摘要：随着电力系统的发展，对电力系统运行稳定性和机组运行可靠性提出了更高要求，迫切需要性能优、功能多和可靠性高的励磁系统，以满足电力系统稳定及综合自动化的要求。同时，近年来计算机监控技术在电站中得到了广泛的应用，使得微机励磁装置也迅速在电站中得到了推广。基于此，本文主要对火力发电厂发电机励磁系统常见问题及解决方法进行分析探讨。
关键词：火力发电厂；发电机；励磁系统；常见问题；解决方法
在励磁系统运转过程中，主要为发电机提供所需要的励磁电流，该装置属于大型设备范畴，与整体系统的正常运转密切相关，与发电机的工作情况密切相关。截止到目前，发电机常见励磁方式主要包括以下几种：第一，直流励磁现象，第二种为静止励磁现象。由此形成人们常说的励磁机，该装置属于并激直流发电机。
1、励磁控制系统的分类
励磁控制系统有三大类首先，交流励磁机系统。交流励磁系统又分为自励式与它励式。自励式交流励磁机是发电机的励磁电流由交流励磁机经晶闸管整流装置供给，交流励磁机的励磁一般采用晶闸管自励恒压方式，自励式交流励磁机所配置的励磁调节器会控制可控硅来达到调节输出电流的目的。它励式交流励磁机又被称为三机它励磁系统，它的交流主励磁机和交流副励磁机都与发电机同轴，发电机的励磁电流由交流主励磁机经过硅整流器供给，交流主励磁机的励磁电流由晶闸管可控整流器供给，改变晶闸管的控制角改变交流励磁机的励磁电流，其电源由副励磁机提供。它励式和自励式发电机励磁全部由可控硅供给，因而被统称为止励磁。
这里还有区别于这两者的一类，它是无刷励磁系统（发电机的励磁由无刷旋转励磁机输出经不可控硅二极管整流后供给，而无刷励磁机的励磁则由永磁机的输出经可控硅整流后供给或者由发电机机端经变压器降压再经过整流后供给）。静止励磁系统中必须要有滑环这个元件才能发电机转子提供励磁电流，滑环作为一种转动接触元件，需要传输巨大的电流，因此需要大量增加滑环或碳刷数量，也易出现滑环过热或碳刷打火的现象，为了分担电流，防止滑环过热，在一些特定的环境中，例如防爆场所，很多发电机取消了滑环和碳刷结构，采用了无刷励磁系统。
2、对于发电机励磁系统稳定性分析
2.1励磁系统稳定性分析模型的构建
为了对励磁稳定性进行更加直观、透彻的分析，采用建立数据模型的方式对励磁系统稳定性展开研究，模型主要是以单片机无穷大作为理论基础，利用线性模型Heffron-Philips对发电机及其控制系统进行叙述，此外，同步发电机则是通过计及凸极效应和励磁回路动态相结合的方式，建立了三阶实用模型，在保证机械功率不变的状态下，分别对转速偏差△ω、转子角偏差△δ、q轴暂态电动势偏差△Eq、发电机励磁压偏差△Efd四个状态变量作出分析，同时得出了小干扰动态稳定理论的同步机动态增量方程等式，如下式所示。
△Me=K1△δ+K2△Eq
△Ut=K5△δ+K6△Eq
Tjp△ω=△Mm-△Me-D△ω
P△δ=2πfo△ω
△Eq=K3△efd/（1+K3PTdo）—K3K4△efd/（1+K3PTdo）
通过模型我们可以很直观的观察到发电机各个部分与励磁系统之间的接口位置，但单纯的依靠Heffron-Philips模型对励磁系统稳定性进行分析是远不够的，这其中还欠缺了恒无功和恒功率因素对励磁系统产生的干扰，为此，为了更好的对励磁系统稳定性进行分析，选用两种励磁方式作为参考。
控制参数分别是KA、TA、TE、KF、TF，励磁机的饱和系数为SE，p则代表微分算子，其主要实现保持发电机端电压保持不变的功能,通过与恒无功励磁控制框图相融合之后，可以得出励磁系统的控制框图，此时TR为测量时间常数，KQ为附加控制放大倍数，TQ为附加控制时间常数，通过公式之间的推导以及矩阵根特征的分布情况，从而判断出系统小于干扰稳定的特性。
2.2影响发电机励磁系统稳定性的因素
为了对励磁系统稳定性进行深入分析，利用根轨迹法来验证影响励磁系统稳定的因素都有哪些，通过对两种不同控制方式的探究，分析得出了KQ，TR和TQ三个参数的影响，具体其中负荷100MW，发电机有功出力45MW，xd=xq=2.22，xd=xq=0.26，xL=0.11，M=6s，Td=6.48s，KA=20，TA=0.1s，TE=0.5s，SEMAX=0.8，SE0.75MAX=0.5，KF=0.04，TF=0.7s，TR=0.02，KQ=20，TQ=0.3s，经过一系列演算之后，得出结论励磁系统的稳定情况随着KQ，TR和TQ的改变而改变。
3、火电厂大型汽轮发电机无刷励磁系统常见故障分析
3.1 故障的基本情况
某火力发电厂发电机类型为汽轮发电机，总功率为300MW，主要使用的励磁方式为无刷励磁。在整体装置一年的运行过程中，共发生了30次故障现象。后续发电厂锅炉又出现了爆炸现象，整个系统进入了停机维修状态。该发电厂借此机会重新实施并网，此时发电机组突然出现跳机现象，故障信号以失磁为主。从跳机时机组的整体功率以及电压情况可以看出，无功功率出现了大幅度下降，这也充分说明在此种情况之下，电压下降速度极快。在该
项事故发生之后，在没有开展任何检查工作的情况下，机组继续冲转了3000转，并对自动模式AVR继续投入励磁，此时，当在线电压升高至13kV之后，AVR通道出现了全部跳闸现象。此时，工作人员采取了应急手段，将发电厂中的所有自动模式改为手动，开展二次起励工作，发现电压的升高幅度并不大。测量结果显示，当定子的磁场电流大于80A时，电压的数值要低于额定数值很多。另外，从保护记录中也可以看出，操作人员实施过4次的复归操作，但无一次成功。从这里也可以看出，由于工作人员的不正确处理，导致机组中的两接地点同时接地，进而引发了失磁现象。
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3.2 系统检查
首先，在AVR检查过程中，如果发电机在使用过程中没有出现功能和硬件故障，但具体的保护装置设计情况完全不同，其中第二组的设置数量较少，保护深度也相对较低。其次，对电气系统进行检查。第一，永磁机。在具体工作过程中，由于电缆的规格和材料存在很多问题，很容易导致永磁机与AVR定子直流侧压降出现不合理情况，甚至还会出现压降过大等问题。第二，故障录波器。在工作过程中，由于录波器没有对启动参数进行合理设置，一旦励磁系统出现故障问题，很难在第一时间内启动录波器。第三，电气保护与整定。由现场调查结果显示，在故障跳闸过程中，总体逻辑属于ClassA，但由于业主的专业知识不足，很容易将其改变成ClassB，这样一来，跳机时间将会出现大幅度延长。另外，2号机组中的励磁保护参数要高于AVR，而1号机组则相对较低，这也引发了逻辑上的矛盾。
3.3 故障原因
由该发电厂中的电网运行情况可以知，电厂中的机组始终处于孤网之中，如果整个磁场会按照一定的速度进行旋转，磁场转子将会以以下角度度进行运转：
cww0−=wr
该式中，w0代表定子侧电源的电角速度，wr代表转子旋转中的电角速度，wc代表与磁场相对应的旋转速度。从这里也可以看出，转子励磁电流和定制电流之间也存在很大关联，在工作中相关工作人员应提高重视程度。
该火力发电厂实际运行情况包括：第一，有电网的总容量太小，在运行过程中很容易受到其他因素的影响，最终引起更多不平衡问题的出现。第二，如果发电机始终处于低频状态，此时的频率大概能够保持在48.3Hz左右。第三，如果发电机的运转电压较低，对后续运转将会出现很大波动。从上述情况可以看出，由于电网压力过于薄弱，很容易出现新的问题，如负荷不平衡等。
3.4故障处理
首先，对AVR进行改进，在该装置改进过程中，需要对AVR的使用功能进行检查，并通过对装置的有效保护和参数优化，实现整体装置性能的有效提升。与此同时，还可以与回路电缆结合在一起，对PMG进行实时更换，这样一来，才能为2号机组提供运行保障。另外，工作人员应与相关设备厂家保持联系，做到机组运行参数的规范设定，最终提升整个励磁系统的运行稳定度。其次，对故障录波器进行改进。在此过程中，需要严格按照技术规范进行，并根据发电厂运行的实际情况，对独立式录波器进行安装和调试。
4、火电厂自并励静止励磁系统常见故障分析
4.1 故障基本情况
在某电厂运行过程中，8号励磁互感器通过检测发现了电流突变情况，在很短时间内，该励磁互感器便达到了饱和状态，并在40ms后出现差动保护动作，又经过了10ms，励磁开关关闭，导致跳机现象的出现。
4.2 故障原因
从具体的故障录波图中可以发现，B相回路是整个事故发生的起始位置，由于电流互感器中存在短路电流，此时励磁电流互感器及高压绕组也会参与到其中，为故障发生创造了条件。另外，由于励磁变电动力已经超出了系统所能承受的稳定极限，导致上半部分的绝缘装置已经出现了开裂情况，甚至连高压绕组也出现了移位情况。随着发电机励磁系统的不断运行，故障范围也会得到进一步扩大，出现这种情况的主要原因：首先，电流互感器的自身稳定性十分有限，很难承受住短路所产生的瞬间电流。其次，由于经过电流互感器的电流越来越大，最终会超出电流互感器的最大电流，引发三相短路情况的出现。
4.3 故障处理
在火力发电厂大面积修复作业开展过程中，除了常规实验工作的开展之外，还需要通过实验，对感应电压进行全面掌握，第一，可以提升考核力度和稳定程度，以此来确保励磁变压器的自身质量得到合理控制。第二，励磁变压器中的电流互感器需要进行重新安装和检查，尤其是高压侧部位的电流互感器，必须改变传统的浇注式原理，尽管与稳定性关联并不大，但仍然会出现电场不平衡等问题，对系统的整体运行产生影响。另外，除了对电流互感器的布置情况进行合理评估之外，还要保证维护工作的全面开展，尤其是在整流元件的检查上提高重视程度，将均流系数控制在0.85以上。
5、火力发电厂发电机升不起压
5.1 故障原因
在具体系统建设过程中，可以将剩余磁量作为诱导因素，如果励磁系统的电磁量不足时，整个系统也无法形成较高的电压。此时，如果没有新的发电机参与到工作之中，磁量的剩余又将进一步降低，甚至还会出现消失情况，从而出现发电机提不起电压的情况。为了避免这一情况的出现，相关工作人员可以对发电机进行全面检修。如果出现了接线错误问题，在发电机重启之后，铁芯中的剩磁方向与绕组中产生的磁通方向刚好相反，这样一来，剩磁便会完全消失。另外，在实际实验工作中，例如直流电阻的测定，如果没有将励磁回路断开，直流电流所产生的磁通方向与剩磁方向相反，此时依然会出现剩磁消失情况。
5.2 故障解决方法
在正常检修工作开展过程中，励磁回路的接线应保持较高的准确性，还要将拆下来的线头贴上明确的挂标和标识牌，最终可以将相关问题避免。除此之外，在具体的直流电阻实验开展时，在实验开始之前需要将系统中的回路彻底断开，等到所有检测工作结束之后再将系统回路进行重接通。如果整个线路不能有效断开，直流电和励磁器之间也需要保持正确的接触方式。
6、结语
励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设备的总称，它是发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。励磁系统及其调节对象共同组成的反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁系统基本功能是维持电压水平、提供无功功率
参考文献：
[1]谢明.自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制体会探讨[J].科技致富向导，2014，23：189+244.
[2]高丹．火力发电厂发电机励磁系统的分析[J]．自动化应用，2012(7)：20～21，36
论文作者:张瑞元
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：励磁论文; 发电机论文; 系统论文; 电流论文; 情况论文; 过程中论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第28期论文;