摘要：在水电厂运行过程中，励磁系统故障是较为常见的。文章首先介绍了水电厂励磁系统主要故障有哪些，并对引发励磁系统故障的主要原因进行分析。其次重点介绍解决故障问题的有效方法，针对各类常见故障问题探讨出维修措施。可提升系统运行稳定性，励磁系统故障诊断与检修所用时间。也能有效的减少。
关键词：水电厂；励磁系统；故障处理
前言：近年来，随着电力系统发展突飞猛进，电力系统是否稳定可靠运行愈发重要，而大型水电站是电力系统的重要环节，发电机励磁系统是大型水电机组重要的组成部分，对发电机及整个电力系统安全、稳定和可靠的运行起着极其重要的作用。本文将结合现场实际情况对励磁系统的几个典型故障进行分析并针对性地提出功率柜维护建议。
1.水电站励磁系统概述
励磁系统是水电站发电机的重要组成部分，它通常由励磁功率单元、励磁调节单元和灭磁单元3 部分构成，通过励磁系统中的励磁调节器对励磁功率单元进行控制，达到调节发电机无功功率和电压的效果。励磁调节系统应能够满足系统在正常和事故情况下的调节需要。在数字化水电站中，励磁系统除完成水轮发电机组的开机、停机、增减无功功率、紧急停机等任务外，还应能满足 IEC61850 数据建模及通信功能，全面支持与站控层网（MMS 网）、过程层网（GOOSE 网和 SV 网）两网通信。同时，应能接受监控系统提供无功功率给定值，完成无功功率的闭环控制。
2.励磁系统故障及分析
（1）外部故障：① 励磁变高压侧保险熔断；②励磁变故障；③ 励磁变高低压侧引线接地、短路、开路；④ 滑环正负极短路；⑤ 碳刷接触不良引起的开路；⑥ 励磁用PT保险熔断或PT二次侧空气开关跳开；⑦ 转子的短路、开路等等。（2）内部故障：① 可控硅快速熔断器熔断；②可控硅被击穿；③ 压敏电阻损坏；④ 同步变短路、开路；⑤ 调节器电源故障；⑥ 调节器故障；⑦ 脉冲放大板故障；⑧ 交流采样模块故障等等。
3.外部原因引起的励磁系统故障分析及处理
3.1 集电环正负极短路引起励磁系统故障分析及处理
2007年9月25日，某水电厂3 # 机组失磁保护动作停机，经检查监控记录，励磁系统限制器动作、励磁系统强励动作、励磁系统快速熔断器熔断、励磁系统综合故障、励磁系统A套调节器故障、励磁系统B套调节器故障、励磁系统过电压保护动作信号。检查励磁调节柜、功率柜及灭磁柜，其中一个功率柜快速熔断器熔断6个，可控硅击穿3个，另一个功率柜快速熔断器熔断4个，其余无异常。检查励磁变及高低压测引线绝缘、励磁变高压侧保险、励磁用PT保险、转子及励磁电缆绝缘等，未见异常。更换新的快速熔断器和可控硅（换了两组共4个）后，做小电流试验，输出电压及波形正常。未发现引起此次励磁系统故障的明显原因，经技术部门研究讨论并结合励磁厂家提供的参考意见，怀疑是可控硅换向失败引起波动进而引发一系列的问题，综合考虑到发电厂经济效益问题，决定先开机试运行。机组零起升压至额定，检查励磁系统各部分未见异常后并网发电。一个月后3 # 机组再次出现相同的事故，故障现象、动作情况及后果都基本相同。此次除进行上次检查的项目外，将所有与励磁系统相关的部分都进行详细的排查，另外也请励磁厂家的人员对励磁设备进行了详细的检查，但未见异常。检查转子和滑环部分，转子绝缘和直流电阻正常，检查滑环、碳刷及刷握、集电环、导电杆部分，发现现场石墨碳粉附着在上述各设备表面上，其中导电杆的绝缘衬套上堆积了大量的碳粉油泥，用酒精擦拭干净相关设备，发现导电杆的绝缘衬套有烧焦的痕迹，将绝缘衬套拆出观察，发现有部分已经碳化。由此确定，此次励磁系统故障是导电杆绝缘衬套附着的大量的碳粉油泥造成转子的正负极短路引起。故障分析结果如下：从励磁系统故障报警信息看，励磁系统限制器动作具体为过励限制动作及欠励限制动作，该限制器动作同时也和励磁系统强励动作及失磁保护动作吻合，说明励磁系统本身动作逻辑正确，但过励限制动作和欠励限制动作一般不会同时出现，因为过励限制动作是在励磁电流大于发电机额定励磁电流后出现，而欠励限制动作是在无功进相时出现，正常情况下它们是两个极端。励磁电流从励磁变副边电流互感器采集，如果同时出现只有一种情况，即励磁变副边至转子回路有短路，导致励磁电流增大，同时励磁电流由于短路情况无法正常流过转子产生磁场，机组进入进相运行，从而过励限制及欠励限制同时动作，并且由于励磁系统工作在自动方式即恒机端电压控制方式，转子磁场减弱导致发电机机端电压下降，可控硅整流桥触发角减小，加速了励磁电流增大， 最终导致可控硅被击穿以及快速熔断器熔断。灯炮头内温度较高，受油器座渗出的少量透平油雾化，附着到灯泡头各设备的表面，特别是受油器附近的零部件，比如滑环、碳刷、刷盒、刷握、集电环、导电杆等，而碳刷磨出的碳粉也大量的附着在这些设备表面与雾化的透平油一起形成一层薄薄的油泥，使这些部件的绝缘性能大大降低。而导电杆的绝缘衬套在集电环内侧下部，整个转子换向节部分由一接地铁网箱罩住，作用是防止误碰，但却挡住了部分视线，使导电杆的绝缘衬套部分无法检查到位，更难进行一些简单的清理擦拭工作，这部分长期未进行清扫而堆积了大量的碳粉油泥，使绝缘衬套导通，导致转子正负极短路；瞬间短路大电流导致可控硅被击穿（快速熔断器熔断未及时熔断）、快速熔断器熔断，随后两套调节器故障，最终导致机组失磁停机。而短路电流引起的弧光迅速地将部分碳粉油泥烧化，导通的回路再次断开，因此再次开机时励磁系统又可以正常运行一段时间。处理如下：更换导电杆的绝缘衬套，将碳刷及刷握拆除清扫干净，集电环及其他各部件清扫干净，包括处理受油器座渗出的油。更换快速熔断器及可控硅，做小电流试验，非线性压敏电阻试验。
3.2励磁电缆单相接地引起的励磁系统故障分析及处理
2008年7月21日，某水电厂2 # 机组失磁保护动作停机，与上述情况大致相同。更换好可控硅和快速熔断器后，检查励磁回路绝缘，发现接地电阻为零。重点检查了滑环等部位，未发现有大量碳粉附着的情况，检查励磁电缆绝缘，发现励磁电缆正级对地绝缘为零，详细巡查励磁电缆，发现在电缆层转角处，励磁电缆与电缆层支撑铁架接触部分有烧焦痕。故障分析结果如下：励磁电缆接地引起励磁系统故障，发电机组失磁。处理如下：更换新的励磁电缆。防范措施如下：在各电缆层转角处加装绝缘胶垫，防止电缆破损。
3.3励磁变高压侧熔断器熔断引起的励磁系统故障
2010年6月18日，某水电厂1 # 机组无功正负之间大幅摆动，励磁电压、励磁电流也大幅摆动，励磁系统报限制器动作，运行人员干预调节无果后，汇报调度停机检查。故障分析结果如下：励磁变高压侧A相熔断器熔断后，经Y/△-11励磁变后，励磁阳极电压变为Uab=0.886Uab 原，Ubc=0.886Ubc 原，Uca=0。（见图1），硅 VSO1～VSO6的触发脉冲顺序应为VSO1、VSO2……VSO6，即输出电压依次为Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb、Uab，由于Uca=0，在不考虑其他因素影响，则会有三分之一的周期输出电压为零，参考其控制角60°时波形（见图2）。
图1 励磁系统原理图
图2 控制角a=60°可控硅输出线电压波形图
结语：针对水电站励磁系统现状，采取适当的措施进行维护和检修，在维护过程中要严格遵守各项标准的规定，确保维护质量，为水电站的正常运行打基础。
参考文献：
[1]李壹.浅析某水电厂励磁系统故障分析及改进措施[J].广东科技，2013（9）.
论文作者:贾鹏宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/9
标签：励磁论文; 系统论文; 熔断器论文; 动作论文; 可控硅论文; 转子论文; 衬套论文; 《基层建设》2019年第4期论文;