發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障原因分析及改進

鄭祖鋒

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

現(xiàn)階段而言，發(fā)電機設(shè)備對社會的發(fā)展越來越重要，如發(fā)電廠的生產(chǎn)運行過程中，需要結(jié)合發(fā)電機的有效運作，才能夠提供可靠的電力。勵磁系統(tǒng)作為發(fā)電機設(shè)備中重要的組成部分，其運行質(zhì)量，通常會對發(fā)電機的發(fā)電產(chǎn)生直接影響。對此，為了能夠保障發(fā)電機的運行效率，避免一些發(fā)電機的故障的產(chǎn)生，有關(guān)單位在應(yīng)用發(fā)電機時，除注重對發(fā)電機的維護外，還應(yīng)注重對勵磁系統(tǒng)的研究，了解產(chǎn)生勵磁系統(tǒng)故障的原因，掌握正確的解決方法，以能夠真正確保發(fā)電機的運行平穩(wěn)。

1 研究背景

某水利發(fā)電站是一座壩后式電站，其組成部分共有三臺發(fā)電機組，總裝機容量可達7030kw，發(fā)電量可以達到1600 萬kwh/年。應(yīng)用過程中，勵磁系統(tǒng)故障是較為常見的故障，嚴重影響了電廠的穩(wěn)定發(fā)電。對此，為了提升發(fā)電廠的發(fā)電效率，減少一些勵磁系統(tǒng)故障的產(chǎn)生，本文針對一些勵磁系統(tǒng)故障的原因進行研究，相關(guān)研究過程如下。

2 勵磁系統(tǒng)的工作原理與調(diào)節(jié)控制

2.1 勵磁系統(tǒng)的工作原理。發(fā)電機中，勵磁系統(tǒng)主要是建立發(fā)電機磁場的一種裝置，發(fā)電機通過磁電感應(yīng)則能夠生產(chǎn)出電力。作為發(fā)電站而言，勵磁系統(tǒng)是重要的組成部分。勵磁系統(tǒng)主要包括電源與勵磁裝置兩部分，其中勵磁電源主要有勵磁機、勵磁變壓器等設(shè)備；勵磁裝置通常會按照不同規(guī)格、型號、使用要求等，合理布置調(diào)節(jié)屏、控制屏、滅磁屏、整流屏等元件。勵磁裝置的具體運用過程中，主要是根據(jù)發(fā)電機的工作狀態(tài)，使發(fā)電機的電機端壓處于統(tǒng)一水平，為了達到這一點，則可能進行強行增磁、減磁、滅磁等控制。勵磁系統(tǒng)的安裝過程中，可以采用獨立安裝模式，也可以結(jié)合發(fā)電機的特點，給予配套安裝。

2.2 勵磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。2.2.1 PID調(diào)節(jié)及算法。按偏差的比例、積分和微分進行控制的PID調(diào)節(jié)器是應(yīng)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(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。微機勵磁調(diào)節(jié)器中的PID程序設(shè)計時要考慮調(diào)節(jié)死區(qū),積分溢出和微分限幅。

2.2.2 PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)

產(chǎn)生的原因: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(zhuǎn)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(zhuǎn)子功率角。在某一頻率時,當滯后角度達到180 度時，原來的負反饋變?yōu)檎答?，勵磁電流的變化進-.步導(dǎo)致轉(zhuǎn)子功率角的的震蕩，即產(chǎn)生了所謂的“負阻尼”。如果勵磁系統(tǒng)采用PID控制方式，以發(fā)電機電壓偏差信號進行調(diào)節(jié)勵磁，有助于改善發(fā)電機的動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性。同時，向勵磁系統(tǒng)提供的超前相位輸出會在一定程度上補償勵磁電流的滯后相位和克服負轉(zhuǎn)矩。但是PID調(diào)節(jié)主要針對的是電壓偏差信號而設(shè)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，亦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(zhuǎn)矩為正值、負值之間的變化以及難以顧及發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)及保證阻尼轉(zhuǎn)矩為正值的要求。為此，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(power system stablizer)是在自動電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上以轉(zhuǎn)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。

3 故障現(xiàn)象及成因分析

3.1 故障現(xiàn)象。本文案例發(fā)電廠的發(fā)電運行過程中，發(fā)生了發(fā)電機勵磁過程中無法升壓的現(xiàn)象，這便阻礙了發(fā)電機系統(tǒng)的可靠運行，不能夠及時生產(chǎn)電力，進而可能會影響到為居民的穩(wěn)定供電，造成發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟損失。

3.2 故障成因分析。3.2.1 滅磁開關(guān)問題。當滅磁開關(guān)、主勵磁刀沒有連接成功時，則會造成系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的開路現(xiàn)象，產(chǎn)生發(fā)電機勵磁過程無法升壓的現(xiàn)象。當滅磁開關(guān)未出現(xiàn)問題時，相關(guān)勵磁回路出現(xiàn)斷線、電刷位滑環(huán)接觸不良現(xiàn)象時，同樣會造成勵磁無法升壓的現(xiàn)象發(fā)生。3.2.2 硅整流器故障。當勵磁系統(tǒng)中的硅整流器出現(xiàn)故障時，如可控硅電阻被擊穿、過熱等，則也會引起勵磁無法升壓的故障。3.2.3 啟勵繼電器故障。當起勵繼電器線圈、起勵繼電器觸點出現(xiàn)故障時，也會導(dǎo)致起勵無法正常工作的現(xiàn)象發(fā)生。3.2.4 勵磁調(diào)節(jié)器建壓設(shè)置問題。當微機控制系統(tǒng)的建壓設(shè)置出現(xiàn)問題時，統(tǒng)一會造成勵磁系統(tǒng)的問題。

3.3 故障處理措施?；诳赡軐?dǎo)致勵磁系統(tǒng)故障原因眾多的現(xiàn)狀，因此，在具體的處理故障時，應(yīng)優(yōu)先開展檢測工作，找出故障成因，給予解決故障，改進系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。檢查故障時，應(yīng)遵循由簡單到難的順序，提高檢測效率。針對本文案例工程的故障現(xiàn)象而言，首先，應(yīng)對勵磁回路給予全面的檢查、測量，若是滅磁開關(guān)存在問題，可以及時處理；其次，當懷疑可控硅存在阻值問題時，可以對其電阻進行檢測，一般情況下，可控硅的電阻值應(yīng)在幾十歐姆左右。當檢測過程中，發(fā)現(xiàn)電阻值為零時，證明被擊穿，需要及時給予更換。最后，當以上故障現(xiàn)象均未發(fā)生時，應(yīng)懷疑起勵繼電器是否存在問題。具體處理過程如下，當啟動發(fā)電機時。連續(xù)按啟動按鈕3 次以上，并且每次都超過兩秒時，仍無法勵磁時，首先，應(yīng)進行勵磁調(diào)節(jié)柜的測量檢測，一般情況下，勵磁調(diào)節(jié)柜觸摸屏上的“給定電壓”應(yīng)在電源電壓的90%左右，若小于該指示值，說明電源電壓有問題，應(yīng)加強電壓方面的檢測；其次，應(yīng)檢查、測量勵磁調(diào)節(jié)柜中啟勵磁繼電器是否工作正常，若該繼電器存在問題，及時更換處理即可。另外，在發(fā)電機未運轉(zhuǎn)時，發(fā)電機端殘壓值通常為零，此時，也不會有電壓信號，程序便無法運行，發(fā)電機的運行指示等會出現(xiàn)燈不閃或無規(guī)律閃動現(xiàn)象，注意，此時并不代表調(diào)節(jié)器存在故障。

3.4 發(fā)電機勵磁啟動過程中應(yīng)注意的事項。發(fā)電機運行過程中，勵磁系統(tǒng)的具有重要作用，為了保持發(fā)電機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，啟動勵磁系統(tǒng)時，工作人員應(yīng)時刻監(jiān)視發(fā)電機的電壓表，當電壓升高到2000V時，應(yīng)及時釋放按鈕，若存在按壓時間過長的現(xiàn)象，則可能造成起勵回路的燒損現(xiàn)象；發(fā)電機的啟動前，工作人員應(yīng)嚴密監(jiān)視發(fā)動機的轉(zhuǎn)速情況，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到3000r/min 時，系統(tǒng)顯示參數(shù)應(yīng)該為：電壓在給定電壓的90%，可控硅的開放角度在134 度，機端電壓應(yīng)為0；發(fā)電機的運行過程中，工作人員應(yīng)避免切斷立場調(diào)節(jié)器的電源開關(guān)，以避免勵磁跳閘現(xiàn)象發(fā)生。

3.5 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的改進運行建議。設(shè)計人員在選擇勵磁調(diào)節(jié)器時，應(yīng)注重勵磁調(diào)節(jié)器的型號，如選擇性能可靠、穩(wěn)定勵磁調(diào)節(jié)器；勵磁繼電器的運行過程中，觸點、容量、線圈質(zhì)量等，對勵磁效果會產(chǎn)生重要影響，對此，為了確保勵磁系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，應(yīng)確保勵磁繼電器的質(zhì)量；發(fā)電機運行過程中，為了確保起勵階段的可靠，應(yīng)做好開機前的驗證工作，如開機前應(yīng)做好發(fā)電機假同期并列試驗、滅磁系統(tǒng)的聯(lián)跳主油試驗；發(fā)電機啟動過程中，一些細微之處的故障，都可能造成勵磁系統(tǒng)的問題產(chǎn)生，基于此，為了提高發(fā)電機的運行穩(wěn)定性，應(yīng)該由專業(yè)技術(shù)人員開展發(fā)電機主油開關(guān)的檢測，判斷其主油開關(guān)的輔助常閉點是否能夠可靠閉合，以確保微機立場調(diào)節(jié)器穩(wěn)定的運行；勵磁啟動鍵是重要的零件，該開關(guān)按鈕若出現(xiàn)接觸不良、虛接等現(xiàn)象時，也會造成勵磁系統(tǒng)的故障。對此，為了保障勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還應(yīng)確保勵磁開關(guān)元件的質(zhì)量；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅是重要的元件，與此同時，為了確保勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅的穩(wěn)定運行，能夠發(fā)揮作用，企業(yè)應(yīng)結(jié)合實際情況，嚴格控制勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅的質(zhì)量，選擇具有信譽保障的品牌。綜上，為了保障勵磁系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、正常勵磁，有關(guān)建設(shè)單位應(yīng)嚴格確保各個元件的質(zhì)量，并結(jié)合系統(tǒng)運行情況，給予及時的檢測，從而真正減少勵磁系統(tǒng)故障的發(fā)生，真正為發(fā)電機的可靠運行提供保障。

4 結(jié)論

綜上所述，發(fā)電機對社會的發(fā)展具有重要意義，如電廠發(fā)生過程中，需要結(jié)合發(fā)電機的應(yīng)用，一些工程建設(shè)過程中，也可能結(jié)合發(fā)電機的應(yīng)用，進而滿足生產(chǎn)過程中的電力需求。發(fā)電機設(shè)備中，勵磁系統(tǒng)是重要的組成單元之一，對發(fā)電機的高質(zhì)量運行具有重要影響。為了確保勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全，則需要有關(guān)企業(yè)加強對勵磁系統(tǒng)故障的研究，明確一些常見故障的成因，給予科學(xué)合理的處理方法、預(yù)防措施等，以能夠真正維護發(fā)電機的運行可靠。