電阻連接現有‘1W’調節電阻兩側。于是在原調節電阻兩端分別焊接一個與調節電阻近似功率的500Ω電阻。焊接完成后，其滑動調節電阻的總阻值為3KΩ，與原調節電阻比較原調節行程相當于減少1/3周，可調節范圍仍然為2KΩ。將改進后的勵磁調節器的“調節部分”重新安裝在控制臺上。

4 試用結果

改進后的勵磁調節器的“調節部分”更換完成后，再次開機。起勵增壓開始微微旋轉勵磁調節器旋鈕，勵磁電壓緩慢加大，定子電流也穩步增加。原有的急速攀高現象消失，當勵磁調節器旋鈕轉至第8周時，勵磁電壓接近30.90V額定值，定子電流達到451A額定值，經過多次增減調試試驗，沒有出現勵磁電壓和定子電流的劇烈波動，機組可以正常發電，完全達到了靈活準確調節勵磁電壓和定子電流的預想效果。

5 結語

250kW水輪發電機組常年發電運行，經過一年多的試用，事實證明改進后的勵磁調節器完全滿足調節要求，同時也證明了該方法簡便可行、經濟實用。