摘要：励磁系统是向同步电机的磁场线圈提供直流励磁电流的系统及装置。同步电机包括发电机、电动机、抽水蓄能机组，励磁系统的简单概念就是一种直流电源装置，使用地点为磁场线圈即励磁绕组，励磁系统是同步电机的重要组成部分，励磁系统故障将严重影响机电设备的安全。励磁系统可以是励磁机，也有可控硅整流装置型式多样。在柳洪水电站静态励磁系统中，励磁电源取自发电机端。发电机的磁场电流经由励磁变压器、可控硅整流桥供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流桥所需的输入电压，为发电机端电压和磁场绕组提供电气隔离以及为可控硅整流桥提供整流阻抗，可控硅整流桥将交流电流转换成受控的直流电流提供给发电机转子绕组。发电机的励磁电流经整流柜整流输出后供给发电机，励磁控制器随发电机运行工况的变化而改变可控硅的控制角a，以改变励磁机的励磁电流和端电压，从而起到调节发电机励磁电流的作用。
关键词：励磁系统；柳洪水电站；系统结构；主要功能；可控硅；均流系数
1.工程简介
柳洪水电站是美姑河干流规划“一库五级”开发方案（牛牛坝、瓦洛、瓦吉吉、柳洪、坪头）的一个梯级电站，电站位于凉山州美姑县，电站开发方式为闸坝引水式开发，闸首与上游的柳洪水电站尾水相衔接，厂房尾水位于溪洛渡电站库区。电站装机总容量180MW，装设3台单机容量为60MW的水轮发电机组，发电机电压侧接线为三组单元接线，发电机出口装设发电机断路器。本电站以一回220kV线路接至美姑河 220kV变电站，220kV侧接线采用单母线接线，220kV设备采用SF6全封闭组合电器（GIS）。
2.励磁系统结构
柳洪水电站静态励磁系统中，励磁电源取自发电机端。发电机的磁场电流经由励磁变压器、可控硅整流桥供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流桥所需的输入电压，为发电机端电压和磁场绕组提供电气隔离以及为可控硅整流桥提供整流阻抗，可控硅整流桥将交流电流转换成受控的直流电流提供给发电机转子绕组。发电机的励磁电流经整流柜整流输出后供给发电机，励磁控制器随发电机运行工况的变化而改变可控硅的控制角a，以改变励磁机的励磁电流和端电压，从而起到调节发电机励磁电流的作用。柳洪水电站采用的是南京申瑞电力电子有限公司生产的型号为GER3000的励磁调节器，该装置是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（soc）为核心，配以超大规模现场可编程芯片而构成的新型励磁调节器。它不仅具有早期的为急性励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、空电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护功能由嵌入式、模块化软件实现，交流信号经告诉AD采用并经DSP计算实现采集，另外该系统根据不同的应用对象，通过对采用的可编程芯片进行现场编程和配置，满足不同的系统配置的需要，具有极大的的灵活性和适应性。该系统可广泛应用与水轮发电机自并励、火力发电机组或自并励系统的可控硅励磁控制。励磁系统结构图见图1：
图1
3. 励磁调节器主要功能
3.1 调节及控制功能
3.1.1发电机恒机端电压PID调节规律
3.1.2发电机恒励磁电流的PID调节规律
3.1.3不同起励方式的选择：100%UFN起励、零起升压和软起励。自励起励时为自动点出励
3.1.4保证机组突甩负荷时机端电压能迅速稳定在额定电压
3.1.5保证机组无冲击的进行手动（电流闭环）/自动（电压闭环）的切换和双机切换
3.1.6电力系统稳定器（PSS）附件控制。
4．影响励磁系统均流系数不平衡的原因
4.1可控硅的使用条件为：4.1.1周围空气温度不高于+55℃，不低于-35℃
4.1.2海拔高度不超过3000米
4.2 可控硅主回路的工作原理
可控硅整流管的核心的三项式可控硅整流桥，通过控制可控硅元件SCR1-SCR6的控制角a，将有效值为u2的三相交流电压整流成不同的直流输出电压Ud。
4.3励磁调节器
励磁调节器内部元件或程序错误，也可能造成均流系数的不平衡，但是经厂家人员对励磁系统软件测试及电气元件测量正常，也可排除励磁调节器内部元件或程序错误造成均流系数的不平衡。
4.4快速熔断器
可控硅元件的使用中，会因为电流过大或者承受的反压过大而损坏，所以采取一定的措施加以保护。防止因为过电力而损坏硅元件，一般采用快速熔断器，一般设计每一个可控硅元件桥臂中都串联了一直快速熔断器来防治回路中电流侧有短路等情况后，电流急剧增加而损坏可控硅元件，或者因为某一个硅元件损坏造成短路引起事故，因此快速熔断器损坏或熔断也有可能造成均流系数的不平衡。
4.5交流输入刀闸、直流输出刀闸
4.5.1交流输入刀闸用于励磁变压器的低压取电后送入整流装置之间，作用为隔断整流装置与变压器回路，在检修、事故处理、设备试验等时需要在分闸状态，合闸时如果因为某一相接触面积不够，可能造成过流面积减小从而造成刀闸温度过高进一步造成均流系数不平衡。
4.5.2直流输出刀闸用于励磁系统交流整流成直流后送至转子的隔断，在检修、事故处理、设备试验等时需要在分闸状态，合闸时如果因为某一相接触面积不够，可能造成过流面积减小从而造成刀闸温度过高进一步造成均流系数不平衡。
5．排除法励磁系统均流系数不平衡的处理方法
5.1对发电机而言，通过改变可控硅励磁电压值Ud，达到改变励磁电流Id的目的，可控硅元件SCR1-SCR6任一元件的损坏均可能造成均流系数不平衡，经柳洪水电站现场检查发现励磁调节器均正常，可排除此项设备造成均流系数不平衡。
5.2快速熔断器
快速熔断器损坏或熔断也有可能造成均流系数的不平衡，现场更换所有可控硅快速熔断器试验后，均流系数不平衡现象仍旧存在，可排除由于快速熔断器损坏或熔断造成的均流系数不平衡。
5.3交流输入刀闸接触面积不够，造成回路电阻不平衡，从而影响励磁系统的均流系数，现场对交流输入刀闸三相进行检查，并用酒精清理刀闸接触面后，均流系数不平衡仍然存在，排除由于交流输入刀闸松动或接触面积不够造成的均流系数不平衡。
5.4直流输出刀闸解除面积不够，造成回路电阻不平衡，从而影响励磁系统的均流系数，现场对直流输出刀闸三相进行检查发现直流刀闸紧固螺栓松动，造成直流输出刀闸正负极接触面均减小，刀闸接触面有烧熔现象，可以肯定为直流输出刀闸接触面积不够造成均流系数不平衡，经处理后正常，但运行一段时间后均流系数不平衡现象反复出现，分析为刀闸长期运行时温度较高造成螺栓温度变化从而松动，加装隔热垫后正常。
6. 结束语
励磁系统在发电厂运行中起着关键性的决定作用，励磁系统的正常、安全、稳定运行同时也决定着发电厂能否的安全、经济的运行，甚至影响整个电力系统的稳定运行，为提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性起到至关重要的作用，励磁系统的安全、稳定运行是一项长期的课题值得我们深究。
作者简介：
宋广业(1984.9-)，男，四川成都人，大专，助理工程师，单位：四川美姑河水电开发有限公司，研究方向：电力运维
杨曙光(1985.12-)，男，甘肃省静宁县人，本科，学士，助理工程师 ，单位：四川美姑河水电开发有限公司，研究方向：电力运维
论文作者:宋广业,杨曙光
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/16
标签：励磁论文; 可控硅论文; 发电机论文; 系数论文; 不平衡论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第20期论文;