同步發電機勵磁系統故障處理及運行分析

鄧林

摘 要：同步發電機勵磁系統穩定性對于發電機組的設備運行和發電質量都有直接的影響，由于特定原因，系統運行中存在一些故障，導致對機組發電產生影響。本文主要結合相關機組的運行狀況，對存在的故障及處理措施進行了分析介紹，并對運行過程中的相關注意事項進行探究。

關鍵詞：同步發電機 勵磁系統 故障運行分析

1 引言

電力運行中，良好穩定的勵磁系統至關重要，可以有效保證輸出電壓的穩定性，提升發電的品質。在機組運行和維護過程中，常常會發生一些運行故障，影響勵磁系統的控制質量，對機組的安全運行、發電品質都產生較大的影響。同時，勵磁系統的故障還會引起設備的損害，隨著用電質量和要求的提升，分析和探究勵磁系統的故障類型、改進提升運行質量等十分關鍵和必要，本文主要結合實際運行過程中，勵磁系統出現的相關的故障類型及處理措施，并在此基礎之上介紹了系統運行相關的注意事項。

2 同步發電機組勵磁系統簡介

勵磁系統主要是為同步發電機提供勵磁電流的電源及附屬設備，主要可以分為兩個組成部分：勵磁調節器和勵磁功率單元，水電站基本上采用機端自勵恒壓勵磁系統。勵磁功率單元為同步發電機提供勵磁電流，勵磁調節器則通過調節準則和特定的輸出信號控制勵磁功率單元的輸出電壓，以致控制發電機磁場電流。在正常的運行狀態下，勵磁調節器能夠正常的自動調節控制勵磁系統。

因此，同步發電機組勵磁系統的主要作用有二：一是調節機端電壓的大小，當發電機空載運行，端電壓需要被人為調節時，勵磁系統設置手動或電動調節環節，一般在發電機需要同期并網前，需發電機端電壓與網上電壓幅值相等時進行調節。發電機端電壓低于網上電壓時，需增大勵磁系統功率單元輸出電流；反之，發電機端電壓高于網上電壓時，需減少勵磁系統功率單元輸出電流。以上是人為給定調節。在一般的空載運行階段，無人為給定調節操作，勵磁調節器則工作在自動調節狀態，其目的是維持機端電壓的穩定，不要產生波動，從而保證電壓質量。

3 400KW同步發電機機端勵磁系統常見故障分析及處理

（1）調節電位器斷線，造成發電機失磁故障。故障現象：發電機組運行時，有功功率維持400KW不變，無功功率從300KVar下降至-200KVar，發電機組進入到進相運行狀態。電壓則從400V降低至395V。非故障發電機組的無功功率上升，達到現場檢查，發現2號機精密多圈電位器內部斷線，柜面的勵磁電流表數值顯示為零，切換到數字調節方式后恢復正常發電。

上述故障的原因：該機組勵磁調節器設兩種給定調節回路，通過開關切換。因精密多圈電位器采用電阻絲繞制，頻繁操作會磨損，加上電位器產品質量問題，容易出現斷線故障。所以此后我們規定一般情況下需切換到數字電位器調節的位置運行。結果未出現失磁現象。

（2） 無功功率不足。故障現象：400KW發電機運行時無功功率從300KVar，突然下降到100KVar，增大到200KVar后再也無法增加。但減小無功操作能正常響應。經示波器檢查發現整流回路缺相運行，兩相運行，原來的三相可控整流變為單相可控整流，即使角度開大到極限，仍不能滿足要求。

故障的原因：經檢查發現其中勵磁變壓器輸出端與可控硅間A相快速熔斷器熔斷，進一步檢查沒有可控硅元件損壞。更換該快熔后恢復正常。但不久又出現同樣故障。第二次處理過程中發現正常使用中（Il=150A）的快速熔斷器兩端有3V的電壓降，分析認為發熱功率為Pr=IV=150×3=450w。450w的發熱功率就集中在空間不大的熔斷器內腔里，時間不長就會燒斷。由此判斷該熔斷器存在質量問題，原因是存在接觸電阻，可能是接觸不良，或熔絲材質電阻率大。經更換另一廠家產品使用不再出現該故障。

（3） 發電機并網帶負荷后定子電流和勵磁電流擺動大，但空載運行穩定。水輪發電機組啟動后轉速接近額定轉速，起勵建壓，電壓穩定，任意升降調節，機端電壓均能平穩響應。即并網前發電機空載運行正常。同期操作合閘瞬間即有電流擺動，調節有功功率或無功率均造成發電機定子電流大幅擺動，即不能穩定運行。

故障分析：發電機空載建壓運行穩定，說明勵磁調節器基本功能環節及通道沒有故障。并網后主要區別是加入了定子電流反饋環節，在模擬電路構成的勵磁調節器里，把發電機定子二次電流（0-5A）作采樣值，在屏內磁盤變阻器上變換成相應成正比的電壓量，然后與機端電壓采樣值疊加，形成綜合反饋輸入值。這一環節通稱調差環節。根據這一思路，我們發現磁盤變阻器一相接頭接觸不良（特別是電流在1A以上時），導致電流采樣值處于不規則變化中。從而造成可控硅開放角不規則變化，以致機組無功無序波動。

我們此后經常檢查調差變阻器，以致該環節的整個二次電流回路的接觸狀態。

4 同步發電機勵磁系統運行注意事項

我們電站機組屬于控制保護技術不完善的設備，運行通常需注意以下幾方面

4.1勵磁系統空載運行注意事項：因調速器不能自動運行，機組空載調頻能力差，所以嚴格注意不能低頻勵磁，否則容易低速過勵而燒壞可控硅元件。空載低速過勵出現的情況有：

1）開機初始，轉速未達到；

2）轉速降低調整滯后效應導致過調整而低速；

3）突甩負荷后緊急關水而未顧及滅磁。

4.2勵磁系統并網運行注意事項：首先，禁止在并網當中進行運行方式的切換，比如數字給定調節與模擬給定調節方式的切換，恒壓運行與恒功率因數運行方式的切換。都是為了避免造成無功電流突變，對發電機造成沖擊。然后，豐水期運行在少發無功，多發有功，并處恒壓方式時，不要減勵磁致使功率因數接近1.0，進相運行在調整時容易進入反向調節誤區，使發電機組進入不穩定運行區域。

5 結語

勵磁系統是同步發電機的重要配套設備，對于機組運行和電力系統的改善都有重要的意義。根據同步發電機靜止勵磁裝置的運行狀況，對出現的故障和處理措施進行了分析介紹，并對勵磁系統運行中的注意事項進行了探究，以更好地提升和保障勵磁系統的穩定運行。