試論水電站發電機的勵磁系統

摘 要：水力發電是一種可持續、環境友好的發電方式，我國的水力發電技術不斷發展。勵磁系統是水電站水輪發電機中最為重要部分之一，直接決定發電站的運行穩定性與安全性。在實際的水電站運行過程中，發電機勵磁系統往往會出現各種各樣的運行故障，文章對實踐過程中出現的機組故障進行分析，并且針對出現的故障的原因，提出了相應解決方案，對于進一步提高水電站發電機運行效率具有十分重要的意義。

關鍵詞：水電站；發電機；勵磁系統；故障

1 水電站發電機勵磁系統的發展

目前，勵磁系統在水電站發電機中廣泛地使用，且作為水輪發電機中的一個重要部分，能為發電機轉子提供勵磁電流，所以，水電站中的勵磁系統直接決定了一個水電站發電效率的高低。隨著工業以及人民生活水平的不斷提高，電力系統必須不斷提高輸電的穩定性及可靠性，才能滿足生產及生活需求，研發具有優良性能，具備更多功能以及具備足夠可靠性的勵磁系統，成為未來水電站發展的新目標。與此同時，隨著計算機技術的不斷發展以及普及，計算機技術已經開始應用于勵磁系統，開發了許多微機勵磁設備。如今，水電站發電機勵磁系統的發展有以下幾個特點。

第一：隨著計算機技術以及電子集成技術不斷地發展，更多的數字化設備開始用于水電站勵磁系統，采用先進的數字化勵磁設備成為未來水電站發展的趨勢及必然。

第二：水電站自動化程度越來越高，依靠計算機控制生產以及運營的基本操作模式廣泛普及，水電站中的計算機自動化技術的出現對于水電站發電機勵磁系統的發展提出了新的挑戰。

第三：靜止勵磁方式已經成為發電機勵磁系統發展的必然，許多與靜止勵磁系統發展相關的技術，例如非線性電阻、熱管散熱技術、干式勵磁變壓器等新技術不斷出現，且開始廣泛使用。

第四：目前，對于大型水電站的發電穩定性以及可靠性提出了更高的挑戰，所以對于發電機勵磁系統的發展也提出了更高的要求，勵磁系統主要是在可靠性與穩定性上的發展，對于成本暫不考慮。

第五：抽水蓄能電站對勵磁系統有特殊要求，對于發電量較大的機組設備主要是由國外生產廠家提供，雖然部分國內廠家具備一定的生產能力，但是缺乏足夠的生產經驗與實踐機會。

第六：目前，我國水電站大部分規模較小。相關數據顯示，小型以及微型水電站中的勵磁系統主要是由國內廠家提供，傳統生產方式與新式的生產方式各占一半。對于新式的生產項目，要求產品功能穩定可靠、操作簡便、成本低廉、維護簡單。

2 水電站發電機勵磁系統的故障

2.1 失磁故障

水電站的勵磁系統發生失磁故障時，保護動作以及錄波記錄顯示在故障發生時，轉子的電壓下降值會發生明顯突變，錄波記錄顯示，在故障發生初期，在56ms以后轉子的電壓會突降到0.4ms，最終電壓會降為負值，除了轉子電壓會發生突變以外，轉子的電流以及定子的電壓也會出現劇烈的變化，然后觸發保護動作。通過對勵磁功率電源的交流側開關的檢查顯示，開關的輔助觸點出現松動，接觸不良，造成電阻變大，最終造成失磁故障。為了有效應對此類故障，并且能對發生故障的開關及時的處理，可以在勵磁功率電源交流側開關的輔助接點處設置一個故障記錄裝置，從而對該故障易發部位進行實時的監控，與此同時，由專人負責對開關進行定期檢查，及時發現故障隱患，確保接觸點的緊固，盡量避免由于失磁故障導致的生產損失。

2.2 自復勵式勵磁故障

自復勵式勵磁系統在靜態電壓調節方面優勢突出，具有極高的調節精度，而且在發生故障，尤其是短路時，能夠及時提供補償電流，但是，該勵磁系統結構比較復雜、維護成本較高、環境條件要求苛刻。水電站發電機使用雙繞組電抗分流勵磁系統，在啟動系統以后，出口電壓可能出現三相不平衡，會給機組增加許多無功負荷，造成機組電流變小，最終造成發電機出現勵磁系統的欠勵磁狀態。出現該故障的主要是由于錯誤的勵磁線圈的主、副繞組相序造成的，造成了勵磁系統的欠勵磁運行。避免該故障的有效手段是修改主、副繞組的相序，并且定期確認相序，保證運行穩定。

2.3 勵磁變高壓熔斷器爆裂故障

水電站發電機在升溫后停機，可能造成控制室外的爆炸，造成機組跳閘，停止運行，出現該故障后，通過對勵磁系統、調速系統、勵磁變以及主變回路的檢測，勵磁變的B相高壓熔斷器出現故障，造成電壓互感器高壓側的三相熔斷器出現問題，可能是由于熔斷器質量不過關造成的，由于熔斷器的實際熔斷電流小于標準熔斷電流。為了避免上述故障發生，可以更換熔斷器，增大熔斷器的熔斷電流值，選用質量符合標準的熔斷器，同時對勵磁系統進行徹底的檢測，確保整個勵磁系統的安全性與穩定性。

3 處理措施

3.1 運行措施

第一：加強日常檢測維護。相關工作人員在對水電站發電機的檢查過程中，要注重對勵磁系統的檢查，對于勵磁系統中的重要部件更要認真，在發電量較大的時期，確保系統溫度符合生產標準，對檢測到的機組運行狀況要及時進行分析。在完成系統的檢修以后，要對勵磁功率柜進行徹底復查，確保勵磁柜內部的整潔。第二：合理制定機組運行計劃。完成機組故障檢修以后，對出現故障的機組合理制定運行計劃。因為在完成修理以后的勵磁系統可能會更換部分重要部件，所以在進行調整過程中要注意觀察記錄機組的運行狀況，并且與維修前的運行記錄進行比較。定期對機組的運行計劃進行調整，確保在系統出現故障時，生產正常進行。

3.2 維護對策

第一：脈沖絕緣保護。造成勵磁系統故障的一個主要原因是脈沖線擊穿可控硅，為了避免此類故障的再次發生，對其他脈沖線進行徹底的絕緣檢查，在脈沖線上安裝絕緣套管，避免擊穿隱患。第二：定期清理。在可控硅、脈沖變等器件上的灰塵有可能造成接頭出現短路、放電等現象，造成故障，此外，灰塵也可能積累，造成散熱通風的堵塞，散熱通風不順暢，造成功率柜內溫度不斷升高。所以，定期對勵磁系統組件清理，清除表面以及內部的灰塵，尤其是重點部位的灰塵，同時對功率柜等的通風散熱通道也要及時地清理積塵，確保柜內的通風散熱。第三：修改保護動作時間。在勵磁系統發生故障時，默認的保護動作時間為5s，時間較長，并不能起到足夠的保護作用。實踐表明，保護時間可以調整為0.1s，能夠盡量快地消除故障，避免故障的進一步擴大，造成更大的損失。

4 結束語

在如今的水電站發電機組中，勵磁系統的重要性越來越大，是整個發電機組的重要組成部分，直接影響發電過程的安全性與穩定性。在實際發電過程中，通過對水電站發電機勵磁系統不斷地研究發現，勵磁系統在運行過程中會出現系統故障，針對上述故障出現的原因，提出了相應的應對措施，確保發電機組的正常運行，對于研究水電站發電機未來的發展具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]徐洪亮，吳學坤.對河口水庫電站水輪發電機組勵磁系統的技術改造[J].小水電，2012（5）.

[2]唐建惠，寧濤，栗河川.發電廠勵磁系統整流柜的熱計算[J].河北電力技術，2011（3）.

[3]袁亞洲，許其品，劉麗麗.華能瀾滄江小灣電站勵磁系統的設計與應用[J].水電自動化與大壩監測，2010（6）.

[4]閆偉，吳龍，胡華榮.同步發電機自并勵勵磁系統主回路工程設計[J].水電自動化與大壩監測，2009（5）.

[5]楊立環，楊鎮榮，胡華榮.700MW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（1）.

作者簡介：溫順濤（1964，08-），男，廣東省五華縣，漢族，研究方向：水利電氣技術。