分析水電站機組勵磁系統故障及其解決措施

梅州龍上水電有限公司 余楚軻

1 引言

在水電站發電機組中，勵磁系統是較為關鍵的核心部件之一，在運行時發電機的電壓會對其出口進行調節，使無功功率做到合格的狀態，電流讓電壓更加穩定，趨向于平衡，滿足發電機日常的運行需求，使其在發電過程推動整體電力系統更加平穩。由此可見，提高勵磁系統運行的穩定性和安全性具有重要的意義和關鍵的作用，因此有關工作人員需要對勵磁設備做好試驗和檢修工作，確保電力系統處在穩定運行狀態之中。隨著我國機電保護科技水平不斷提升，開關動作的速度也越來越快，勵磁系統在水電發動機中的影響力度不斷地提高，但受到外界因素等多方面原因的干擾，勵磁系統易出現較多問題，影響機組的安全和經濟效能。

2 水電站機組勵磁系統概述

水電站勵磁系統主要是由勵磁電源和其他各種類型的設備組合而成的，其核心部位主要包括勵磁功率單元和調節器等不同的功能，可以根據傳輸信號的大小控制粒子輸出波，而勵磁控制指的是發電機轉子產生的電流，能夠推動整體系統的安穩運行，也能夠讓電網系統和水利發電機組正常運作。一般來說，勵磁系統的組成部分是可控的，主要包括直流面磁開關柜、交流隔離開關柜和變壓器，勵磁調節器可以對電壓展開自動調節和控制，改變發電機的粒子電流，根據發電機端口的電壓給定值計算實際值，展開調節劑的電流輸出，確保整體發電機電壓的安全性和穩定程度。

勵磁系統的構成。回步發電機的勵磁系統由勵磁功率單元和勵磁調節器兩個部分組成，勵磁功率單元向同步發電機轉子提供直流電流，即勵磁電流，勵磁調節器根據輸入信號和給定的調解準則控制勵磁功率單元的輸出，整個勵磁自動控制系統是由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機構成的一個反饋閉環控制系統。

3 常見的水電站機組勵磁系統故障

3.1 失磁故障

在實際運行過程中，勵磁系統可以結合現代先進的生產技術，如果在實際運行過程中，發生失磁故障則有可能會導致轉子電壓下降，錄波可以對這種下降值進行記錄，讓電壓值產生一定的變動，在啟動錄波的時候，在一定的速率狀態下電壓會持續下跌，最終變為負值狀態，如果轉子電壓下降之后，電壓與電流會產生劇烈的碰撞和搖擺，繼而發生保護動作[1]。工作人員在查驗電流時如果發現開關節點出現晃動情況，說明電阻值在這時有可能會提升，觸發逆變滅磁，于是產生了滅磁故障。為了防止出現故障，導致危險性有所增加，工作人員可及時檢查開關的接點情況，還要做好定期的輔助檢查，確保安全可靠，防止發生失磁事故。

3.2 熔斷器爆炸

熔斷器爆炸是較為常見的一種粒子故障，水電站發電機組如要進行升溫試驗，在操作停止后需要對室外爆炸的情況進行檢查并控制，如果水電機組發生跳閘事故，工作人員要全盤檢查問題之所在，針對勵磁系統和調速系統共同進行檢查，包括主變回路、高壓熔斷器，如發現問題或爆炸現象時需要通過試驗來檢查自身是否正常，判定為熔斷電流低于額定值，達不到預期的高度。為了防止這類故障問題產生，要對勵磁系統展開全方位的檢查，對不合格的器件進行更換，讓熔斷器的容量不斷增大。

3.3 自復勵式勵磁故障

該類型的故障較為常見，并且日常維護難度較大，工作量大，靜態電壓調節精度較高，如果發生短路故障可以提供電流補償，產生強力電流[2]。傳統水電機組利用雙灶組電抗分流粒子系統容易處在電壓失衡狀態，讓并網無功負荷提升，減小電流量，容易出現問題，無法為發電機組進行持續穩定的供電。在觀察后可發現，副繞組和主繞組如果相繼出現問題和錯誤可能會增加機組的無功負荷，使電流量減小。為有效解決這一問題，相關工作人員要對正繞組和副繞組的位置錯誤展開糾正，提升檢修整體質量。

3.4 整流電源問題

在可控硅機組中，如果發現機組啟動之后發生電機不起壓情況，需要對機組外部條件展開全方位的檢查，查看有無異常現象，裝置有無報警記錄。同時，工作人員可初步對裝置電氣回路的故障進行判斷，查看是部分的問題還是整流電源故障，檢查過程中可采用排除法，先行檢查粒子調節器的電氣回路是否處在正常的運行狀態之下。同時，工作人員還應檢查可控硅電源是否出現錯誤，如果電源輸入閘刀發生斷裂的現象，那么勵磁電壓就難以同步建立電壓回路，故障信號的報警靈敏程度會有所下降，無法對此發出警報信息[3]。工作人員應對這種情況時要對可控硅電源斷裂匝道進行更換，做好同步試驗檢測工作，如果檢測正常，可以繼續投入使用。

3.5 橋式整流器問題

目前，水電機組的核心環節是微機勵磁和電子調節器勵磁，其中的核心部分是可控硅三相交流電源，同時包括半控整流橋。這些控制方式圍繞著電氣調節器的設計來開展，激發出發電機組的勵磁繞組，讓磁場電流順利地產生。發電機處在發電狀態中負荷量過大，發電狀態下會產生長期的發熱現象，因此需要安裝鼓風機展開制冷降溫，長期高負荷作用和狀態之下，外部因素出現不穩定情況，可能會對整流橋壁上整流硅管進行沖擊。需要主要的是，整流橋出口和續留管都是故障高發位置，一般來說硅管燒壞的時候會通過快速熔斷器發出信號，但是也存在部分未發出信號的情況，因此當這種問題產生時相關工作人員需要展開停機檢查，必要時可采用萬用表和示波器進行檢測，找出內部存在損壞的部件，及時修理或更換。

4 水電站機組勵磁系統故障應對策略與建議

4.1 做好日常的運行管理

工作人員在水電機組日常運行的維護過程中，要對發電機組的運行狀態異常情況做好日常檢查工作，同時在汛期要對發電機組的溫度溫差情況進行查驗，如果發現溫度異常情況要展開內部監測，對其數據進行比較和分析。在對故障進行維修后，工作人員還要查看內部勵磁柜是否存在污垢，清潔程度如何消除，并且要檢測發電機組的運行狀態和運行方式是否正常，以及比較功率進相和遲相，如果發生異常的情況需要及時調整和變化，對發電機組的運行方式進行調整，這樣才能方便故障機組在維護之后處在正常的狀態。

4.2 做好后期維護

為了讓水電站發電機組處在正常運行狀態中，勵磁系統要充分發揮其固有的性能，還應維護水電站勵磁系統的穩定性。勵磁設備維護工作較為復雜，因此必須重視脈沖線絕緣防護工作，因為可控硅擊穿故障主要是由于脈沖線穿入高壓導致的問題，所以要檢查可控硅的沖線情況，查看是否絕緣，并且工作人員需要在脈沖線之上放置絕緣管套，防止再次進行高壓竄入。與此同時，在日常進行維修和檢查時要清理粉塵，因為勵磁設備的可控硅和脈沖元件容易發生粉塵堆積現象，粉塵一旦堆積會導致接頭之間發生絕緣或短路，也可能會產生放電故障。

此外，元器件的引線如果發生灰塵堆積現象也容易造成短路事故。如果灰塵量較大，容易堵塞風道，并不利于功率柜的散熱，針對這一情況需要對整流柜的濾網展開定期檢查并更換，通過內窺鏡的掃描觀察柜內灰塵情況，方便設備后期打掃，確保柜內保持干凈整潔。除此之外，如果勵磁系統頻繁發生故障，應當調整保護動作，設定為5s啟動時間，起到保護的效果，同時工作人員要加強對勵磁變限時間的速斷保護，快速切除故障部位，防止事故進一步擴大。

4.3 勵磁繞組逆變滅磁

如果工作人員發現發電機的滅磁功能出現異常情況，則需要減小發電機和電網的磁場。通過滅磁電阻的釋放，工作人員可利用可控硅強力面展開滅磁，也可利用非線性電阻滅磁對勵磁電流進行控制。在逆變磁轉為逆變角時，整流橋工作狀態可以變為逆變狀態，讓轉子勵磁繞組能量產生正常的消耗，一般而言，逆變現象容易有一定的失敗概率，如可控硅的分配不精準、回路出現問題等，這些情況都會讓阻斷能力產生消失的情況，并且容易導致交流電源出現異常，或者使勵磁變壓器位置產生錯誤，在逆變時產生電壓過低或缺陷等一系列問題，導致運行受到影響。

4.4 上電檢查與更換處理

相關工作人員需要對勵磁系統重新上電，在確認勵磁調節器恢復到正常狀態之后針對剩下的整流柜展開小電流試驗，在試驗過程中需要運用到分段邏輯，對滅磁和過壓回路展開檢查，查看開關分閘等回路是否正常。同時，工作人員還需要對勵磁變壓器展開與試驗，做好絕緣檢查和耐壓檢查，確保勵磁系統恢復到正常的運轉狀態之中。然后機組需要重新啟動開機，展開零起升壓試驗、升溫試驗和空載試驗，如果試驗結果正常，那么該機組就可以恢復正常運行。

4.5 爆裂故障與非全相運行

熔斷器發生爆裂故障也是較為常見的現象，一般而言，機組運行結束后工作人員會聽到控制室發出響動，這種響動就意味著跳閘現象可能會發生，如果這部分環節出現異常情況，要立即采取緊急操作，對設備電流進行切斷，檢查勵磁系統的熔斷器是否正常。同時，還需注意的是，勵磁系統中的三相熔斷器也經常會出現爆裂，發生裂痕。為了防止該類問題的發生，在機組停止運行之后相關工作人員要對各個部位進行檢查，如果發現問題要更換元器件，方便后續機組運行。

非全線運行則指的是機組在啟動之后，發電機在一段時間之內會不斷地升高電壓，直到歸零。這部分的原因主要是風機發生故障導致的，因此在維護和檢修過程中，要關注自動逆變器的狀態條件有無發生變化，檢查聲響的來源，隨后要測量發電機定子和轉子的數值，如果發現該系統仍然處在相對較為穩定的狀態，則還需要進行相關的開關檢測，開關箱內的動觸頭連桿螺絲如果發生丟失，會影響到開關的合理性和有效性，造成電壓出現問題。針對該類故障，工作人員要快速找到故障發生的原因針對性處理，并且采取相關措施展開檢修和后續維護。

5 結語

綜上所述，勵磁系統是水電站機組運行中不能缺少的一個部分，為提高水電站機組的運行質量，確保供電的安全性，必須對勵磁系統所涉及的設備進行檢查，其中任何一個環節出現問題和故障都會影響到該系統作用的發揮。在實踐過程中，相關工作人員要整理該系統常見的故障類型并做好記錄，針對相關故障現象及時判斷故障位置，采取行之有效的措施進行修復。此外，工作人員還要加強對勵磁系統的日常監督和管理，制定完善的設備管理日常制度，做到防患于未然。