周加慶

（大唐四川水電開發(fā)有限公司，成都 610091）

勵磁系統(tǒng)作為水電站發(fā)電機的重要組成部分，在發(fā)電機運行時承擔著調節(jié)發(fā)電機的出口電壓和機組無功功率的任務。水電站勵磁系統(tǒng)故障會直接影響到水電機組的安全運行，嚴重時將導致水電機組停運、水庫棄水等事件發(fā)生，本文將對勵磁系統(tǒng)的常見故障及其原因、對策進行介紹。

1 水電勵磁系統(tǒng)概述

水電站勵磁系統(tǒng)包括發(fā)電機勵磁電流電源和相關的附屬設備，主要由勵磁調節(jié)器和勵磁功率單元組成。勵磁調節(jié)是根據(jù)設定好的調節(jié)準則，通過采集接受的信號最終實現(xiàn)控制勵磁單元的輸出。勵磁電流由發(fā)電機轉子產(chǎn)生，勵磁系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可以保障電力系統(tǒng)并網(wǎng)機組的運行穩(wěn)定。

通常對于水電機組來說，根據(jù)機組的容量不同，其勵磁方式也不同。容量大于500kW 的機組勵磁方式采用自并勵可控硅勵磁，小于500kW 的水電機組勵磁方式為雙繞組電抗器分流自復勵方式，投產(chǎn)較早的水電機組勵磁方式為永磁副勵磁機和交流側串聯(lián)相復勵方式。

自并勵靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)的組成包括勵磁變壓器柜、交流隔離開關柜、整流柜、直流滅磁開關柜、直流隔離開關柜、非線性電阻柜、輔助柜、調節(jié)柜。正常情況下勵磁調節(jié)器采用自動電壓調節(jié)（AVR）控制方式。自動電壓調節(jié)（AVR）控制是通過調節(jié)PID調節(jié)器的輸出來改變發(fā)電機的勵磁電流，該調節(jié)器的輸入為發(fā)電機機端電壓和電壓給定值的偏差。最終實現(xiàn)發(fā)電機端電壓的穩(wěn)定。具體調節(jié)原理如圖1所示。

圖1 某水電站勵磁調節(jié)器AVR 控制原理圖

2 水電站勵磁系統(tǒng)的常見故障分析及對策

2.1 失磁

1）原因分析

（1）通過查找保護動作時的記錄和錄波發(fā)現(xiàn)，失磁故障發(fā)生時錄波顯示轉子電壓下降的突變量起動。

（2）由錄波起動開始，56ms 后轉子電壓下降至0.400ms 轉子電壓變?yōu)樨撝?，此時電流和定子電壓擺動劇烈，1280ms 失磁保護動作。

（3）在經(jīng)過仔細檢查后發(fā)現(xiàn)勵磁功率電源的交流側開關S111 的輔助接點松動，該節(jié)點松動造成接觸電阻偏大，從而出現(xiàn)失磁故障。由于該點的松動導致勵磁系統(tǒng)逆變滅磁后出現(xiàn)失磁。

2）處理對策

（1）為了及時發(fā)現(xiàn)開關接點的故障，在S111開關輔助接點處增加一個故障監(jiān)控錄波器加強監(jiān)控。

（2）定期對勵磁開關輔助接點進行檢查和緊固，提高勵磁開關輔助接點的可靠性。

2.2 整流電源故障

1）原因分析

某水電站采用的是可控硅自并激26MW 機組，機組起動后發(fā)電機不起壓，檢查外部條件均滿足，勵磁裝置無異常報警。針對此現(xiàn)象可能存在的故障原因有：

（1）勵磁調節(jié)器和可控硅整流裝置電氣回路故障。

（2）整流電源存在故障。

采取措施對上述兩個可能的原因進行了一一排除。首先檢查了勵磁調節(jié)器和可控硅整流裝置的電氣回路，檢查后未發(fā)現(xiàn)異常。接著對可控硅電源進行了仔細檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)可控硅電源輸入閘刀B 相斷裂造成了整流電源缺相，從而使發(fā)電機起壓不成功。

勵磁直流助磁不投的主要原因是由于B 相斷裂造成勵磁同步電壓無法建立，同時由于同步電壓回路故障信號報警的靈敏度設計較低，使得無報警發(fā)出。

2）對策

（1）可控硅電源輸入B 相閘刀進行更換。

（2）提高同步電壓回路故障信號報警的靈敏度，進行試驗正常后投入使用。

2.3 自復勵式勵磁

自復勵勵磁方式優(yōu)點是靜態(tài)電壓調節(jié)精度較高具有較強的電流補償作用，可在機端發(fā)生短路時提供強勵電流，缺點是由于電流補償?shù)淖饔萌菀讓е掳l(fā)電機空載并列運行時不穩(wěn)定。

1）原因分析

圖2所示為某水電站雙繞組電抗分流勵磁回路接線圖。在機組大修后起動時，發(fā)電機出口電壓三相不平衡，在三組電壓中兩組為 400V，一組為380V。在發(fā)電機并網(wǎng)后進行機組無功負荷增加時，發(fā)電機的勵磁電流越增越小，最后造成發(fā)電機欠勵磁運行。

圖2 某水電站雙繞組電抗分流勵磁回路接線圖

進行勵磁線圈的檢查后發(fā)現(xiàn)，主、副繞組相序接錯，所以才會出現(xiàn)勵磁電流越加越小的現(xiàn)象。

2）對策

（1）提高檢修質量，把好驗收關。

（2）將主、副繞組相序改正。

2.4 勵磁變高壓熔斷器爆裂

1）故障過程

某廠水電機組在進行發(fā)電機組溫升試驗完畢后進行停機操作時，突然聽到控制室外一聲爆響，接著該機組跳閘。

2）故障檢查和原因分析

在故障發(fā)生后，立即進行一次和二次系統(tǒng)檢查，對機組勵磁系統(tǒng)、調速系統(tǒng)進行檢查，測發(fā)電機定子和轉子絕緣，檢查勵磁變、主變一次和二次回路。

檢查后發(fā)現(xiàn)勵磁變B 相高壓熔斷器爆裂，調節(jié)器專用電壓互感器高壓側三相熔斷器全部炸裂。經(jīng)過對熔斷器進行試驗后發(fā)現(xiàn)該熔斷器存在質量問題，熔斷電流只有其額定熔斷電流的1/2 左右。

3）處理措施

（1）對發(fā)電機定子和轉子，一次和二次系統(tǒng)進行全面的檢查，防止類似事件再發(fā)生。

（2）將同類型、同型號的高壓側熔斷器更換為大容量熔斷器，同時保證是合格產(chǎn)品，進行抽樣做試驗檢查。

2.5 發(fā)電機非全相運行

1）故障過程

某水電站在機組起動后發(fā)電機升壓時，電壓在升到額定值后迅速降至0，懷疑是風機故障導致。為了排查原因，對機組進行手動起勵，同樣是電壓升高后迅速降至0。伴隨有異常聲音。測量發(fā)電機定子和轉子絕緣均正常。單獨進行發(fā)電機和勵磁逆變的試驗，機組出口開關拉至試驗位置情況下對發(fā)電機進行升壓，發(fā)電機出口電壓能夠穩(wěn)定在額定電壓。同時對勵磁進行逆變試驗，同樣也正常。

在將發(fā)電機出口開關推到工作位置的過程中有報警顯示母線B 相有金屬性接地。開關拉至試驗位置后報警消失。由此可以判斷出是發(fā)電機出口開關故障導致。對開關出頭搖絕緣對地絕緣均正常，觸頭上下口之間絕緣B 相為0，說明B 相在合入位置。對開關B 相進行檢查后發(fā)現(xiàn)，該相動觸頭連桿螺絲掉了導致開關在分開時實際并沒有分開。

2）原因分析

這是一起由于開關沒有斷開而引起的勵磁系統(tǒng)故障。在發(fā)電機升壓后，由于三相電壓不同期，勵磁調節(jié)器的控制脈沖被破壞，使得發(fā)電機電壓自動逆變滅磁。發(fā)電機的非全相可能會造成發(fā)電機定子線圈燒毀等惡性事故發(fā)生。

3）對策

（1）在操作發(fā)生故障時，運行人員應立即查閱相關報警記錄，從而及時發(fā)現(xiàn)故障原因。

（2）認真做好開關的運行和檢修工作，做好檢修后的各項驗收和檢查、設備的傳動和試驗工作。

3 結論

本文對勵磁系統(tǒng)的常見故障進行了介紹，并分析了其發(fā)生的原因，提出了相應的對策。勵磁系統(tǒng)在故障發(fā)生時，要及時查閱相關報警記錄和操作記錄，判斷出相應故障發(fā)生的位置。在設備檢修過程中要把好關，認真進行試驗和檢查，把好驗收關，防止設備在投運過程中出現(xiàn)故障。勵磁系統(tǒng)作為水 電站的重要系統(tǒng)，其安全運行直接影響到機組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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