淺析某水電廠勵磁系統故障分析及改進措施

陳誠 文勇

摘要：水電廠的勵磁系統對于保障電力系統的安全、運行的穩定性有著十分重要的作用，某水電廠使用的勵磁系統存在著抗干擾能力弱、維修不變等缺陷。本文對某水電廠的勵磁系統進行了簡單的闡述，進而分析了其存在的問題，從而提出了一些改造的方案。

關鍵詞：水電廠；勵磁系統；NES51SS

1 引 言

在水電廠的發電機組中，勵磁系統作為其核心的系統，其作用是進行勵磁調整，以確保定子電壓具有較高的穩定性。通過合理的分配各臺機組間無功功率，可以提高發電廠的發電機組的可靠性、電力系統的穩定性以及電廠的自動化水平。因此，加強對水電廠勵磁系統的研究具有重要的意義。南瑞電控公司的新一代勵磁調節器NES5100，以及2003年成功投運SAVR2000勵磁調節器一起完成了勵磁調節器產品從巨型、大中型機組到小型機組的系列化，為支撐和服務發電企業，為電網的安全穩定運行提供了更加扎實的基礎。

2 NES51SS 勵磁系統簡介

勵磁調節器運行在自動方式和手動方式的基本工作原理相同，即通過比較測量反饋值與參考值（有別于設定值）的誤差，計算出控制電壓（自動方式下還經過一個欠勵限制環節），再經過轉子電壓反饋產生可控硅的控制角，輸出相對于同步電壓理想自然換流點有一定相位滯后的觸發脈沖。

勵磁調節器自動方式的閉環控制對象為機端電壓。當調節器運行在自動方式且沒有發生欠勵限制時，如果發電機的機端電壓高于參考值，則調節器減小控制電壓，進而增大可控硅的控制角，使得發電機轉子電壓下降，減小發電機勵磁電流，使發電機機端電壓回到參考值；如果發電機機端電壓低于參考值時，調節器增大控制電壓，進而減小可控硅的控制角，使得發電機轉子電壓上升，增大發電機勵磁電流，維持發電機機端電壓為參考值。其控制簡圖如圖2.1所示。圖中Ugset為發電機機端電壓設定值，Ugact為發電機端電壓實際值，Uk為控制電壓，Vs為勵磁電源電壓，Tc為發電機端電壓采樣時間常數，TF為發電機勵磁電壓反饋時間常數，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數和發電機等效時間常數。

圖2.1發電機勵磁調節器自動控制原理簡圖

勵磁調節器手動調節的閉環控制對象為勵磁電流。當調節器運行在手動方式時，如果發電機的勵磁電流高于設定值，則調節器減小控制電壓，既增大可控硅的控制角，進而減小發電機勵磁電流，使發電機勵磁電流回到設定值；如果發電機勵磁電流低于設定值時，調節器增大控制電壓，既減小可控硅的控制角，增大發電機勵磁電流，維持發電機勵磁電流為設定值。其控制簡圖如圖2.2所示。圖中Ifset和Ifact分別表示發電機轉子電流的設定值和實際值。

圖2.2發電機勵磁調節器手動控制原理簡圖

3 NES51SS系統故障分析

某水電廠采用的勵磁系統是NES51SS系統，它的主要任務是維持發電機機端電壓水平穩定，從而維持機組的一定的負荷水平，同時對發電機定子和轉子側各電氣量的進行測量及限制、保護處理，并對自己進行不斷的自檢和自診斷，發現異常和故障，及時報警并切換到備用通道。勵磁控制調節程序是勵磁調節器的核心程序，完成了上述的任務。然而由于技術尚未成熟，因此存在一些運行故障，如：（1）勵磁調節器的抗干擾能力差，當多次發出錯誤信號時，如發轉子溫度過高、整流橋故障等信號使得系統產生誤動作。（2）功率柜的整體結構相對臃腫，內部的器件過多，使得系統的設計相對復雜，從而增加了檢修的難度。此外，當多個功率柜共同運行時，由于缺少對各個功率柜的電流進行均勻的分配，使得功率柜之間運行時的電流相差較大，負荷極度不平衡，長期運行對系統的安全造成了嚴重的傷害。（3）系統在消磁過程中的磁通量較小，因此在系統發生短路或者過載時，由于消磁的不及時，可能造成機器的損壞。（4）系統裝置由于經過了多年時間的運行，元件存在老化和磨損的現象，由于廠家已經不再生產同款類型的元件，而新的元件在兼容性上有待考察，因此無法保證勵磁調節裝置的長期運行。（5）很多調節器參數特別是新添加的參數無法在線整定或修改，人機對話窗口不能直接顯示出來、不直觀，給調試檢修維護等工作帶來不便。

4 NES51SS系統改進措施

對勵磁系統的改進措施主要由以下兩點：（1）采用自并激勵磁系統。該系統的特點是響應速度快、結構簡單、成本低廉以及維護操作方便。由于水電廠距離負荷中心較遠，要求勵磁系統能夠快速響應，從而使得電力系統更加穩定。采用自并激系統后，其輸電的銷量和穩定性都要優于原有的系統。自并勵系統中的晶閘管整流柜可采用低噪音的風機強迫風冷，如有條件也可考慮密閉循環冷卻。這樣，當發生晶閘管元件風機故障或快熔熔斷等情況時，發電機仍能維持一段時間的正常運行。（2）電橋間雙向切換。目前的NES51SS系統所采用的切換方式是只能從系統主橋切換到備用橋，無法逆向切換。通過雙向切換系統的研制或者使用人工輔助切換系統，可以達到電橋間的相互切換，進而使得整流橋和。脈沖放大電路和風機等系統的運行負載相對平衡，從而增加了系統的穩定性。

5結論

本文對某水電廠的勵磁系統進行了簡單的介紹，由于勵磁系統的復雜性，其存在著抗干擾性差的缺點，因此，提出了自并勵勵磁系統和雙橋切換的方式，能夠良好的克服這些問題。

[參考文獻]

[1]樊俊，陳忠，涂光瑜主編.同步發電機半導體勵磁原理及應用[M].北京：水利電力出版社，1981.

[2]張富強，胡乙進，譚中美.二灘水電站調速器的交叉冗余雙微機調節器[J].水電自動化與大壩監測，2005，29（5）：7-10.

[3]魏守平.水輪機控制工程[M].武漢：華中科技大學出版社，2005.

[4]楊立環，楊鎮榮，胡華榮，徐金，閏偉.700WM水電機組自并勵勵磁系統主要參數設計計算[J].電力自動化設備，2011（7）.

[5]褚飛.變電站高壓電器試驗設備現狀分析及改進方案.電氣化鐵道，1999（03）.