廣東省能源集團(tuán)天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠 張延龍

1 水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)分析

水電廠。即將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓こ淘O(shè)施，又被稱之為水電站。水電廠樞紐中的建筑物包括擋水建筑物、泄水建筑物、進(jìn)水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及廠房樞紐建筑物等，同時(shí)水電廠中也有很多設(shè)備，如水輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁設(shè)備、升壓變壓器、高壓配電裝置等。

勵(lì)磁系統(tǒng)。指的是供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源與其附屬設(shè)備，主要是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與勵(lì)磁功率單元共同構(gòu)成的。其中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可根據(jù)輸入信號(hào)及調(diào)節(jié)準(zhǔn)則進(jìn)行勵(lì)磁功率單元的輸出，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可有效增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而勵(lì)磁功率單元可為同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可將勵(lì)磁系統(tǒng)劃分為不同類型。如，直流電機(jī)中的勵(lì)磁方式有復(fù)勵(lì)、他勵(lì)、串勵(lì)及并勵(lì)等類型；整流電機(jī)的勵(lì)磁方式有旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁、靜止式勵(lì)磁。當(dāng)前最常用的方式是自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁，主要是由整流柜、隔離開關(guān)、變壓器、滅磁開關(guān)、調(diào)節(jié)柜及非線性電阻等多種設(shè)備共同構(gòu)成的，應(yīng)用了自動(dòng)調(diào)壓這種方式調(diào)節(jié)勵(lì)磁。自動(dòng)調(diào)壓方式主要是利用PID 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的，可通過對(duì)比機(jī)端實(shí)際電壓與給定值調(diào)節(jié)勵(lì)磁，增強(qiáng)輸出電壓的穩(wěn)定性。

2 水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)的故障原因及對(duì)策

2.1 失磁故障

是水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障，會(huì)對(duì)其正常運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，需綜合分析失磁故障的原因并采取針對(duì)性解決措施。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若系統(tǒng)某一位置出現(xiàn)故障這一區(qū)域的錄波就會(huì)詳細(xì)記錄，這一位置的電壓值也會(huì)出現(xiàn)突變的情況。在這種情況下，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)問題后需要即做出應(yīng)急處理，保障設(shè)備安全，然后由檢修人員詳細(xì)分析錄波信息，及時(shí)找出故障位置與原因。一般情況下錄波開啟后一段時(shí)間內(nèi)電壓值就會(huì)不斷下降為負(fù)值，導(dǎo)致電力與定子的電壓出現(xiàn)較大變化，這就可判斷為失磁故障。出現(xiàn)失磁故障的主因是勵(lì)磁系統(tǒng)功率電壓開關(guān)輔助觸點(diǎn)的接觸不穩(wěn)定，導(dǎo)致接觸電阻過大，繼而造成系統(tǒng)出現(xiàn)逆變，形成失磁故障。

為避免系統(tǒng)出現(xiàn)失磁故障，可在開關(guān)接點(diǎn)位置安裝一個(gè)故障監(jiān)控錄波器，對(duì)開關(guān)接點(diǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)位置的異常情況，并通過有效措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)；其次也需定期檢查勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)位置，若有問題需及時(shí)處理，從而增強(qiáng)勵(lì)磁開關(guān)接點(diǎn)的穩(wěn)定性。

2.2 整流電源故障

水電機(jī)組在運(yùn)行過程中對(duì)電壓要求較高，需將電壓一直控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且其他條件也符合勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行要求，但在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)電機(jī)沒有電壓，而勵(lì)磁裝置沒有任何報(bào)警反應(yīng)，這就需綜合分析故障出現(xiàn)的原因。常見原因包括回路出現(xiàn)故障或整流電源出現(xiàn)故障，但并不能明確是由哪種原因造成的，因此需逐一排查：首先，發(fā)現(xiàn)故障后應(yīng)檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與可控硅整流裝置間是否存在問題，若沒有問題就不是由回路故障造成的；其次需檢查可控硅電源部位，若閘刀位置存在斷裂情況就說明是其造成的整流電源異常，繼而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)沒有電壓、無法正常運(yùn)行，這就屬于整流電源故障，需采取有效措施解決問題[1]。

為解決整流電源故障，可及時(shí)將可控硅電源的閘刀更換成新閘刀。其次，檢修也需通過有效措施增強(qiáng)電壓回路故障報(bào)警信號(hào)的靈敏性，并對(duì)其靈敏性進(jìn)行試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果合格便可正常使用。

2.3 自并勵(lì)勵(lì)磁故障

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)也是水電廠常用系統(tǒng)，主要是由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換裝置、過電壓保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)消磁裝置、功率整流裝置、勵(lì)磁啟動(dòng)裝置及勵(lì)磁操作控制設(shè)備共同組成，相比其他勵(lì)磁系統(tǒng)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性與安全性，且運(yùn)行成本相對(duì)較低，但在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中系統(tǒng)仍會(huì)出現(xiàn)故障。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障有PT 斷線故障、起勵(lì)失敗、勵(lì)磁變過熱等。

PT 斷線故障。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中每一相的電壓都大于三相電壓平均值的80%，若PT 電壓大于10%就可能會(huì)發(fā)生PT 故障。PT 斷線故障可能由多種因素造成，需逐一排查，明確是PT 高壓側(cè)保險(xiǎn)絲熔斷、調(diào)節(jié)器DSP 板出現(xiàn)故障還是PT 回路二次接線存在松動(dòng)。若想排除PT 斷線故障，應(yīng)在明確故障原因后采取合理措施，如檢查PT 輸入端三相電壓是否平衡、更換DSP 板或使DSP 板的指示燈處于正常工作狀態(tài)、對(duì)二次回路的接線端進(jìn)行緊固處理。

起勵(lì)失敗。在起勵(lì)過程中可能會(huì)出現(xiàn)起勵(lì)失敗情況，即機(jī)端電壓沒有達(dá)到設(shè)置值，起勵(lì)操作自動(dòng)推出去就是起勵(lì)失敗。造成起勵(lì)失敗的原因有，起勵(lì)時(shí)間設(shè)置過短，導(dǎo)致發(fā)電器電壓不足，無法支撐整流橋?qū)ǎ辉谕瓿蓹z修工作之后沒有對(duì)滅磁開關(guān)、直流側(cè)刀閘等進(jìn)行合閘處理；在對(duì)機(jī)組進(jìn)行修理后沒有進(jìn)行充磁試驗(yàn)，導(dǎo)致磁場(chǎng)不穩(wěn)定。為防范此故障，勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)間應(yīng)設(shè)置在8s 左右；在完成檢修工作后及時(shí)對(duì)所有開關(guān)進(jìn)行合閘處理；完成機(jī)組修理工作后立即進(jìn)行充磁試驗(yàn)。

勵(lì)磁變過熱。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中勵(lì)磁變可能會(huì)出現(xiàn)過熱甚至冒煙等故障，主要是由于冷卻裝置運(yùn)行問題造成的。出現(xiàn)這一故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出高溫警報(bào)，此時(shí)應(yīng)降低勵(lì)磁輸出，確保發(fā)電機(jī)的電壓大于額定電壓的95%，并對(duì)運(yùn)行環(huán)境與冷卻裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。

2.4 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行故障

在運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)非全相運(yùn)行的情況，需做好防范工作。如，某一水電組在啟動(dòng)后電壓先升高到額定值，之后迅速下降變成零且存在異響，這就需檢測(cè)故障原因。在故障排查時(shí)應(yīng)先將勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)方式從自動(dòng)起勵(lì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)起勵(lì)，若電壓變化情況一致需進(jìn)行下一步檢測(cè)。同時(shí)檢修人員需配合檢測(cè)發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子，若運(yùn)行穩(wěn)定需進(jìn)行絕緣檢驗(yàn)與逆變檢驗(yàn)。進(jìn)行系統(tǒng)絕緣檢驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)絕緣沒有問題再進(jìn)行逆變?cè)囼?yàn)，也同樣沒有問題。但在出口開關(guān)處于工作狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，提示B 相出現(xiàn)接地短路情況，當(dāng)出口開關(guān)處于試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)沒有報(bào)警信號(hào)，說明系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的出口開關(guān)存在問題[2]。檢修人員測(cè)量各相絕緣后，發(fā)現(xiàn)B 相兩個(gè)觸點(diǎn)間的絕緣為零，且開關(guān)分開時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)處于斷開狀態(tài)中，這就證明觸點(diǎn)位置存在問題。經(jīng)詳細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)動(dòng)觸頭缺少連桿螺絲，導(dǎo)致出口開關(guān)無法正常開合。若開關(guān)無法及時(shí)斷開三相系統(tǒng)的電壓就會(huì)不同，會(huì)破壞勵(lì)磁系統(tǒng)的控制脈沖，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)逆變情況，造成了滅磁。

若發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了嚴(yán)重的非全相運(yùn)行的故障就可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，因此當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)在最短時(shí)間明確故障的發(fā)生原因，并根據(jù)具體原因進(jìn)行檢修，保障發(fā)電機(jī)一直處于全相運(yùn)行狀態(tài)中。

3 全面開展勵(lì)磁系統(tǒng)日常管理工作

加強(qiáng)勵(lì)磁開關(guān)設(shè)備監(jiān)視。若勵(lì)磁系統(tǒng)開關(guān)輔助接觸點(diǎn)特別大就會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)，甚至可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)逆狀態(tài)。同時(shí)若繼電器的接點(diǎn)出現(xiàn)故障也會(huì)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，但無法通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到過小的勵(lì)磁開關(guān)輔助接觸點(diǎn)分段，不會(huì)產(chǎn)生異常反應(yīng)。從這一角度看，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的是變量監(jiān)控方式，采樣較少，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁開關(guān)出現(xiàn)的問題，可能會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。因此需改變監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的高速采樣，及時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁開關(guān)的問題，避免造成大的影響。

加強(qiáng)勵(lì)磁通道監(jiān)控。不僅需加強(qiáng)勵(lì)磁開關(guān)的監(jiān)控，也需要加強(qiáng)勵(lì)磁通道的監(jiān)控，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，從而制定科學(xué)合理的勵(lì)磁通道監(jiān)控方案。

增強(qiáng)勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)可靠性。勵(lì)磁系統(tǒng)開關(guān)輔助接點(diǎn)在勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，能有效控制多個(gè)地方，若其出現(xiàn)問題可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，因此需通過有效措施增強(qiáng)勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)的可靠性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)及其他接點(diǎn)都能通過切勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)電流的邏輯控制[3]。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)錄波與故障錄波后，可發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電壓與轉(zhuǎn)子電流的變化情況基本一致。若勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)的分段小于等于1秒，勵(lì)磁監(jiān)控系統(tǒng)不會(huì)察覺到異樣、不會(huì)產(chǎn)生變化，但如勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)較大勵(lì)磁系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈反應(yīng)，甚至?xí)霈F(xiàn)逆變狀態(tài)。因此應(yīng)加強(qiáng)防范，定期檢查和維護(hù)勵(lì)磁開關(guān)輔助接點(diǎn)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

綜上，失磁故障、整流電源故障、自并勵(lì)式勵(lì)磁故障及發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行等是勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障，每種故障出現(xiàn)的原因不同、應(yīng)對(duì)措施也不同，需采取針對(duì)性的策略確保勵(lì)磁系統(tǒng)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而為水電廠的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。