韓永強(qiáng)

摘要：在火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，勵(lì)磁系統(tǒng)是重要組成部分，作用在于提供可進(jìn)行調(diào)節(jié)的直流電流，確保機(jī)端電壓穩(wěn)定，從而滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行要求。但勵(lì)磁系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)由于受到諸多內(nèi)外因素的影響常出現(xiàn)一些故障，影響其作用的發(fā)揮。為此，有必要分析并掌握火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障類型與產(chǎn)生原因，為故障防治提供參考。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁系統(tǒng)；常見故障

1、火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)概述

1.1基本結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械能或者其他能量與電能的相互轉(zhuǎn)換，同步發(fā)電機(jī)需要有一個(gè)直流磁場，直流電流為發(fā)電機(jī)提供所需要的直流磁場，提供直流電流的系統(tǒng)就是勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。而提供直流電的方式又分為直流發(fā)電機(jī)供電、交流發(fā)電機(jī)供電和無勵(lì)磁機(jī)三種。其中，無勵(lì)磁機(jī)是指在勵(lì)磁方式中不設(shè)置專門的勵(lì)磁機(jī)，而通過發(fā)電機(jī)本身獲取勵(lì)磁電源，經(jīng)過整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁，該方式被稱為自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)式靜止勵(lì)磁又分自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)2種方式，自并勵(lì)方式通過接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得勵(lì)磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，這種勵(lì)磁方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備少、投資省和維護(hù)工作量少。自復(fù)勵(lì)方式的勵(lì)磁電源由電壓源和電流源疊加而成。其中，并聯(lián)在機(jī)端的勵(lì)磁變壓器與串聯(lián)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的勵(lì)磁變流器（SL稱串聯(lián)變壓器）的二次繞組在交流側(cè)相串聯(lián)，然后經(jīng)可控硅整流后，供給勵(lì)磁繞組。這種勵(lì)磁方式的勵(lì)磁功率不僅取決于定子電流和電壓，而且取決于電壓和電流間的相角差。

1.2主要功能

勵(lì)磁系統(tǒng)能否正常運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有直接的影響。勵(lì)磁系統(tǒng)主要功能有：（1）維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱來恒定機(jī)端電壓。（2）合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無功分配。（3）維護(hù)電力設(shè)備安全運(yùn)行。在正常運(yùn)行及事故情況下，能提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在短路故障期間以及故障切除之后，性能良好的勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以盡量維持電力系統(tǒng)的電壓、加速電壓的恢復(fù)，從而有利于維護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。除此之外，勵(lì)磁系統(tǒng)還能提高帶時(shí)限的繼電保護(hù)裝置的工作靈敏性和動(dòng)作準(zhǔn)確性（4）提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端。同步發(fā)電機(jī)的磁場電流經(jīng)由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流器和磁場斷路器供給。勵(lì)磁變壓器將發(fā)電機(jī)端電壓降至整流單元所需的輸入電壓。滅磁回路主要由磁場斷路器、滅磁電阻和晶閘管跨接器組成。除勵(lì)磁調(diào)節(jié)器外，一些接口電路如快速輸入/輸出模塊和功率信號(hào)接口模塊也被用來提供測量和控制信號(hào)的電隔離。

1.3調(diào)節(jié)和控制算法

（1）PID調(diào)節(jié)及算法。PID調(diào)節(jié)器是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，但相對(duì)穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。（2）PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）。在正常運(yùn)行條件下，以發(fā)電機(jī)端電壓為負(fù)反饋量的發(fā)電機(jī)閉環(huán)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是穩(wěn)定的，當(dāng)轉(zhuǎn)子功率角發(fā)生震蕩時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)提供的勵(lì)磁電流的相位滯后于轉(zhuǎn)子功率角。在某一頻率，當(dāng)滯后角度達(dá)到180°時(shí)，原來的負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，?lì)磁電流的變化進(jìn)一步導(dǎo)致轉(zhuǎn)子功率角的震蕩，即產(chǎn)生了所謂的“負(fù)阻尼”。PID調(diào)節(jié)主要是針對(duì)電壓偏差信號(hào)而設(shè)計(jì)的，它所產(chǎn)生的超前相位頻率未必與低頻震蕩頻率同相，即未必能滿足補(bǔ)償負(fù)阻尼所需的相位。此外，在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中為了控制電壓，必須連續(xù)地對(duì)電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此無法區(qū)別阻尼轉(zhuǎn)矩為正值還是負(fù)值，難以顧及發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)及保證阻尼轉(zhuǎn)矩為正值的要求。因此，PID調(diào)節(jié)方式對(duì)于抑制系統(tǒng)低頻震蕩的作用是有限的。PSS是在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差中的一種或兩種信號(hào)作為附加控制，其作用是增加電力系統(tǒng)震蕩的阻尼，以增加電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性。

2、火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障及處理

火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在運(yùn)行中，常見的故障現(xiàn)象有：發(fā)電機(jī)無法起壓、發(fā)電機(jī)失磁、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地。上述勵(lì)磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成火力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，極大的影響了發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。下面針對(duì)上述問題在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的具體體現(xiàn)，以及造成的影響及處理進(jìn)行簡要的分析研究。

2.1發(fā)電機(jī)無法起壓

發(fā)電機(jī)運(yùn)行中如勵(lì)磁系統(tǒng)缺少剩磁，則在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中無法建立勵(lì)磁電壓，該類現(xiàn)象下則造成發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行中達(dá)不到起壓效果。具體分析在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)無法起壓，勵(lì)磁系統(tǒng)缺少剩磁主要的原因?yàn)槭４胚^少，并且由于設(shè)備維修中接線錯(cuò)誤，造成設(shè)備啟動(dòng)瞬間電流傳輸造成了剩磁消失現(xiàn)象，最終因剩磁消失造成發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中無法建立電壓。為此，在發(fā)電機(jī)檢修時(shí)，勵(lì)磁回路的接線必須正確，檢修過程中要在拆下的線頭上掛標(biāo)示牌，以免接錯(cuò)勵(lì)磁回路。另外，在進(jìn)行通直流電測量電阻試驗(yàn)時(shí)，要將勵(lì)磁回路斷開，等待測量完畢再重新接通。如果有不能斷開的情況發(fā)生，則必須注意通入直流電和勵(lì)磁器正負(fù)方向要保持一致。其次要檢查發(fā)電機(jī)是否起勵(lì)、起勵(lì)電源是否正常、勵(lì)磁變運(yùn)行是否良好、功率柜工作是否正常、整流橋觸發(fā)脈沖切除開關(guān)是否斷開等。

2.2發(fā)電機(jī)失磁

發(fā)電機(jī)失磁是指發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中由于失去勵(lì)磁電流致使轉(zhuǎn)子磁場消失的現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)失磁往往都是因?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致的。發(fā)電機(jī)失磁故障出現(xiàn)時(shí)會(huì)伴隨以下現(xiàn)象：轉(zhuǎn)子電流表指針指向0（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路斷開）或接近0（勵(lì)磁回路開路，有剩磁殘留）的位置，校正器電流增大；定子電流顯著增大并擺動(dòng)；發(fā)電機(jī)端電壓及母線電壓較小并擺動(dòng)；無功表指示到負(fù)值區(qū)域，有功表指示降低并擺動(dòng)；轉(zhuǎn)子電壓表指示異常；功率因數(shù)進(jìn)相；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速增大、頻率略有增加等。發(fā)電機(jī)失磁故障的出現(xiàn)造成電網(wǎng)電壓快速降低，嚴(yán)重的影響了供電質(zhì)量，且由于電壓降低的時(shí)間過快，電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)了一定的電網(wǎng)震蕩現(xiàn)象，并且造成了大范圍的停電事故，對(duì)于用電戶的安全用電造成了極大的危害。因此分析在實(shí)際發(fā)展中關(guān)于火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的失磁故障現(xiàn)象，為有效的進(jìn)行故障現(xiàn)象的處理，設(shè)備維護(hù)人員首先應(yīng)進(jìn)行故障設(shè)備的隔離停機(jī)處理。通過隔離停機(jī)使得故障發(fā)電機(jī)脫離發(fā)電機(jī)組，之后通過發(fā)電機(jī)維護(hù)檢修的方式，進(jìn)行失磁發(fā)電機(jī)的維修。

2.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地

發(fā)電機(jī)為火力發(fā)電廠中重要的一類電氣設(shè)備，火力發(fā)電中主要通過煤炭燃燒提供能量，之后通過能量轉(zhuǎn)換的形式實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)。該類作業(yè)環(huán)境下發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)積灰現(xiàn)象也較為多見。積灰現(xiàn)象的出現(xiàn)，加之發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子槽口絕緣損壞，引線絕緣損壞現(xiàn)象的出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中則有可能產(chǎn)生一點(diǎn)接地事故。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中勵(lì)磁系統(tǒng)或轉(zhuǎn)子繞組中出現(xiàn)一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地，極大的影響了發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其中具體分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)接地現(xiàn)象，造成的主要不良現(xiàn)象體現(xiàn)為發(fā)電機(jī)無功功率減小，勵(lì)磁電流快速升高，儀表盤指示燈點(diǎn)亮。最終在持續(xù)運(yùn)行的過程中對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，以及用電戶的安全用電都造成了極大的危害。勵(lì)磁系統(tǒng)或者轉(zhuǎn)子繞組中回路的任何一處有兩點(diǎn)接地出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)有發(fā)電機(jī)盤上相應(yīng)提示光字牌亮，勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流劇烈升高，發(fā)電機(jī)無功功率減小、功率因數(shù)可能進(jìn)相，發(fā)電機(jī)劇烈振動(dòng)，轉(zhuǎn)子、定子電壓減小以及校正器電流增大等現(xiàn)象出現(xiàn)。由以上現(xiàn)象可以看出，勵(lì)磁系統(tǒng)或者轉(zhuǎn)子繞組中回路兩地接地危害很大，因此當(dāng)有一點(diǎn)接地發(fā)生時(shí)，就需要及時(shí)查找故障點(diǎn)并設(shè)法消除。為了防止勵(lì)磁系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，應(yīng)該在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路中安裝絕緣監(jiān)察裝置，并且定期對(duì)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路絕緣電阻進(jìn)行測定，有一點(diǎn)接地出現(xiàn)就及時(shí)消除。

3、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段我國火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，出現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，對(duì)于發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，以及電能的穩(wěn)定生產(chǎn)造成了極大的影響。因此分析在實(shí)際發(fā)展中為有效的處理火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)從勵(lì)磁系統(tǒng)接線檢測，安裝系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置以及隔離維護(hù)處理的方向進(jìn)行發(fā)展。以此合理有效的進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)的檢修處理，并且降低勵(lì)磁系統(tǒng)故障現(xiàn)象，造成更大范圍電力故障現(xiàn)象，保障發(fā)電企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，并且合理的控制故障造成的損失，推動(dòng)電力企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

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（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司）