水電站勵磁系統故障及處理

吳丹

【摘 要】在發電機運行過程中勵磁系統是重要的同步配套設備，良好的勵磁系統可以有效改善電力系統運行的穩定性和可靠性，根據發電機靜止勵磁裝置運行特點及運行狀況，本文就對勵磁系統在運行中出現的故障原因，故障類型進行判別，并提出相應的處理對策。

【關鍵詞】水電站；勵磁系統；故障處理

中圖分類號： TV738 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.014

【Abstract】The excitation system is an important synchronizing equipment during the operation of the generator. A good excitation system can effectively improve the stability and reliability of the operation of the power system. According to the running characteristics and operating conditions of the generator's static excitation device， the fault cause and the fault class in the operation of the excitation system are presented in this paper. Discrimination is carried out and corresponding countermeasures are put forward.

【Key words】Hydropower station； Excitation system； Fault handling

在水電站發電機中勵磁系統是其重要的組成部分，在發電機運行過程中主要發揮著調節發電機出口電壓及無功功率的作用，通過向發電機轉子提供可調勵磁直流電源，對發電機機端電壓恒定進行控制，滿足發電機運行和發電需要，提高電力系統穩定性。因此提高勵磁系統運行的安全性和穩定性具有重要作用，同時也需要不斷提高勵磁設備檢修試驗技術，從而提高電力系統暫態穩定性。隨著機電保護技術水平的提升，開關動作速度加快，勵磁系統在水電站發電機中的應用提高了強勵快速恢復的能力，同時具有快速響應特性，從而保障了系統運行穩定。在運行過程中，系統運行是否穩定還受到多方面因素影響，導致勵磁系統故障問題發生，對于機組安全與經濟性都帶來了一定的影響。本文就對水電站勵磁系統故障問題進行分析，并提出相應的處理和解決對策，確保發電機組運行正常。

1 水電站勵磁系統

水電站勵磁系統主要是由勵磁電源及其相關設備所組成，包括勵磁調節器、勵磁功率單元等，根據所接受與采集信號來輸出勵磁控制單元信號。勵磁電流是由發電機轉子所產生，確保勵磁系統運行穩定，即保護電網系統及水力發電機組運行的穩定性[2-3]。自并勵可控硅勵磁系統的組成部分包括有直流滅磁開關柜、勵磁變壓器柜、輔助柜、交流隔離開關柜等所組成，一般情況下勵磁調節器是通過自動電壓調節控制的方式來改變發電機的勵磁電流，根據發電機機端的電壓給定值與實際值之間的偏差來作為調節器輸入，從而確保發電機電壓的穩定性。

2 勵磁系統故障

2.1 失磁故障

勵磁系統在實際運行中與現代先進技術相結合，在實際運行中如某處發生失磁故障，則會由錄波對故障發生時轉子電壓下降突變量進行記錄，使電壓值產生較大的波動，在啟動錄波時經一定速率后電壓會不斷下降，最終變為負值，當轉子電壓下降后電壓與電流會發生劇烈搖擺，產生保護動作。當工作人員在檢查勵磁電源交流側開關后，如發現開關輔助節點發生松動等情況，開關接觸電阻值會增加，勵磁系統發生逆變滅磁，產生滅磁故障。為避免滅磁故障的發生，應及時檢查開關接點處是否發生故障問題，并對輔助節點進行定期檢查，確保節點可靠性，從而更好的防止失磁故障的發生。

2.2 熔斷器爆裂故障

在水電站發電機組溫升試驗后停止操作，對室外爆炸控制后水電機組發生跳閘故障，工作人員迅速對故障問題進行檢修，檢修部位主要是對勵磁系統和調速系統，檢查內容包括勵磁變回路和主變回路，如勵磁變相高壓熔斷器發生爆裂，在熔斷器檢查試驗后，如熔斷器自身存在有質量問題，熔斷電流則遠遠低于額定電流值的大小，為了有效解決該類故障問題，應對勵磁系統進行檢查，或更換熔斷器，加大熔斷器的容量。

2.3 自復勵式勵磁故障

在自復勵勵磁系統中線路復雜，在日常維護中存在較大的難度，且工作量十分龐大，在靜態電壓調節中精度高，當短路故障發生時可以提供電流補償，提供強勵電流。在水電站中一般采用雙繞組電抗分流勵磁系統，當機組在運行過程中電壓三相處于不平衡的狀態，同時并網無功負荷增加，電流減小，難以為發電機的運行提供電。經過檢查后發現為副繞組與主繞組出現相序錯誤，增加了機組的無功負荷，減小電流，為此就要改正正繞組和副繞組的相序錯誤問題，提高驗收與檢修質量。

2.4 整流電源故障

當某水電站在可控硅自并勵機組中，發現機組砸啟動后發生電機不起壓的問題，在對機組外部條件進行檢查后無異?，F象，裝置無報警，可以初步判斷與分析為裝置電氣回路故障問題，或是整流電源故障。為此就要排除這一故障問題，首先檢查勵磁調節器的電氣回路，當無異常情況則可以排除第一種問題。再檢查可控硅電源，如電源輸入閘刀相發生斷裂，則難以同步建立勵磁電壓，電壓回路故障信號的報警靈敏度降低，難以及時發出報警信息、為此工作人員應更換可控硅電源斷裂閘刀，并同步進行試驗檢測，如檢測正常則可投入使用。

2.5 橋式整流器故障

目前在微機勵磁和電子調節器勵磁中其核心部分為可控硅三相交流全控整流橋，或是半控整流橋，這兩種控制方式都是圍繞著電氣調節器勵磁來進行設計的。而可控硅整流橋中主要是負責將蒸餾變壓器所接受的交流電轉換為大小可控制直流電，來對發電機的勵磁繞組來進行激勵，并產生磁場。在發電機發電時，尤其是在滿負荷發電狀態下所通過電流較大，因此也會產生較大的發熱現象，因此需要裝風機來進行制冷。在長期高負荷作用下以及外部不穩定因素沖擊下，整流橋臂上整流硅管，以及整流橋出口續流管都是整流器故障多發點與高發點，在通常情況下硅管燒壞時快速熔斷器會發出信號，但在硅管燒壞快速熔斷器并未發出信號的情況也較多，當這種情況發生時需要進行停機檢查，需要采用萬用表與示波器來進行檢測，從而找出損壞部件，進行更換。

3 水電站勵磁系統故障處理對策

3.1 運行措施

在水電站發電機組的日常運行中，工作人員應定期檢查發電機組的運行狀況，并重點檢查發電站的勵磁系統運行情況，如在汛期發電機組發電過程中，對勵磁系統溫度變化情況進行觀察，根據監測系統比較系統的監測結果，在機組維修檢查后，和檢修人員對勵磁功率內部加以檢查，觀察勵磁功率柜內部是否整潔，干凈[8]。其次，當機組故障在消除后，還要對發電機組運行方式進行合理的安排，勵磁系統在重要設備更換后，在對機組無功、進相與遲相運行調整后，對其變化情況應進行觀察，與其他機組運行狀況進行比較，定期調整機組的運行方式，以便于故障機組在圍護后運行正常。

3.2 維護措施

為確保水電站發電機組運行正常，勵磁系統性能得到充分發揮，還要加強對水電站勵磁系統的維護，在勵磁設備維護中首先要加強對脈沖線絕緣防護，由于可控硅擊穿主要是由于脈沖線竄入高壓所導致，在事后對可控硅脈沖線進行絕緣檢查，并在脈沖線上設絕緣套管，從而避免高壓竄入的發生。其次，在日常維護中還要對勵磁設備定期除塵，由于可控硅與脈沖變等一些元件容易積塵，從而容易引起接頭之間發生絕不短路或是放電故障，在元器件引線積塵后也容易造成接頭之間發生短路故障，如灰塵量過大，還會導致風道堵塞，不利于功率柜散熱。為此需要對整流柜濾網進行定期更換，同時可以通過內窺鏡來對柜內積塵情況進行觀察，便于對設備定期清掃，確保柜內通風環境良好[9]。最后，在勵磁系統發生故障后，勵磁變過流保護動作有5s的整定時間，難以起到保護作用，為此應增加對勵磁變限時速斷保護，確保可以將故障迅速切除，限制事故發展。

3.3 勵磁繞組逆變滅磁

如果發電機滅磁功能不正常，在發電機和電網解列后應將勵磁繞組磁場盡可能的減小，通過對滅磁電阻進行釋放，同時采用可控硅橋逆變滅磁與非線性電阻滅磁等方式，通過逆變來使勵磁電流降低。當逆變滅磁退到逆變角后，整流橋的工作狀態從整流過渡到逆變狀態，使轉子勵磁繞組能量消耗。而逆變失敗的因素較多，如可控硅分配脈沖不準確，回路不可靠等，使阻斷能力消失，并導致交流電源產生異?，F象，勵磁變壓器相序、相位發生錯誤，在逆變時產生電壓過低、缺相等問題，換相裕度角不足，元件不能關斷等，導致后續元件不能開通。

4 結語

在水電站發電機組日常運行中勵磁系統運行的安全性與穩定性十分重要，對于發電機組及水利系統整體的穩定性和安全性具有重要意義。為此工作人員應加強對水電站勵磁系統故障的全面掌握，當故障發生時可以找到故障發生原因，故障位置等，并對其進行詳細記錄，做好故障的應對和處理措施。

【參考文獻】

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