摘要：火力发电厂是当今社会电能的主要来源。励磁系统泛指给同步发电机提供励磁电流的电源以及其相关设备，是火力发电厂的核心设备。没有它，就无法将能量最终转变为电能。励磁系统分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分。前者的作用是向发电机转子提供励磁电流，后者根据工业需求控制前者的输出。励磁系统在维持发电机端电压、合理分配无功功率、保障电力设备安全运行和提高电力稳定性四个方面都有着重要的作用。一旦励磁系统出现故障，火力发电厂就无法稳定提供电能，从而影响到社会的方方面面。因此，如何应对励磁系统在日常工作中出现的故障，成为行业内积极探索的一个问题。
关键词：火力发电厂；发电机；励磁系统；故障
1励磁系统的原理
1.1无刷励磁的原理
励磁机的定子由静态励磁装置供电，励磁机转子绕组与电动机转子同轴。旋转的励磁机转子绕组发出三相交流电，该三相交流电经整流后供给同步电动机的转子绕组，产生励磁电流。调节交流发电机的定子的励磁电流，就可改变同步电动机励磁绕组的励磁电流。这种由励磁发电机转子发电，整流器在旋转状态下进行整流供给同步电动机转子励磁的方式，即为无刷励磁。
1.2旋转励磁系统工作原理
（1）旋转励磁系统由主回路和控制回路组成。
（2）主回路主要包括两种电路，分别为启动回路和三相半控桥式电路，具体如图3所示，其中整流电路主要由整流模块构成，数量为三个，具体如图2所示，其主要涉及以下几种工作模式，首先是截止状态，主要是电机在启动和异步再整步时出现，其次是投励后变为整流状况，回路启动时由于启动误开，导致启动回路出现关断情况，以上几种状态模式能够实现自动化的切换。
（3）在回路启动过程中，主要由两部分组成，一种是启动电阻RF，另外一种是KQg旋转功率模块，但是主要由控制模块来实施控制。在异步再整步和电气启动时，KQg模块通常保持导通状态，电阻启动会与电机转子回路进行连接，从而确保主电机能够稳定启动，在电机平稳运行过程中，KQg模块中的可控硅会实现一种关断状态，导致启动电阻RF退出回路，从而防止其出现发热和发电情况，如果转子回路发生过电压情况，则其峰值超过KQg导通高定值时，启动电阻重新接入电机转子回路，通过电阻吸收过电压。在旋转励磁系统中，启动电阻、整流功率模块及启动模块均安装于旋转整流盘上，便于维护检修。控制模块控制三相半控整流电路的工作状况，在电机启动和再整步过程中迅速、准确捕捉到滑差，把握时机进行投励，使冲击减到最小。
1.3励磁装置工作原理
（1）主机系统：包括A＼B两套微机系统，互为备用，可实现无扰动切换。每套系统都有控制处理器，CPU主机板是励磁系统的控制中心，它接受从电机定子侧传送过来的信息，进行相应的计算及逻辑处理，产生结果控制励磁电流输出。
（2）励磁系统的投励控制：由静态励磁装置和旋轉励磁系统共同配合完成。静态励磁装置投用后，主电机这时还未投励。交流励磁装置投励为旋转励磁系统的控制模块提供了工作电源，旋转励磁系统的滑差检测和启动控制电路即投入工作。随着主电机转速的变化，滑差越来越小，当滑差小于控制模块的整定值（转速不小于95%额定值）即到亚同步状态时，控制模块输出触发脉冲信号，控制回路可控硅导通，给主电机投入励磁电流。
（3）同步电机励磁系统应具有自动灭磁功能：在启动同步电机时，主要采用异步启动方式，其中存在的定子绕组会以旋转方式产生磁场，而旋转场会切割转子，使得交变电压在转子绕组中出现感应，一旦回路放掉没有进行有效操作，则会导致人身安全和转子绕组受到不同程度的伤害，所以，要积极应用自动灭磁，从而防止转子绕组出现被击穿情况。
2火力发电厂励磁系统常见故障
2.1无法起压
发电机在正常运行中，如果励磁系统缺乏剩磁，那么就不能构建励磁电压，从而将会直接导致发电机在启动运行的时候，无法获取较好的起压效果。另外发电机运行时不能气压，励磁系统缺乏剩磁，主要是由于剩磁过少，设备维修时线路对接出现错误，使得设备在启动时，快速传输电流，造成剩磁小时，从而使得发电机运行时难以建立电压。
2.2失磁
火力发电厂发电机在运行时，因为发电机出现失磁现象，造成一系列不良反应是非常常见的。造成发电机失磁的原因是励磁系统出现故障，导致发电机失磁。在实际运行过程中，发电机失磁现象的发生，造成发电机运行时校正器电流逐渐增加，转子电压表显示异常，电流表指针位于0的状态下，汽轮机转速不断增大，频率也随之快速增加，最终造成发电机运行中出现异常。
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2.3转子两点接地
汽轮发电机是火力发电厂的一大主要电气设施设备，在发电过程中，主要用煤炭燃烧进行能量供给，再通过能量转换，产生电能资源。在此作业环境下，发电机在运行时经常会出现严重积灰的状况。积灰再加上发电机转子槽口绝缘被严重损坏，以及引线绝缘损毁，以此造成发电机运行中极有可能出现一点接地故障。而在发电机运行时，励磁系统与转子绕组一旦出现一点或两点接地，则会直接阻碍发电机的正常运行。发电机转子出现接地现象，不仅会造成发电机无功功率显著下降，还会导致励磁电流逐渐上升，仪表盘上的指示灯处于常亮状态，以此在不断运转过程中，对电网运行与用户用电的安全性造成严重威胁。
3火力发电厂发电机励磁系统故障产生的原因
通过分析发电厂中电网的运行情况可知，由于机组长期处于孤网当中，磁场在旋转期间，若整个磁场均是按照同一个速度进行旋转，磁场中的转子旋转主要是按照以下角度进行运转，即Wc=Wo-Wr。其中，Wo代表定子侧电源的电角速度，Wr代表转子旋转中所产生的电角速度，Wc代表与磁场相对应的旋转速度。定制电流与转子的励磁电流之间存在着较大关联，要求相关工作人员应重视两者之间的关系。火力发电厂的实际运行情况包括以下几方面内容。第一，电网容量会出现过小情况，并且在实际运行过程中极易受到其他因素的影响，引发各种不平衡问题。第二，发电机在实际的运行过程中，始终处于低频状态，需要将发电机的频率控制在48.3Hz左右。第三，发电机在实际的运转过程中电压处于过低状态，并且其运转工作还会对后续的运转造成极大的影响。从以上分析中可以看出，各种问题的产生与电网中的压力过于薄弱有直接关系，其中负荷不平衡问题是造成电网压力过于薄弱的主要原因。
4 火力发电厂发电机励磁系统故障处理措施
4.1 发电机无法起压故障处理
励磁系统故障是火力发电厂在实际运行过程中一种常见故障现象，增加了发电机无法起压故障发生的概率，对发电机稳定运行造成了较大的影响。在处理发电机无法起压故障时，要求设备维护人员在对设备进行检测和维修时，有效解决励磁线路的连接状态，对励磁线路故障进行有效判断，以便充分了解故障的发生位置。为了避免线路的接线出现错误而导致电流传输形成回路情况，而造成剩磁消失。在对线路进行检查前，需要将回路电路切断。当检测工作结束后，再将回路恢复，以确保发电机能够实现稳定运行。
4.2 发电机失磁故障处理
发电机出现严重的失磁故障，与电网电压速度和供电质量下降有直接关系。由于电压降低的时间较快，引发电网出现严重的震荡现象，引发大范围停电事故的产生，对用户的安全用电造成了较大影响。因此，需要有效分析对用户安全使用造成的危害，及时处理出现的故障。为了确保故障发电机能够尽快脱离于发电机组，应采用隔离停机方法，加强发电机组的检修及维护工作。
4.3发电机转子两点接地故障处理
发电机转子两点接地故障的产生，对发电机组造成的危害较大。故障维护人员在进行故障处理时，需要对设备进行日常的维护和巡检，降低发电机两点接地故障发生概率。同时，还需要加大对接地故障处理的力度，将绝缘监测装置安装到发电机的励磁回路中，对发电机中存在的故障进行及时处理，以确保发电机的安全稳定运行，提升发电机的作业安全性和稳定性。另外，在进行发电机的日常维护工作时，需要对励磁回路绝缘电阻和发电机中的转子接地情况进行有效检测，以确保发电机组的稳定运行，促进发电机运行质量的提升，有效解决发电机转子两点接地的故障问题。
4.4 自并励磁系统故障处理方法
在使用实验检测对故障进行检修时，应全面掌握感应电压情况。首先，为了提升励磁变压器质量控制效果，应提升系统的稳定性。其次，需要有效检查电流互感器，并做好重新安装工作，改变传统的浇筑式原理，以提升系统的整体运行效果和运行质量。再次，还需要有效评估电流互感器的布置情况，确保电流互感器维护工作的有效实施，确保各项维护工作的顺利实施和开展。最后，取消绝缘隔板，引发故障的产生，绝缘隔板并不是主要因素，由于环氧板自身的吸潮性能较好，应做好特殊的分析，以确保安装位置选择的合理性。从整体安装情况上来看，引发潮湿现象的产生的原因是绝缘隔板未能将自身的绝缘作用充分发挥出来，受潮湿影响，是导致电气绝缘效果不好的主要原因。
5结语
发电厂工作人员应对励磁系统结构和原理有清楚的认识，掌握基本故障处理技术，出现问题时能够迅速处理。此外，电磁设备受工作环境的影响，日常运转中会出现磨损老化的问题。发电厂还应当做好日常监测和维护工作，对已经出现安全隐患、不适合继续工作的设备进行维修和替换。
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[3]陈沛良，王永康.发电机励磁系统故障分析及防范措施[J].设备管理与维修，2016（S1）：64-65.
论文作者:李大全
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：发电机论文; 励磁论文; 转子论文; 回路论文; 系统论文; 火力发电厂论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第8期论文;