水電站勵(lì)磁系統(tǒng)故障原因及對(duì)策

周加慶

（大唐四川水電開發(fā)有限公司，成都 610091）

勵(lì)磁系統(tǒng)作為水電站發(fā)電機(jī)的重要組成部分，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)承擔(dān)著調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出口電壓和機(jī)組無功功率的任務(wù)。水電站勵(lì)磁系統(tǒng)故障會(huì)直接影響到水電機(jī)組的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致水電機(jī)組停運(yùn)、水庫棄水等事件發(fā)生，本文將對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障及其原因、對(duì)策進(jìn)行介紹。

1 水電勵(lì)磁系統(tǒng)概述

水電站勵(lì)磁系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流電源和相關(guān)的附屬設(shè)備，主要由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁功率單元組成。勵(lì)磁調(diào)節(jié)是根據(jù)設(shè)定好的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則，通過采集接受的信號(hào)最終實(shí)現(xiàn)控制勵(lì)磁單元的輸出。勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生，勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可以保障電力系統(tǒng)并網(wǎng)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定。

通常對(duì)于水電機(jī)組來說，根據(jù)機(jī)組的容量不同，其勵(lì)磁方式也不同。容量大于500kW 的機(jī)組勵(lì)磁方式采用自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁，小于500kW 的水電機(jī)組勵(lì)磁方式為雙繞組電抗器分流自復(fù)勵(lì)方式，投產(chǎn)較早的水電機(jī)組勵(lì)磁方式為永磁副勵(lì)磁機(jī)和交流側(cè)串聯(lián)相復(fù)勵(lì)方式。

自并勵(lì)靜止可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)的組成包括勵(lì)磁變壓器柜、交流隔離開關(guān)柜、整流柜、直流滅磁開關(guān)柜、直流隔離開關(guān)柜、非線性電阻柜、輔助柜、調(diào)節(jié)柜。正常情況下勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)（AVR）控制方式。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)（AVR）控制是通過調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)器的輸出來改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，該調(diào)節(jié)器的輸入為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和電壓給定值的偏差。最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)端電壓的穩(wěn)定。具體調(diào)節(jié)原理如圖1所示。

圖1 某水電站勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR 控制原理圖

2 水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障分析及對(duì)策

2.1 失磁

1）原因分析

（1）通過查找保護(hù)動(dòng)作時(shí)的記錄和錄波發(fā)現(xiàn)，失磁故障發(fā)生時(shí)錄波顯示轉(zhuǎn)子電壓下降的突變量起動(dòng)。

（2）由錄波起動(dòng)開始，56ms 后轉(zhuǎn)子電壓下降至0.400ms 轉(zhuǎn)子電壓變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)電流和定子電壓擺動(dòng)劇烈，1280ms 失磁保護(hù)動(dòng)作。

（3）在經(jīng)過仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁功率電源的交流側(cè)開關(guān)S111 的輔助接點(diǎn)松動(dòng)，該節(jié)點(diǎn)松動(dòng)造成接觸電阻偏大，從而出現(xiàn)失磁故障。由于該點(diǎn)的松動(dòng)導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁后出現(xiàn)失磁。

2）處理對(duì)策

（1）為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)的故障，在S111開關(guān)輔助接點(diǎn)處增加一個(gè)故障監(jiān)控錄波器加強(qiáng)監(jiān)控。

（2）定期對(duì)勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)進(jìn)行檢查和緊固，提高勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)的可靠性。

2.2 整流電源故障

1）原因分析

某水電站采用的是可控硅自并激26MW 機(jī)組，機(jī)組起動(dòng)后發(fā)電機(jī)不起壓，檢查外部條件均滿足，勵(lì)磁裝置無異常報(bào)警。針對(duì)此現(xiàn)象可能存在的故障原因有：

（1）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流裝置電氣回路故障。

（2）整流電源存在故障。

采取措施對(duì)上述兩個(gè)可能的原因進(jìn)行了一一排除。首先檢查了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流裝置的電氣回路，檢查后未發(fā)現(xiàn)異常。接著對(duì)可控硅電源進(jìn)行了仔細(xì)檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)可控硅電源輸入閘刀B 相斷裂造成了整流電源缺相，從而使發(fā)電機(jī)起壓不成功。

勵(lì)磁直流助磁不投的主要原因是由于B 相斷裂造成勵(lì)磁同步電壓無法建立，同時(shí)由于同步電壓回路故障信號(hào)報(bào)警的靈敏度設(shè)計(jì)較低，使得無報(bào)警發(fā)出。

2）對(duì)策

（1）可控硅電源輸入B 相閘刀進(jìn)行更換。

（2）提高同步電壓回路故障信號(hào)報(bào)警的靈敏度，進(jìn)行試驗(yàn)正常后投入使用。

2.3 自復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁

自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)精度較高具有較強(qiáng)的電流補(bǔ)償作用，可在機(jī)端發(fā)生短路時(shí)提供強(qiáng)勵(lì)電流，缺點(diǎn)是由于電流補(bǔ)償?shù)淖饔萌菀讓?dǎo)致發(fā)電機(jī)空載并列運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定。

1）原因分析

圖2所示為某水電站雙繞組電抗分流勵(lì)磁回路接線圖。在機(jī)組大修后起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)出口電壓三相不平衡，在三組電壓中兩組為 400V，一組為380V。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后進(jìn)行機(jī)組無功負(fù)荷增加時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流越增越小，最后造成發(fā)電機(jī)欠勵(lì)磁運(yùn)行。

圖2 某水電站雙繞組電抗分流勵(lì)磁回路接線圖

進(jìn)行勵(lì)磁線圈的檢查后發(fā)現(xiàn)，主、副繞組相序接錯(cuò)，所以才會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁電流越加越小的現(xiàn)象。

2）對(duì)策

（1）提高檢修質(zhì)量，把好驗(yàn)收關(guān)。

（2）將主、副繞組相序改正。

2.4 勵(lì)磁變高壓熔斷器爆裂

1）故障過程

某廠水電機(jī)組在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組溫升試驗(yàn)完畢后進(jìn)行停機(jī)操作時(shí)，突然聽到控制室外一聲爆響，接著該機(jī)組跳閘。

2）故障檢查和原因分析

在故障發(fā)生后，立即進(jìn)行一次和二次系統(tǒng)檢查，對(duì)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行檢查，測(cè)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣，檢查勵(lì)磁變、主變一次和二次回路。

檢查后發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變B 相高壓熔斷器爆裂，調(diào)節(jié)器專用電壓互感器高壓側(cè)三相熔斷器全部炸裂。經(jīng)過對(duì)熔斷器進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)該熔斷器存在質(zhì)量問題，熔斷電流只有其額定熔斷電流的1/2 左右。

3）處理措施

（1）對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子，一次和二次系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查，防止類似事件再發(fā)生。

（2）將同類型、同型號(hào)的高壓側(cè)熔斷器更換為大容量熔斷器，同時(shí)保證是合格產(chǎn)品，進(jìn)行抽樣做試驗(yàn)檢查。

2.5 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行

1）故障過程

某水電站在機(jī)組起動(dòng)后發(fā)電機(jī)升壓時(shí)，電壓在升到額定值后迅速降至0，懷疑是風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致。為了排查原因，對(duì)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)起勵(lì)，同樣是電壓升高后迅速降至0。伴隨有異常聲音。測(cè)量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣均正常。單獨(dú)進(jìn)行發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁逆變的試驗(yàn)，機(jī)組出口開關(guān)拉至試驗(yàn)位置情況下對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓，發(fā)電機(jī)出口電壓能夠穩(wěn)定在額定電壓。同時(shí)對(duì)勵(lì)磁進(jìn)行逆變?cè)囼?yàn)，同樣也正常。

在將發(fā)電機(jī)出口開關(guān)推到工作位置的過程中有報(bào)警顯示母線B 相有金屬性接地。開關(guān)拉至試驗(yàn)位置后報(bào)警消失。由此可以判斷出是發(fā)電機(jī)出口開關(guān)故障導(dǎo)致。對(duì)開關(guān)出頭搖絕緣對(duì)地絕緣均正常，觸頭上下口之間絕緣B 相為0，說明B 相在合入位置。對(duì)開關(guān)B 相進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，該相動(dòng)觸頭連桿螺絲掉了導(dǎo)致開關(guān)在分開時(shí)實(shí)際并沒有分開。

2）原因分析

這是一起由于開關(guān)沒有斷開而引起的勵(lì)磁系統(tǒng)故障。在發(fā)電機(jī)升壓后，由于三相電壓不同期，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制脈沖被破壞，使得發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)逆變滅磁。發(fā)電機(jī)的非全相可能會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子線圈燒毀等惡性事故發(fā)生。

3）對(duì)策

（1）在操作發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)立即查閱相關(guān)報(bào)警記錄，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障原因。

（2）認(rèn)真做好開關(guān)的運(yùn)行和檢修工作，做好檢修后的各項(xiàng)驗(yàn)收和檢查、設(shè)備的傳動(dòng)和試驗(yàn)工作。

3 結(jié)論

本文對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行了介紹，并分析了其發(fā)生的原因，提出了相應(yīng)的對(duì)策。勵(lì)磁系統(tǒng)在故障發(fā)生時(shí)，要及時(shí)查閱相關(guān)報(bào)警記錄和操作記錄，判斷出相應(yīng)故障發(fā)生的位置。在設(shè)備檢修過程中要把好關(guān)，認(rèn)真進(jìn)行試驗(yàn)和檢查，把好驗(yàn)收關(guān)，防止設(shè)備在投運(yùn)過程中出現(xiàn)故障。勵(lì)磁系統(tǒng)作為水 電站的重要系統(tǒng)，其安全運(yùn)行直接影響到機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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