水電廠勵磁系統改造中的問題及解決方法初探

林曉龍

（福建水口發電集團公司，福建福州 350000）

作為水電廠電力系統中的重要組成，勵磁系統運行會對發電機特性作用的發揮有著直接的影響。而部分水電廠出于優化電力系統運行的目的，在原有勵磁系統結構的基礎上進行升級改造。但是受限于某些因素的限制，致使改造后的勵磁系統存在調節器、開關設計等問題，對勵磁系統的可靠運行產生影響。正因此，如何強化改進勵磁系統，減少勵磁系統故障問題的發生，成為水電廠亟需解決的問題。

1 勵磁系統概述

分析現階段水電廠中勵磁系統的應用，主要組成包括勵磁調節器、勵磁功率單元等部分。其中勵磁調節器主要是以電力系統運行要求為依據進行勵磁電流的自動調整；而勵磁功率單元可以為勵磁繞組進行直流勵磁電流的提供。

進行勵磁系統的智能化改造，可實現對系統運行智能化監測、控制、傳輸及顯示，相較于傳統勵磁系統的應用，改造后系統運行更穩定，且拓展了遠程診斷、故障追蹤、系統診斷、軟件調試等功能。以現場總線為依托分析勵磁系統的控制與連接，實現對系統各構件分散控制，減少對端子、接線的依賴，進而縮減運行成本。為實現對高要求輸電任務，需合理應用勵磁系統，可提升發電系統運行穩定性，避免輸電期間出現故障。如在發電系統運行期間，某些因素造成系統短路，也可通過應用勵磁系統，提升勵磁電流頂值的作用，進而為電力系統的運行提供符合需求的無功功率。

2 勵磁系統改造問題的分析

以某水電廠為例，該水電廠立足于運行可靠性目標，結合自身實際條件進行勵磁系統改造。將改造后的勵磁系統投入運行并分析其改造成果，盡管改造后系統結構布局得到優化，且系統保護效果得到進一步提升，但是因某些因素的存在致使改造后的系統存在以下問題。

2.1 勵磁調節器問題

該水電廠運行期間，雖然勵磁系統改造后進一步提升電力系統運行的穩定性，但是時常出現機組跳閘現象，其成因在于勵磁交流開關運行的不穩定，具體體現為：（1）改造期間未對功率柜簡化設計，因柜內電路復雜使得主回路檢修的難度大，致使電流輸出質量呈現出逐漸降低的趨勢，限制機組的運行。（2）不合理的調節器安裝設計。受限于技術落后、條件差等因素的影響，使得勵磁調節器的設計不合理，加之調節器安裝不到位，導致運行期間調節器性能無法全面發揮，極易受到外界干擾而持續升溫，增大機組跳閘現象。（3）系統維護期間，無法做到對勵磁系統部分新添加參數的合理調整，其中個別參數無法以人機對話框的方式進行直觀體現，進而限制系統維護、調試作業的開展。

2.2 直流開關設計問題

為保證直流開關功能作用的有效發揮，需秉持以下原則進行開關設計：確保在主變壓器與同步發電機產生故障前提下，及時進行發電機磁場的消除，并實現電網與機組第一時間的解列，避免因發電機定子電壓無法得到及時減弱而增大故障發生造成的影響和損失。而該水電廠針對直流開關的設計，主要是采用插拔式活動連接母排與直流開關，對連接觸頭固定措施的設計，僅是利用銷釘與彈簧進行固定，無法保證直流開關的運行穩定性，甚至對后續維護工作的開展造成阻礙。同時，該水電廠采用插拔結構進行母排與觸頭的連接，致使二者的接觸面呈現為不充分、不可靠的狀態。若系統始終處于大勵磁電流的運行環境下，觸頭極易因接觸不良而產生燒毀現象，影響到電力系統的運行安全性。

3 解決水電廠勵磁系統改造問題的方法

勵磁系統改造后存在的問題對電力系統的運行有著較大威脅，要想進一步提升勵磁系統可靠性，該水電廠需結合以下方法來有效消除改造后存在的問題。

3.1 進行啟停流程設計的優化

要想保障勵磁系統可靠性，可重視對機組啟停流程設計的完善與優化，結合改造后存在問題，設計直流開關來提升系統運行的穩定性。具體優化改造期間，無論機組處于啟動還是停止的狀態，需在無故障前提下始終保持勵磁系統與機組呈現為合閘的態勢。而跳閘現象只能在機組發生故障時發生，避免直流開關在運行期間始終處于頻繁操作的狀態，有效消除勵磁系統在改造后存在的直流開關故障問題。針對控制回路的優化設計，具體為：將中間繼電器的輔助接點在跳閘回路中增設，具體接點包括K39、K40、K03。將其作為勵磁系統保護動作信號，若勵磁系統運行不存在故障問題，直流開關則處于停止狀態；而當故障發生時，增加的繼電器節點產生閉合動作，而直流開關則會因系統故障的發生而分閘。另外，在優化啟停流程時，需在優化其保護措施的同時，重視對晶閘管的合理選擇，盡可能選用觸發電流≮100 mA 的晶閘管，以期在組合晶閘管是控制元件的正向壓處于十分接近的狀態。

采用上述方法優化啟停流程后，該水電廠勵磁系統運行過程中，無論機組啟動還是停止，直流開關均未發生多次動作的現象，始終為處于合閘狀態，達到顯著降低機組跳閘現象發生的幾率，并延長了系統中機械、電氣設備的運行壽命，避免出現錯誤。

3.2 進行直流開關缺陷的改造

作為勵磁系統改造中的關鍵環節之一，直流開關設計是否合理，直接影響到勵磁系統運行的可靠性和安全性。所以，水電廠需重視對直流開關改造設計缺陷的優化，結合以下幾點來減少直流開關運行故障的產生。

將磁場開關合理設置于勵磁回路中，以此起到電源與繞組聯系及時切斷的作用，實現在故障發生期間進行電機磁場能量的有效吸收。具體優化設計中，遵循相關設計原則，進行以往直流開關連接方式的優化與改造，采用銅牌固定連接的形式取代以往連接方式，進一步提升開關與母排之間的連接有效性。并且在連接固定時采用螺母來加強緊固效果，消除以往勵磁系統運行過程中存在的開關松動問題，提升直流開關連接的牢固性。同時，增大母排與開關之間的接觸面，在有效降低接觸電阻的基礎上，避免因運行過熱而導致故障信號的誤發。通過對開關連接、固定方式的優化，消除以往勵磁系統運行存在的溫度過高導致系統損壞問題，進一步提升勵磁系統的運行穩定性。

3.3 進行開關分閘邏輯優化

在具體優化改進過程中，利用直流開關合閘繼電器來取代以往開關輔助接點的應用，并結合勵磁系統運行現狀，改進控制回路，將具有合閘命令的繼電器安設于控制回路中，消除傳統回路中存在的開關輔助接點，避免系統運行期間出現交流開關對合閘產生控制的現象。同時，相較于傳統輔助接點的應用，合閘繼電器勵磁動作僅在機組投勵情況下產生，所以其可靠性更為顯著。避免系統運行過程中因開關頻繁動作導致接點出現故障，減少滅磁開關損壞現象的發生，降低開關誤合閘現象的發生幾率。

通過上述開關分閘邏輯的有效修改，進一步提升該水電廠電力系統的運行穩定性，并有效消除反調現象的發生，確保勵磁系統的各項運行參數均符合相關標準規定。對優化的勵磁系統進行實踐運行觀察與分析，發現勵磁系統經優化后，以往存在的改造問題均得到有效解決，且低頻震蕩現象的發生并不顯著。同時，以額定無功率為基準，運行優化后的勵磁系統，實現無功進相深度可提升至額定的0.7倍左右，達到結算電量余度提升的目的，在提升水電廠電力系統運行可靠性的同時，實現促進水電廠效益的創造。

3.4 進行新型調節器的更換

為進一步消除該水電廠改造后存在的問題與弊端，利用EXC9000型號調節器進行原有設備的取代。分析此型號調節器調通道的構成，主要采用三通道冗余解結構，具體包括微機/微機/模擬通道。該型號調節器具備特點包括：（1）調節通道結構呈現出獨立運行的狀態，且通道之間相互備用，運行期間進行通道的自動跟蹤，若運行時發生故障問題，通過通道自由切換來提升調節器運行穩定性。（2）擁有十分靈活的調節器組態。可以為操作者提供多元化選擇，且具備低頻振蕩抑制的作用，確保系統的運輸穩定性得到增強。（3）該型號調節器電路表面無風扇結構，且電路貼裝工藝相對較高。運行期間具備較強的抗干擾、電氣量計算能力。（4）勵磁系統運行涉及到現場總線技術的應用，通過現場分層、分布控制來提升勵磁系統的智能化、數字化程度，為后續維護、調試作業的高效開展做出保障。（5）人機界面優化。該調節器的人機界面十分人性化，不僅以全中文形式進行界面體現，并具備故障記憶追蹤、智能測試等技術。

3.5 進行阻容保護電容位置的轉變

運行期間阻容保護裝置具備周期換相過電壓抑制的作用，實現對交流側、直流側尖峰毛刺的有效降低。同時，在換相結束時，可控硅元件可以起到磁能釋放的作用。R-C阻容緩沖器會以并聯的形式進行整流元件的鍵連接，運行期間進行平衡性的儲能與耗能，并通過對吸收容量儲備的設計來避免阻容元件的燒毀。若阻容元件發生燒毀現象，亦會增大相間短路問題的發生。對此，為避免阻容元件燒毀現象的發生，需重視將阻容保護設備安設于整流橋上方，并將電容安置于功率柜后面，與整流橋之間保持合適的間距，以此避免在發生電容燒毀問題時增大相間短路現象的幾率。另外，在改造勵磁系統時，可以進行勵磁調節終端的改造，如在ETC 終端設備中進行故障錄波功能的設置，實現操作人員利用觸摸屏即可進行故障錄波功能的操控。故障產生時，依托于此功能的應用，進行勵磁電流、機端電壓等參數的收錄，方便操作人員查看、搜索系統故障前后的相關信息，以此為勵磁系統故障維修的開展提供數據參考。

4 結束語

總而言之，勵磁系統作為水電廠電力系統中的重要組成，不僅是發電機電壓調節、穩定運行的重要保障，更是決定電力系統能否可靠運行的關鍵。為避免系統改造后問題對水電廠影響，水電廠需依據自身技術、經濟條件的掌握，深度剖析分析系統存在的問題，結合上述優化措施來保證直流開關的穩定運行，發揮出勵磁系統應有的作用與功能，有效減少機組跳閘現象的發生，為水電廠高效穩定的運行、生產提供支撐。