【摘要】水電站肩負(fù)著進(jìn)行水力發(fā)電的重任，控制水力發(fā)電的正常進(jìn)行對(duì)于國(guó)民生產(chǎn)的順利運(yùn)行具有十分重要的意義。作為水電站十分重要的控制系統(tǒng)以及水電站發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)嚴(yán)重威脅到水電站的安全運(yùn)行，因此，只有對(duì)水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行細(xì)致分析，才能夠找到合適的解決方法。

【關(guān)鍵詞】水力發(fā)電機(jī)組；勵(lì)磁系統(tǒng)；故障處理

1.水電勵(lì)磁系統(tǒng)與勵(lì)磁方式的分類

1.1水電勵(lì)磁系統(tǒng)

水電站的勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁功率單元組成，包含發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流電源及其他相關(guān)電氣設(shè)備。勵(lì)磁系統(tǒng)是水力發(fā)電機(jī)組重要的控制系統(tǒng)，是根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)來控制勵(lì)磁單元的輸出，這一動(dòng)作的產(chǎn)生是在采集接受信號(hào)之后做出的，勵(lì)磁系統(tǒng)中的勵(lì)磁電流是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的，因此保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行就是保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)以及水力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2勵(lì)磁方式的分類

晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁方式不固定，可以分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類型，其中，他勵(lì)方式可細(xì)分為交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止晶閘管方式和無(wú)刷勵(lì)磁方式，自勵(lì)方式可細(xì)分為自復(fù)勵(lì)和自并勵(lì)，自復(fù)勵(lì)包括直流側(cè)疊加自復(fù)勵(lì)和交流側(cè)疊加自復(fù)勵(lì)，由于疊加方式的不同還可以往下細(xì)分。他勵(lì)方式采用獨(dú)立的電源，可以免受電力系統(tǒng)的干擾，系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求不高，系統(tǒng)維護(hù)的難度比較低，工作量比較小，但是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子電流、電壓等一些參數(shù)不能被直接監(jiān)視。由于采用他勵(lì)方式需要增加一些設(shè)備，需要加高或者擴(kuò)寬廠房等，因此在很多大中型水電站中采用這種勵(lì)磁方式的較少。自復(fù)勵(lì)方式不同系統(tǒng)性能也有所不同，在實(shí)際運(yùn)行中，自復(fù)勵(lì)方式存在著勵(lì)磁變壓器和變流器占地面積大、線路復(fù)雜、維護(hù)難度大、工作量大、對(duì)環(huán)境要求較高等劣勢(shì)。水電勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁方式和水電機(jī)組的容量有關(guān)，機(jī)組容量大于500kW的一般采用自并勵(lì)可控硅的勵(lì)磁方式，而機(jī)組容量小于500kW的水電機(jī)組則采用雙繞組電抗器分流自復(fù)勵(lì)的勵(lì)磁方式，早期投入生產(chǎn)與運(yùn)用的水電機(jī)組主要采用的是永磁副勵(lì)磁機(jī)和交流側(cè)串聯(lián)相復(fù)勵(lì)的勵(lì)磁方式。自并勵(lì)靜止可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁變壓器柜、交流隔離開關(guān)柜、直流滅磁開關(guān)柜、調(diào)節(jié)柜等，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用自動(dòng)電壓對(duì)控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方式主要是通過改變PID調(diào)節(jié)器的輸出來控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，而PID調(diào)節(jié)器輸入的則是發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電壓給定值的偏差。

2.水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障分析及對(duì)策

2.1失磁故障

某水電站勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生失磁故障，保護(hù)動(dòng)作以及錄波記錄顯示故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)子電壓下降的突變量發(fā)生明顯變化，從錄波起動(dòng)開始，經(jīng)過56ms后轉(zhuǎn)子電壓下降到0.400ms，最后變?yōu)樨?fù)值，在轉(zhuǎn)子電壓下降的同時(shí)電流和定子電壓發(fā)生了劇烈搖擺，之后出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作。工作人員對(duì)勵(lì)磁功率電源的交流側(cè)開關(guān)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)的輔助接點(diǎn)發(fā)生松動(dòng)，松動(dòng)造成開關(guān)處接觸電阻偏大，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁后引發(fā)了失磁故障。為避免失磁故障發(fā)生，及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)處的故障，可以在勵(lì)磁功率電源的交流側(cè)開關(guān)的輔助接點(diǎn)處安裝一個(gè)故障監(jiān)控錄波器，對(duì)這一部位加強(qiáng)監(jiān)控，同時(shí)要定期對(duì)這一輔助接點(diǎn)進(jìn)行檢查，及時(shí)進(jìn)行緊固，不斷提高輔助接點(diǎn)的可靠性，減少并預(yù)防失磁故障的發(fā)生。

2.2發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行故障

某水電站在機(jī)組起動(dòng)后發(fā)電機(jī)升壓時(shí)，電壓先上升到額定值，之后迅速下降到0。工作人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)起勵(lì)，發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子絕緣經(jīng)檢測(cè)都正常，單獨(dú)進(jìn)行發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁逆變?cè)囼?yàn)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口電壓都可以穩(wěn)定在額定電壓，但是將發(fā)電機(jī)出口開關(guān)推到工作位置的過程中有報(bào)警顯示母線B相有金屬性接地，但開關(guān)到達(dá)實(shí)驗(yàn)位置后報(bào)警消失，由此可以判斷是發(fā)電機(jī)出口開關(guān)發(fā)生了故障。由于開關(guān)沒有斷開，發(fā)電機(jī)升壓后，三相電壓不同期使勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制脈沖被破壞，發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)逆變滅磁。因此在故障發(fā)生時(shí)，工作人員要檢查報(bào)警記錄，及時(shí)分析并發(fā)現(xiàn)故障原因，提高責(zé)任意識(shí)，認(rèn)真做好開關(guān)運(yùn)行、檢修工作。

2.3自復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁故障

自復(fù)勵(lì)方式的勵(lì)磁系統(tǒng)雖然線路復(fù)雜、維護(hù)難度大、工作量大、對(duì)環(huán)境要求高，但是對(duì)靜態(tài)電壓的調(diào)節(jié)精度比較高，而且在發(fā)生短路的時(shí)，可以提供強(qiáng)勵(lì)電流，具有很強(qiáng)的電流補(bǔ)償作用。某水電站采用雙繞組電抗分流勵(lì)磁系統(tǒng)，機(jī)組啟動(dòng)之后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口電壓三相不平衡，并網(wǎng)之后增加機(jī)組無(wú)功負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流逐漸減小，最后使發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行檢查之后發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁線圈的主、副繞組相序出現(xiàn)了錯(cuò)誤，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)功負(fù)荷不斷增加時(shí)勵(lì)磁電流不斷減小。為了解決這一問題，工作人員要改正主、副繞組的相序，不斷提高檢修與驗(yàn)收的質(zhì)量。

2.4整流電源故障

某一水電站采用的是26MW的可控硅自并激機(jī)組，啟動(dòng)機(jī)組后發(fā)電機(jī)卻不起壓，工作人員對(duì)機(jī)組的外部條件進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)生異常，勵(lì)磁裝置也沒有發(fā)生報(bào)警。在這種狀況下可能出現(xiàn)的故障原因是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流裝置電氣回路發(fā)生了故障或者是整個(gè)電源都出現(xiàn)了故障。為了解決這一問題，需要對(duì)兩個(gè)可能性的故障進(jìn)行排除，工作人員先檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流裝置的電氣回路，但沒有發(fā)現(xiàn)異常，第一種可能可以排除。之后檢查可控硅電源，發(fā)現(xiàn)電源輸入閘刀的B相發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致整流電源缺相，因此發(fā)電機(jī)無(wú)法正常起壓。勵(lì)磁裝置不報(bào)警是因?yàn)殚l刀的一側(cè)相斷裂后導(dǎo)致勵(lì)磁同步電壓無(wú)法建立，同時(shí)，由于同步電壓回路設(shè)置的故障信號(hào)報(bào)警靈敏度太低，使得警報(bào)無(wú)法發(fā)出。為了解決這一故障，工作人員應(yīng)當(dāng)更換可控硅電源斷裂的閘刀B相，并且提高同步電壓回路故障信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的靈敏度，經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試正常之后可以投入使用。

2.5勵(lì)磁變高壓熔斷器爆裂故障

某廠的水電機(jī)組在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組溫升試驗(yàn)后進(jìn)行停機(jī)操作，控制室外出現(xiàn)爆炸，隨后水電機(jī)組跳閘。在故障發(fā)生后，工作人員立即對(duì)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查勵(lì)磁變和主變回路，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變的B相高壓熔斷器出現(xiàn)了爆裂，電壓互感器高壓側(cè)的三相熔斷器也全部炸裂，對(duì)熔斷器進(jìn)行試驗(yàn)與檢查后發(fā)現(xiàn)熔斷器存在質(zhì)量問題，熔斷器的熔斷電流只有額定熔斷電流的一半。為了解決這一故障，需要將這種熔斷器更換成大容量熔斷器，保證熔斷器的質(zhì)量，還要對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢查，以防止類似事件的再次發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

勵(lì)磁系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保證發(fā)電機(jī)組、水電站以及電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性具有十分重要的意義，因此，工作人員要熟知常見的勵(lì)磁系統(tǒng)故障，故障發(fā)生時(shí)及時(shí)查找相關(guān)報(bào)警記錄及系統(tǒng)操作記錄等，及時(shí)確定故障發(fā)生位置，做好故障應(yīng)對(duì)與處理措施。進(jìn)行設(shè)備檢修時(shí)要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證設(shè)備投入使用后不會(huì)出現(xiàn)故障，只有保障勵(lì)磁系統(tǒng)的安全運(yùn)行，才能保證水電站的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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