摘要：励磁系统对水轮发电机组的安全运行发挥着关键作用，所以及时排除励磁系统故障对水电生产非常重要，因此本文对励磁系统故障处理进行了分析。
关键词：水轮发电机组；励磁系统；故障；处理
励磁系统是向水轮发电机转子绕组提供励磁电流以建立磁场的设备，其主要作用包括：维持发电机端或其他控制点的电压在指定水平上；在并列运行的发电机之间合理分配无功功率；提高或改善电力系统的静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性。可见，励磁系统对水轮发电机组安全运行具有关键作用，维护和保障励磁系统处于良好状态是机电人员的重要职责，当励磁系统出现故障时必须得到及时有效的处理，因此本文对水轮发电机组励磁系统的故障处理进行了分析。
1 励磁系统故障类型与处理方法
1.1 励磁系统故障类型
水轮发电机励磁系统的励磁方式有多种，例如直流励磁机方式、交流励磁机方式、谐波励磁方式、自并励方式、自复励方式等。各种励磁方式的原理、结构组成皆不相同，故障发生特点和处理方法也有所区别，所以水轮发电机励磁系统故障不能一概而论，应针对励磁系统结构特点进行分类。通常，励磁系统由励磁调节器、励磁功率整流装置、灭磁装置、发电机转子绕组过电压保护装置、起励装置、测量变送与信号单元、励磁变压器等组成。故障可根据发生部位进行分类，例如励磁电源故障、励磁变故障、整流桥故障、励磁调节器故障、功率柜故障等。也可以根据故障特征进行分类，例如起励故障、灭磁故障、发电机超压故障、参数设置错误故障、功率振荡故障、误强励故障、无功波动故障等。
1.2 故障处理方法
励磁系统故障类型多，发生故障以后要查明故障特征和部位，确认故障类型，分析故障原因，然后排除故障，并进行验证。故障处理后应定期对各类型故障进行统计，找出故障发生规律，制定整改措施。应先找出维护检修工作中的不足，加以完善。再判断设备结构或设计是否有缺陷，配合厂家进行整改。下面就水电生产中励磁系统常见的一些故障及其处理方法进行分析。
2 励磁系统常见故障及处理
2.1 参数设置不当引起的故障
新建机组或大修后较易出现因参数设置不当而引起的故障。例如3台机组并网发电，1号机组成功，但2号和3号机组却出现励磁电流分别持续下降和持续上升的现象。经检查为无功功率调差系数设置不当引起。当多台发电机组采用扩大单元接线方式接入电网时，我国励磁系统一般将无功调差量叠加在电压测量值上，励磁计算时以电压参考值与电压测量值之差表示，所以各台发电机组的无功功率调差系数都应该为正值。调试人员之前恰好调试另一家水电厂的进口设备，而进口励磁系统将无功调差量叠加在电压参考值上，所以励磁系统在扩大单元接线时可以采用负无功功率调差系数，结果在调试国产励磁系统时以为都差不多，实际上正好相反。将3台机组无功调差系数全部改为正值，并网发电成功。这件事情说明励磁系统参数的设置受到多种因素影响，不能想当然地认为某一种型号的励磁系统调试成功，另一种励磁系统也“照猫画虎”地调试，必须对各台设备的适用条件、设计标准仔细研究，这样才不会犯错。
2.2 同步相序接反引起的故障
水轮发电机组采用自并励励磁系统，励磁电源取自机端励磁变压器，大修后启机试验，但是发电机定子电压急剧升高，过电压保护很快动作，接着灭磁开关跳闸。励磁调节器报同步检测故障，录波显示发电机电压在事故发生时处于持续上升状态，并且励磁调节器触发角度为120°，表示触发角度是逆变角度，然而很明显逆变功能是失败的，以上特征足以说明发生了同步信号故障。根据励磁系统厂家资料，发生同步检测故障可能有两个原因，一是同步信号断线；二是同步信号相序出现错误。鉴此，决定对励磁调节器进行小电流试验。经小电流试验检查发现励磁调节器工作正常，同步信号回路没有断线等明显故障点，推断可能是同步信号相序接反。让发电机维持额定转速，然后分开晶闸管整流器直流侧的开关，再合上灭磁开关，通过人工操作合上初励开关，使定子电压升压5%～10%时，用示波器检测定子电压相序，果然定子电压相序接反了，调整发电机定子相序后，顺利启动并网发电。
2.3 阻容保护回路接线错误引起的故障
励磁系统并网运行不久，发现2号机组励磁变压器异常，噪声较大且不时有啸叫声，同时发现温度较高，且三相之间存在明显温差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆停机后检查，励磁变压器外观无异常，测试直流电阻、空载损耗皆正常。接下来检查励磁调节器、整流柜接线等均未发现异常，摇表检测同步变压器至整流桥阳极开关线路相间、对地电阻均正常。对功率柜阳极同步信号进行小电流试验，观察示波器波形正常。再对功率柜做零起升压试验，三相电压平衡，但以钳形表测试三相电流时发现不平衡，A相电流>B相电流>C相电流，且两个功率柜电流差别明显，但整流后的直流电压、电流波形均正常。接下来在三相中的任意两相串入500Ω电阻，零起升压后发现正弦波形畸变，且含有高次分量。根据阻容保护作用原理判断阻容回路存在问题，检查发现虽然二极管管脚标注与励磁系统厂家图纸无异，但整流模块生产厂家标注的管脚定义已发生改变，阻容吸收回路实际上并没有投入使用，导致换向尖峰电压没有被吸收，从而引起三相波形不平衡及励磁变声音、温度异常。按照整流模块生产厂家原理图重新接线，故障消失。这反映了励磁系统生产厂家有疏忽，这从另一个侧面也说明任何细节都不应忽视。
2.4 可控硅整流桥受潮引起的故障
某次暴雨后，励磁监控系统报警并切断了电源。检查记录发现可控硅整流桥有故障，检查整流桥可控硅表面、接线上均有明显水迹，原来励磁功率柜所在位置正处在主、副厂房连接处，接缝密封因年久老化侵蚀作用，结合缝处发生渗漏。可控硅受潮后，将产生一系列不良后果，首先是可控硅元件失控，接着硅整流桥也跟着失控，然后励磁系统发生励磁失败，具体表现为正向阻断能力下降和触发脉冲丢失两大特征。而正向阻断能力下降下降到一定程度，例如低于整流变压器二次电压以后，即使没有触发脉冲硅元件也会自然导通，于是脉冲控制便失去了意义，电压输出波形保持正半波，结果励磁电压升高造成误强励故障。在三相整流电路中加入脉冲后，各个可控硅元件是依次导通的，也就是说后一相可控硅导通后，前一相可控硅因为要承受反向电压就会强制关断，这个条件保障了可控硅正常换相，但如果触发脉冲丢失，可控硅正常换相的条件就被破坏了。处理方法：整流桥解体，再进行清洁，然后烘干处理，重新组装后进行试验，项目包括绝缘、交流耐压试验、静态小电流试验、机组开机空载试验，各项性能指标均正常后并网发电。这件事情说明，不仅要关注主设备的维护，还要加强厂房等辅助设备的维护，这样才能确保水电生产不受影响。
2.5励磁系统失磁故障
某机组顺利并网发电，7分钟后定子电流突增，超过了额定值，同时机组剧烈震荡，并有异常声响，厂用电照明也忽明忽暗，上位机闭锁而无法操作，值班人员只能紧急手动停机。停机后打开发电机人孔盖板，有白烟和刺鼻气味冒出。经过检查，确认励磁系统失磁引起此次故障。检查运行记录发现继电保护出现多次负荷保护动作，但只有信号输出，没有动作出口，并且失磁保护、过流保护等都没启动。检查保护定值及投退状态无异常。检查一次设备确认烟及气味系定子线圈下端油污受热引起，测试发电机各项数据均正常。检查一、二次回路无异常。分析问题关键是励磁系统失磁后保护系统没有及时启动，还有保护定值计算有问题。经与励磁厂方共同分析，怀疑励磁调节器有问题，于是更换了相关板卡，并重新设定了保护定值，而监控系统闭锁死机为UPS设计缺陷，为此修改了UPS参数。重新开机并网，72h无异常。该例说明励磁系统故障有时是非常复杂的，某些隐蔽缺陷在特定条件下发作。
2.6非同期运行造成发电机转子过电压故障
某水轮发电机机组，在运行过程中励磁灭磁柜发生爆响，在发电机失磁保护动作后发电机解列了。检查励磁灭磁柜发现柜内与氧化锌灭磁电阻串联的熔断器全部熔断。故障录波显示计算机监控系统在运行中突发解列命令，造成出口断路器跳闸，之后又发出合闸命令，导致非同期合闸，合闸不到2s，再次发出跳闸命令，期间发电机转子出现过电压，由此说明计算机监控系统出现了错误，导致非同期运行。处理办法：修正计算机监控系统程序，再全部更换灭磁电阻和熔断器，重新启动发电机顺利并网发电。为了保护发电机安全，还应采取进一步措施，如在励磁系统上增设误上电保护装置，利用过压跨接器及线性电阻，在发电机非全相运行或大滑差运行时发挥保护作用。
3 结语
励磁系统是水轮发电机组中的关键设备，其故障直接影响机组的安全稳定运行，所以及时、准确判断故障点并尽快消除故障对于保障机组安全运行非常重要，但是励磁系统故障多种多样，这就需要机电人员努力钻研和总结，以不断提高检修维护技术水平。
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论文作者:辛辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/22
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