梁海锋
茂名市粤能电力股份有限公司 525000
摘要：励磁系统是帮助发电机同步发电并稳定发电电压和电力系统的重要装置，也是水电站中最重要的控制系统，出现故障直接影响水电站和电网的安全，因此本文对水电站励磁系统的维护与故障处理进行了分析。
关键词：水电站；励磁系统；维护；故障处理
励磁系统是向同步发电机转子绕组提供电流以建立磁场的装置，主要作用是维持发电机端或指定控制点（如水电站高压侧母线）的电压在给定水平上、控制并联机组合理稳定的无功功率分配、提高电力系统稳定性，这表明励磁系统非常重要，运行中出现故障将直接威胁水电机组的安全运行[1]。而且励磁系统不仅在安全方面重要，还影响发电机运行的经济性。所以，水电站应加强励磁系统的维护、巡检和合理安排机组运行方式，以提高励磁系统的可靠性。同时，还应针对励磁系统故障与处理进行研究，这样才能防患于未然，减小故障停机时间，保障励磁系统安全稳定地运行。
1 水电站励磁系统的维护方法与措施
1.1 励磁系统组成
水电站励磁系统由励磁调节器、励磁变压器、起励装置、励磁功率整流装置、灭磁及转子过电压保护装置、测量变送信号单元、交直流侧电缆等组成。励磁调节器是励磁系统的核心，控制电压、分配无功、稳定电力系统主要是由励磁调节器完成的，结构上以微机为核心，再加上外围接口，但要工作还需软件的支持。励磁变压器是励磁系统的电源，一般通过可控硅将交流电转化为直流电，以建立励磁磁场。起励装置是建立初始励磁电压的装置，按照起励电源分为残压起励、交流起励和直流起励。励磁功率整流装置用于将三相交流电整流为直流电，一般采用三相全控桥整流方式，功率元件采用晶闸管，还有散热器、风扇、过流过压保护等部分。灭磁及转子过电压保护装置用于发电机事故和检修时快速切断励磁电流，因励磁回路感抗很大，故需专设灭磁开关；此外，还有灭磁电阻，用于抑制励磁绕组中的过电压；转子过电压保护器用于过电压产生时保护灭磁开关。
1.2 励磁系统的维护
由于励磁回路中存在高电压和大电流，容易吸尘和发生闪络，而且功率柜中的空气循环使整流桥可控硅上容易积尘，若不及时清除，甚至可能烧毁整个功率柜，所以定期检测、清洁非常重要。按照励磁系统所处环境，维护工作分为4种条件，可依据维护项目选择适宜的条件：一是关闭系统所有电源，在没有外部电气连接情况下进行维护；二是系统只供厂用电和直流电情况下维护；三是在开环试验条件下进行维护；四是系统在水电站运行时进行维护[2]。具体维护措施如下：（1）有人值班水电站每天至少巡视1次，无人值班、少人值守水电站每周至少巡视2次。巡视内容包括外观、声音、表计、信号显示、运行参数等是否正常。（2）以三个月为一个周期，检查励磁变压器外表灰尘、污垢及不正常噪声；检查整流柜内灰尘、污垢、不正常噪声、运行中温度；检查灭磁柜内灰尘、污垢；对调节柜进行通道切换。（3）以一年为一个周期，包含三个月的所有项目；检查整流柜内所有晶闸管的触发回路；检查灭磁柜内灭磁开关灰尘、触头、灭弧室等，对跨接器进行动作试验，检查灭磁电阻熔断器是否完好；检查调节柜印刷电路板上的灰尘、污垢以及故障切换功能。
2 水电站励磁系统的故障处理
2.1 一般性原则
当励磁系统故障引起发电机转子过电流、失磁、定子过电压、励磁变过电流与差动保护动作，以及励磁系统误强励、灭磁开关误跳等故障时，应当立即停机检修，经修复并验证合格后再投入使用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当励磁变、母排、电缆及连接、灭磁开关触头温升过高，而励磁功率整流装置风冷系统偏弱致风温过高，或者水冷系统偏弱致出口水温过高，造成起励失败、励磁电流与无功负荷异常波动等故障时，如果在运行中能恢复正常的可在运行中处理，若无法恢复正常应向调度申请停机处理。当功率柜部分桥故障，励磁调节器、控制电源单套故障，灭磁电阻局部支路故障，但仍可维持发电机正常运转并满足强励条件的，可切除故障设备运行，并在发电机运行过程中使故障设备恢复正常，否则，应向调度申请停机处理[3]。当励磁系统故障引起发电机转子接地故障时，单相接地故障电流未超过制造厂规定值，或不超过《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T 14285-2006）第4.2.4条表1规定的允许值时，仍可继续运行，否则，应向调度申请停机处理。
2.2 常见故障的处理
2.2.1 逆励磁
水电站励磁系统型式多种多样，如果励磁系统采用自励式同轴励磁机，则会出现逆励磁现象，即励磁电流表、励磁电压表指针反向，但其他仪表正常。原因有多种，一是发电机开始轻负荷运行，忽然负荷增加，此时因电枢反应而在转子绕组中感应出电压，抵消甚至反超励磁机建立的磁场，就会产生逆励磁现象；二是系统短路时，在发电机转子绕组中产生反向电压，抵消励磁机电压，使励磁电流反向；三是励磁回路先断开，后又接通（如磁场变阻器触点松动）。励磁回路吸收无功电流，电枢反应使励磁极性反向。
由于励磁机磁场反向仍可建立电压，一般不必停机处理，只需先停用电压自动调整装置，再将电压表、电流表接线极性对调一下，然后恢复电压自动调整装置，同时做好值班记录，待计划停机检修时改过来即可。
2.2.2 失磁
发电机在运行中失去励磁电流并使转子磁场消失的现象称为失磁。失磁表现如下：一是转子电流表指示为零或接近零。发电机失磁后，转子电流按指数规律衰减，减小程度与失磁原因和剩磁大小有关。如果励磁回路开路，转子中的电流将为零；而若励磁回路短路或经小电阻闭合，转子中的电流接近零。二是定子电流表摆动且显著增大。由于发电机失磁后，发电机从电网中吸收无功功率运行，定子电流及吸收的无功功率随滑差增大而增大。三是有功表指示减小并摆动。这种情况是因为发电机失磁后将转入异步运行，因转矩不平衡，引起转速升高，触发调速器关闭导叶，水轮机输入功率减小，使发电机有功输出减小，当水轮机转矩与发电机异步转矩平衡时，调速器停止动作，发电机有功输出减小到某一数值稳定。四是无功表显示负值，功率因素表显示进相，发电机母线电压表下降且摆动。这是因为发电机失磁并进入异步运行后，相当于一个有滑差的异步发电机，在向电网输出有功的同时也从电网吸收无功，这种情况下无功表显示负值，功率因素表显示进相。
因为发电机失磁后从电网吸收无功，将造成电网电压下降，危及机组和电网安全，所以不允许无励磁的发电机组应立即从电网解列。允许无励磁的发电机组，应迅速降低有功至允许值，然后手动断开灭磁开关，退出自动电压调整装置和发电机强励装置；观察发电机定子电流、无功功率是否超出规定，未超允许过负荷运行；然后全面细致地检查励磁系统，在无励磁允许运行时间内恢复励磁则可继续运行，否则应将发电机从电网解列。
3 结语
由于励磁系统在水电站中的重要性，所以国家对励磁系统的运行和检修提出了很高的标准，这就要求水电站运值和维护人员认真研究励磁系统的维护原理和故障排除方法，以确保维护到位，减少故障发生率，而一旦发生故障，又能迅速判明故障性质和排除故障，以保障水电站安全生产。
参考文献：
[1]唐凡，杨永洪. 大型水电站励磁系统可控硅击穿故障分析[J]. 水电自动化与大坝监测，2015，39（2）：34-37.
[2]吴刚. 勐野江水电站励磁系统故障分析及处理[J]. 云南水力发电，2016，32（2）：124-126，146.
[3]王刚，窦海妮. 水电站机组励磁系统故障分析及应对措施[J]. 人民长江，2015，46（9）：94-97.
论文作者:梁海锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/23
标签：励磁论文; 发电机论文; 系统论文; 水电站论文; 转子论文; 电流论文; 过电压论文; 《防护工程》2018年第15期论文;