發電機勵磁系統故障原因分析及改進

鄭祖鋒

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

現階段而言，發電機設備對社會的發展越來越重要，如發電廠的生產運行過程中，需要結合發電機的有效運作，才能夠提供可靠的電力。勵磁系統作為發電機設備中重要的組成部分，其運行質量，通常會對發電機的發電產生直接影響。對此，為了能夠保障發電機的運行效率，避免一些發電機的故障的產生，有關單位在應用發電機時，除注重對發電機的維護外，還應注重對勵磁系統的研究，了解產生勵磁系統故障的原因，掌握正確的解決方法，以能夠真正確保發電機的運行平穩。

1 研究背景

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

2 勵磁系統的工作原理與調節控制

2.1 勵磁系統的工作原理。發電機中，勵磁系統主要是建立發電機磁場的一種裝置，發電機通過磁電感應則能夠生產出電力。作為發電站而言，勵磁系統是重要的組成部分。勵磁系統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、勵磁變壓器等設備；勵磁裝置通常會按照不同規格、型號、使用要求等，合理布置調節屏、控制屏、滅磁屏、整流屏等元件。勵磁裝置的具體運用過程中，主要是根據發電機的工作狀態，使發電機的電機端壓處于統一水平，為了達到這一點，則可能進行強行增磁、減磁、滅磁等控制。勵磁系統的安裝過程中，可以采用獨立安裝模式，也可以結合發電機的特點，給予配套安裝。

2.2 勵磁控制系統的調節控制。2.2.1 PID調節及算法。按偏差的比例、積分和微分進行控制的PID調節器是應用最廣泛的一- 種調節器。比例調節可以減小控制系統慣性時間常數，但相對穩定性降低，而且不能消除穩態誤差；積分調節可以消除穩態誤差；微分調節可以提高系統的穩定性，相應可以增加比例調節放大倍數。微機勵磁調節器中的PID程序設計時要考慮調節死區,積分溢出和微分限幅。

2.2.2 PSS(電力系統穩定器)

產生的原因:在正常運行條件下，以發電機端電壓為負反饋量的發電機閉環勵磁調節器是穩定的，當轉子功率角發生震蕩時，勵磁系統提供的勵磁電流的相位滯后于轉子功率角。在某一頻率時,當滯后角度達到180 度時，原來的負反饋變為正反饋，勵磁電流的變化進-.步導致轉子功率角的的震蕩，即產生了所謂的“負阻尼”。如果勵磁系統采用PID控制方式，以發電機電壓偏差信號進行調節勵磁，有助于改善發電機的動態和靜態穩定性。同時，向勵磁系統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矩。但是PID調節主要針對的是電壓偏差信號而設計的，它所產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調節系統中為了控制電壓，必須連續地對電壓偏差進行調節，因此無法區別阻尼轉矩為正值、負值之間的變化以及難以顧及發電機電壓調節及保證阻尼轉矩為正值的要求。為此，PID調節方式對于抑制系統低頻震蕩的作用是有限的。PSS(power system stablizer)是在自動電壓調節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震蕩的阻尼，以增加電力系統動態的穩定性。

3 故障現象及成因分析

3.1 故障現象。本文案例發電廠的發電運行過程中，發生了發電機勵磁過程中無法升壓的現象，這便阻礙了發電機系統的可靠運行，不能夠及時生產電力，進而可能會影響到為居民的穩定供電，造成發電企業的經濟損失。

3.2 故障成因分析。3.2.1 滅磁開關問題。當滅磁開關、主勵磁刀沒有連接成功時，則會造成系統勵磁系統的開路現象，產生發電機勵磁過程無法升壓的現象。當滅磁開關未出現問題時，相關勵磁回路出現斷線、電刷位滑環接觸不良現象時，同樣會造成勵磁無法升壓的現象發生。3.2.2 硅整流器故障。當勵磁系統中的硅整流器出現故障時，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故障時，也會導致起勵無法正常工作的現象發生。3.2.4 勵磁調節器建壓設置問題。當微機控制系統的建壓設置出現問題時，統一會造成勵磁系統的問題。

3.3 故障處理措施。基于可能導致勵磁系統故障原因眾多的現狀，因此，在具體的處理故障時，應優先開展檢測工作，找出故障成因，給予解決故障，改進系統，提升系統運行的穩定性。檢查故障時，應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象而言，首先，應對勵磁回路給予全面的檢查、測量，若是滅磁開關存在問題，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，可控硅的電阻值應在幾十歐姆左右。當檢測過程中，發現電阻值為零時，證明被擊穿，需要及時給予更換。最后，當以上故障現象均未發生時，應懷疑起勵繼電器是否存在問題。具體處理過程如下，當啟動發電機時。連續按啟動按鈕3 次以上，并且每次都超過兩秒時，仍無法勵磁時，首先，應進行勵磁調節柜的測量檢測，一般情況下，勵磁調節柜觸摸屏上的“給定電壓”應在電源電壓的90%左右，若小于該指示值，說明電源電壓有問題，應加強電壓方面的檢測；其次，應檢查、測量勵磁調節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，在發電機未運轉時，發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，發電機的運行指示等會出現燈不閃或無規律閃動現象，注意，此時并不代表調節器存在故障。

3.4 發電機勵磁啟動過程中應注意的事項。發電機運行過程中，勵磁系統的具有重要作用，為了保持發電機系統的穩定運行，啟動勵磁系統時，工作人員應時刻監視發電機的電壓表，當電壓升高到2000V時，應及時釋放按鈕，若存在按壓時間過長的現象，則可能造成起勵回路的燒損現象；發電機的啟動前，工作人員應嚴密監視發動機的轉速情況，當發電機轉速達到3000r/min 時，系統顯示參數應該為：電壓在給定電壓的90%，可控硅的開放角度在134 度，機端電壓應為0；發電機的運行過程中，工作人員應避免切斷立場調節器的電源開關，以避免勵磁跳閘現象發生。

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

4 結論

綜上所述，發電機對社會的發展具有重要意義，如電廠發生過程中，需要結合發電機的應用，一些工程建設過程中，也可能結合發電機的應用，進而滿足生產過程中的電力需求。發電機設備中，勵磁系統是重要的組成單元之一，對發電機的高質量運行具有重要影響。為了確保勵磁系統的穩定、安全，則需要有關企業加強對勵磁系統故障的研究，明確一些常見故障的成因，給予科學合理的處理方法、預防措施等，以能夠真正維護發電機的運行可靠。