淺談火力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障

韓永強

摘要：在火力發(fā)電廠發(fā)電機系統(tǒng)中，勵磁系統(tǒng)是重要組成部分，作用在于提供可進行調(diào)節(jié)的直流電流，確保機端電壓穩(wěn)定，從而滿足發(fā)電機運行要求。但勵磁系統(tǒng)在運行時由于受到諸多內(nèi)外因素的影響常出現(xiàn)一些故障，影響其作用的發(fā)揮。為此，有必要分析并掌握火力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障類型與產(chǎn)生原因，為故障防治提供參考。

關鍵詞：火力發(fā)電廠；發(fā)電機；勵磁系統(tǒng)；常見故障

1、火力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述

1.1基本結構

為了實現(xiàn)機械能或者其他能量與電能的相互轉換，同步發(fā)電機需要有一個直流磁場，直流電流為發(fā)電機提供所需要的直流磁場，提供直流電流的系統(tǒng)就是勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。而提供直流電的方式又分為直流發(fā)電機供電、交流發(fā)電機供電和無勵磁機三種。其中，無勵磁機是指在勵磁方式中不設置專門的勵磁機，而通過發(fā)電機本身獲取勵磁電源，經(jīng)過整流后再供給發(fā)電機本身勵磁，該方式被稱為自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁又分自并勵和自復勵2種方式，自并勵方式通過接在發(fā)電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機勵磁，這種勵磁方式的優(yōu)點是結構簡單、設備少、投資省和維護工作量少。自復勵方式的勵磁電源由電壓源和電流源疊加而成。其中，并聯(lián)在機端的勵磁變壓器與串聯(lián)在發(fā)電機中性點的勵磁變流器（SL稱串聯(lián)變壓器）的二次繞組在交流側相串聯(lián)，然后經(jīng)可控硅整流后，供給勵磁繞組。這種勵磁方式的勵磁功率不僅取決于定子電流和電壓，而且取決于電壓和電流間的相角差。

1.2主要功能

勵磁系統(tǒng)能否正常運行對發(fā)電機的穩(wěn)定運行有直接的影響。勵磁系統(tǒng)主要功能有：（1）維持發(fā)電機端電壓在給定值，當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)磁場的強弱來恒定機端電壓。（2）合理分配并列運行機組之間的無功分配。（3）維護電力設備安全運行。在正常運行及事故情況下，能提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。在短路故障期間以及故障切除之后，性能良好的勵磁控制系統(tǒng)可以盡量維持電力系統(tǒng)的電壓、加速電壓的恢復，從而有利于維護電力設備的安全運行。除此之外，勵磁系統(tǒng)還能提高帶時限的繼電保護裝置的工作靈敏性和動作準確性（4）提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中，勵磁電源取自發(fā)電機機端。同步發(fā)電機的磁場電流經(jīng)由勵磁變壓器、可控硅整流器和磁場斷路器供給。勵磁變壓器將發(fā)電機端電壓降至整流單元所需的輸入電壓。滅磁回路主要由磁場斷路器、滅磁電阻和晶閘管跨接器組成。除勵磁調(diào)節(jié)器外，一些接口電路如快速輸入/輸出模塊和功率信號接口模塊也被用來提供測量和控制信號的電隔離。

1.3調(diào)節(jié)和控制算法

（1）PID調(diào)節(jié)及算法。PID調(diào)節(jié)器是應用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，但相對穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。（2）PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）。在正常運行條件下，以發(fā)電機端電壓為負反饋量的發(fā)電機閉環(huán)勵磁調(diào)節(jié)器是穩(wěn)定的，當轉子功率角發(fā)生震蕩時，勵磁系統(tǒng)提供的勵磁電流的相位滯后于轉子功率角。在某一頻率，當滯后角度達到180°時，原來的負反饋變?yōu)檎答仯瑒畲烹娏鞯淖兓M一步導致轉子功率角的震蕩，即產(chǎn)生了所謂的“負阻尼”。PID調(diào)節(jié)主要是針對電壓偏差信號而設計的，它所產(chǎn)生的超前相位頻率未必與低頻震蕩頻率同相，即未必能滿足補償負阻尼所需的相位。此外，在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中為了控制電壓，必須連續(xù)地對電壓偏差進行調(diào)節(jié)，因此無法區(qū)別阻尼轉矩為正值還是負值，難以顧及發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)及保證阻尼轉矩為正值的要求。因此，PID調(diào)節(jié)方式對于抑制系統(tǒng)低頻震蕩的作用是有限的。PSS是在自動電壓調(diào)節(jié)的基礎上，以轉速偏差、功率偏差、頻率偏差中的一種或兩種信號作為附加控制，其作用是增加電力系統(tǒng)震蕩的阻尼，以增加電力系統(tǒng)動態(tài)的穩(wěn)定性。

2、火力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障及處理

火力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在運行中，常見的故障現(xiàn)象有：發(fā)電機無法起壓、發(fā)電機失磁、汽輪發(fā)電機轉子兩點接地。上述勵磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成火力發(fā)電機在運行中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，極大的影響了發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。下面針對上述問題在發(fā)電機運行中的具體體現(xiàn)，以及造成的影響及處理進行簡要的分析研究。

2.1發(fā)電機無法起壓

發(fā)電機運行中如勵磁系統(tǒng)缺少剩磁，則在系統(tǒng)運行的過程中無法建立勵磁電壓，該類現(xiàn)象下則造成發(fā)電機在啟動運行中達不到起壓效果。具體分析在發(fā)電機運行中發(fā)電機無法起壓，勵磁系統(tǒng)缺少剩磁主要的原因為剩磁過少，并且由于設備維修中接線錯誤，造成設備啟動瞬間電流傳輸造成了剩磁消失現(xiàn)象，最終因剩磁消失造成發(fā)電機在運行中無法建立電壓。為此，在發(fā)電機檢修時，勵磁回路的接線必須正確，檢修過程中要在拆下的線頭上掛標示牌，以免接錯勵磁回路。另外，在進行通直流電測量電阻試驗時，要將勵磁回路斷開，等待測量完畢再重新接通。如果有不能斷開的情況發(fā)生，則必須注意通入直流電和勵磁器正負方向要保持一致。其次要檢查發(fā)電機是否起勵、起勵電源是否正常、勵磁變運行是否良好、功率柜工作是否正常、整流橋觸發(fā)脈沖切除開關是否斷開等。

2.2發(fā)電機失磁

發(fā)電機失磁是指發(fā)電機在運行過程中由于失去勵磁電流致使轉子磁場消失的現(xiàn)象，發(fā)電機失磁往往都是因為勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障導致的。發(fā)電機失磁故障出現(xiàn)時會伴隨以下現(xiàn)象：轉子電流表指針指向0（發(fā)電機轉子回路斷開）或接近0（勵磁回路開路，有剩磁殘留）的位置，校正器電流增大；定子電流顯著增大并擺動；發(fā)電機端電壓及母線電壓較小并擺動；無功表指示到負值區(qū)域，有功表指示降低并擺動；轉子電壓表指示異常；功率因數(shù)進相；汽輪機轉速增大、頻率略有增加等。發(fā)電機失磁故障的出現(xiàn)造成電網(wǎng)電壓快速降低，嚴重的影響了供電質(zhì)量，且由于電壓降低的時間過快，電網(wǎng)運行中出現(xiàn)了一定的電網(wǎng)震蕩現(xiàn)象，并且造成了大范圍的停電事故，對于用電戶的安全用電造成了極大的危害。因此分析在實際發(fā)展中關于火力發(fā)電廠發(fā)電機的失磁故障現(xiàn)象，為有效的進行故障現(xiàn)象的處理，設備維護人員首先應進行故障設備的隔離停機處理。通過隔離停機使得故障發(fā)電機脫離發(fā)電機組，之后通過發(fā)電機維護檢修的方式，進行失磁發(fā)電機的維修。

2.3發(fā)電機轉子兩點接地

發(fā)電機為火力發(fā)電廠中重要的一類電氣設備，火力發(fā)電中主要通過煤炭燃燒提供能量，之后通過能量轉換的形式實現(xiàn)電能生產(chǎn)。該類作業(yè)環(huán)境下發(fā)電機在運行中出現(xiàn)積灰現(xiàn)象也較為多見。積灰現(xiàn)象的出現(xiàn)，加之發(fā)電機中轉子槽口絕緣損壞，引線絕緣損壞現(xiàn)象的出現(xiàn)，發(fā)電機在運行中則有可能產(chǎn)生一點接地事故。發(fā)電機運行中勵磁系統(tǒng)或轉子繞組中出現(xiàn)一點或兩點接地，極大的影響了發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。其中具體分析發(fā)電機轉子出現(xiàn)接地現(xiàn)象，造成的主要不良現(xiàn)象體現(xiàn)為發(fā)電機無功功率減小，勵磁電流快速升高，儀表盤指示燈點亮。最終在持續(xù)運行的過程中對于電網(wǎng)的安全運行，以及用電戶的安全用電都造成了極大的危害。勵磁系統(tǒng)或者轉子繞組中回路的任何一處有兩點接地出現(xiàn)時，就會有發(fā)電機盤上相應提示光字牌亮，勵磁（轉子）電流劇烈升高，發(fā)電機無功功率減小、功率因數(shù)可能進相，發(fā)電機劇烈振動，轉子、定子電壓減小以及校正器電流增大等現(xiàn)象出現(xiàn)。由以上現(xiàn)象可以看出，勵磁系統(tǒng)或者轉子繞組中回路兩地接地危害很大，因此當有一點接地發(fā)生時，就需要及時查找故障點并設法消除。為了防止勵磁系統(tǒng)和轉子繞組發(fā)生兩點接地故障，應該在發(fā)電機勵磁回路中安裝絕緣監(jiān)察裝置，并且定期對運行中發(fā)電機的勵磁回路絕緣電阻進行測定，有一點接地出現(xiàn)就及時消除。

3、結束語

綜上所述，現(xiàn)階段我國火力發(fā)電廠發(fā)電機在運行中，出現(xiàn)勵磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，對于發(fā)電機的穩(wěn)定運行，以及電能的穩(wěn)定生產(chǎn)造成了極大的影響。因此分析在實際發(fā)展中為有效的處理火力發(fā)電廠發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，設備維護人員應從勵磁系統(tǒng)接線檢測，安裝系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置以及隔離維護處理的方向進行發(fā)展。以此合理有效的進行勵磁系統(tǒng)的檢修處理，并且降低勵磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，造成更大范圍電力故障現(xiàn)象，保障發(fā)電企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，并且合理的控制故障造成的損失，推動電力企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

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（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責任公司）