大型發電機勵磁系統輔助強勵回路可靠性分析及改進建議

劉剛強

摘?要：介紹某電廠發電機勵磁系統輔助強勵回路的構成及工作原理，分析該電廠一起勵磁機勵磁繞組、輔助強勵回路直流電源側設備損壞的異常事件。為提高勵磁系統設備的可靠性，基于勵磁系統強勵功能的分析，提出了有效避免類似故障發生的解決方案，同時對國內外勵磁系統強勵回路功能設計、參數配置、故障處理等也具有較高的技術指導價值。

關鍵詞：發電機勵磁系統 輔助強勵 原理 故障 解決方案

Abstract：This paper introduces the structure and working principle of the boosting excitation circuit of the generator excitation system in a power plant，and analyzes the abnormal events of the damage of the stator winding of the exciter and the equipment on the side of the boosting excitation circuit.In order to improve the reliability of the excitation system equipment and based on the analysis of the excitation function of the excitation system，this paper puts forward the effective solution to avoid the occurrence of similar faults.At the same time，it has high technical guidance value for the function design，parameter configuration and fault treatment of the excitation circuit of the excitation system at home and abroad.

Keywords：generator excitation system;boosting excitation;theory;fault;solution

前言

我國各大電網互聯、電力系統結構復雜，其中不斷接入的大容量機組在提高電力系統穩定性方面起到了重要的作用。同步發電機的運行特性與空載電勢Eq值的大小有關，而Eq值是發電機勵磁電流Ifd的函數，改變勵磁電流就可直接影響發電機在電力系統中的運行特性。電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間無功功率的分配;在某些故障情況，要求發電機迅速增大勵磁電流，維持電網的電壓水平及穩定性。因此，同步發電機勵磁系統在保證電能質量、無功功率的合理分配和提高電力系統的運行可靠性方面起著極為重要的作用。在諸多改善電力系統、發電機穩定性的措施中，提高勵磁系統的控制性能，被公認為最有效和經濟的措施之一。

1 發電機勵磁系統的構成

國內某電廠發電機采用帶機端勵磁變的自并勵無刷勵磁系統，主要有勵磁變壓器、勵磁調節器、無刷勵磁機、發電機旋轉二極管檢測裝置等組成，其中勵磁調節器采用法國ALSTOM公司生產的P320-AVR V2型微機勵磁調節器。

正常工況下勵磁電源取自發電機機端勵磁變壓器，發電機機端電壓經勵磁變降壓后提供給勵磁調節器晶閘管整流器，經晶閘管整流后送至勵磁機勵磁繞組。勵磁機的轉子切割勵磁繞組磁場產生交流電流，此交流電流經旋轉二極管整流器整流后供給發電機轉子繞組以建立發電機磁場。

2 輔助強勵回路工作原理

為防止機端發生短路時強勵能力不足、繼電保護拒動，造成機組和電網嚴重事故，在發電機勵磁系統中配置了輔助強勵回路，該回路只允許在自動電壓調節及發電機并網運行期間投入，電源取自廠用220V直流系統。

在機組未并網時輔助強勵回路自動退出，輔助強勵開關LC002JA分閘;機組并網后輔助強勵回路自動投入，輔助強勵開關自動合閘，輔助強勵回路晶閘管關斷;當機端電壓降至70%Un以下時，由勵磁調節器發出脈沖觸發輔助強勵回路晶閘管導通，由輔助強勵電源ZL001JA為勵磁機的勵磁繞組供電;直流系統絕緣監測儀采用平衡橋測量母線絕緣，平衡橋接入母線正負極;當機端電壓恢復至72%Un及以上時，輔助強勵開關自動短時斷開，迫使輔助強勵回路晶閘管關斷，經延時后輔助強勵開關恢復合閘，允許再次強勵。

3 故障分析

該機組并網運行期間，曾出現過ZL直流系統電壓異常升高，充電模塊黑屏無顯示，絕緣監測儀電橋負極回路燒毀，信號采集回路正負極熔絲熔斷，工作電源開關跳閘;AVR直流側勵磁電流較大波動，后續檢查發現勵磁機磁極絕緣低，勵磁機定子磁極12點方向（第11磁極）繞組與鐵芯之間毛氈和絕緣板有多處間歇性放電痕跡。

經過系統性的分析知，勵磁系統輔助強勵回路設計不合理。

當機組正常運行時，直流電源（高阻接地系統）與勵磁機勵磁繞組（不接地系統）通過輔助強勵回路負極直接相連，使勵磁機定子成為實際上的高阻接地系統，導致兩者相互影響。在故障或異常情況下，回路中電氣參數發生變化，產生暫態過電壓，使系統不穩定，導致故障擴大、設備損毀。

當回路中產生另一個不穩定接地點時，有可能導致回路中產生不穩定的兩點接地，從而感應出異常電流;而設計上原本應該分開的不同阻容回路串聯到一起，有可能形成特殊頻率下的諧振回路。

輔助強勵回路上存在不穩定接地點，導致間歇性放電，由于回路存在電感，產生感應電勢，又由于并非穩定的接地點，導致回路頻繁充放電，產生暫態過電壓，導致勵磁機定子絕緣薄弱環節被擊穿。