淺談火力發電廠發電機勵磁系統常見故障

韓永強

摘要：在火力發電廠發電機系統中，勵磁系統是重要組成部分，作用在于提供可進行調節的直流電流，確保機端電壓穩定，從而滿足發電機運行要求。但勵磁系統在運行時由于受到諸多內外因素的影響常出現一些故障，影響其作用的發揮。為此，有必要分析并掌握火力發電廠發電機勵磁系統常見故障類型與產生原因，為故障防治提供參考。

關鍵詞：火力發電廠；發電機；勵磁系統；常見故障

1、火力發電廠發電機勵磁系統概述

1.1基本結構

為了實現機械能或者其他能量與電能的相互轉換，同步發電機需要有一個直流磁場，直流電流為發電機提供所需要的直流磁場，提供直流電流的系統就是勵磁系統。勵磁系統一般由勵磁功率單元和勵磁調節器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向同步發電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調節器則根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出。而提供直流電的方式又分為直流發電機供電、交流發電機供電和無勵磁機三種。其中，無勵磁機是指在勵磁方式中不設置專門的勵磁機，而通過發電機本身獲取勵磁電源，經過整流后再供給發電機本身勵磁，該方式被稱為自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁又分自并勵和自復勵2種方式，自并勵方式通過接在發電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經整流后供給發電機勵磁，這種勵磁方式的優點是結構簡單、設備少、投資省和維護工作量少。自復勵方式的勵磁電源由電壓源和電流源疊加而成。其中，并聯在機端的勵磁變壓器與串聯在發電機中性點的勵磁變流器（SL稱串聯變壓器）的二次繞組在交流側相串聯，然后經可控硅整流后，供給勵磁繞組。這種勵磁方式的勵磁功率不僅取決于定子電流和電壓，而且取決于電壓和電流間的相角差。

1.2主要功能

勵磁系統能否正常運行對發電機的穩定運行有直接的影響。勵磁系統主要功能有：（1）維持發電機端電壓在給定值，當發電機負荷發生變化時，通過調節磁場的強弱來恒定機端電壓。（2）合理分配并列運行機組之間的無功分配。（3）維護電力設備安全運行。在正常運行及事故情況下，能提高系統的靜態穩定性和動態穩定性。在短路故障期間以及故障切除之后，性能良好的勵磁控制系統可以盡量維持電力系統的電壓、加速電壓的恢復，從而有利于維護電力設備的安全運行。除此之外，勵磁系統還能提高帶時限的繼電保護裝置的工作靈敏性和動作準確性（4）提高電力系統的穩定性，包括靜態穩定性、暫態穩定性及動態穩定性。在靜態勵磁系統中，勵磁電源取自發電機機端。同步發電機的磁場電流經由勵磁變壓器、可控硅整流器和磁場斷路器供給。勵磁變壓器將發電機端電壓降至整流單元所需的輸入電壓。滅磁回路主要由磁場斷路器、滅磁電阻和晶閘管跨接器組成。除勵磁調節器外，一些接口電路如快速輸入/輸出模塊和功率信號接口模塊也被用來提供測量和控制信號的電隔離。

1.3調節和控制算法

（1）PID調節及算法。PID調節器是應用最廣泛的一種調節器。比例調節可以減小控制系統慣性時間常數，但相對穩定性降低，而且不能消除穩態誤差；積分調節可以消除穩態誤差；微分調節可以提高系統的穩定性，相應可以增加比例調節放大倍數。（2）PSS（電力系統穩定器）。在正常運行條件下，以發電機端電壓為負反饋量的發電機閉環勵磁調節器是穩定的，當轉子功率角發生震蕩時，勵磁系統提供的勵磁電流的相位滯后于轉子功率角。在某一頻率，當滯后角度達到180°時，原來的負反饋變為正反饋，勵磁電流的變化進一步導致轉子功率角的震蕩，即產生了所謂的“負阻尼”。PID調節主要是針對電壓偏差信號而設計的，它所產生的超前相位頻率未必與低頻震蕩頻率同相，即未必能滿足補償負阻尼所需的相位。此外，在PID調節系統中為了控制電壓，必須連續地對電壓偏差進行調節，因此無法區別阻尼轉矩為正值還是負值，難以顧及發電機電壓調節及保證阻尼轉矩為正值的要求。因此，PID調節方式對于抑制系統低頻震蕩的作用是有限的。PSS是在自動電壓調節的基礎上，以轉速偏差、功率偏差、頻率偏差中的一種或兩種信號作為附加控制，其作用是增加電力系統震蕩的阻尼，以增加電力系統動態的穩定性。

2、火力發電廠發電機勵磁系統常見故障及處理

火力發電廠發電機勵磁系統在運行中，常見的故障現象有：發電機無法起壓、發電機失磁、汽輪發電機轉子兩點接地。上述勵磁系統故障現象的出現，造成火力發電機在運行中出現異常現象，極大的影響了發電機組的穩定運行。下面針對上述問題在發電機運行中的具體體現，以及造成的影響及處理進行簡要的分析研究。

2.1發電機無法起壓

發電機運行中如勵磁系統缺少剩磁，則在系統運行的過程中無法建立勵磁電壓，該類現象下則造成發電機在啟動運行中達不到起壓效果。具體分析在發電機運行中發電機無法起壓，勵磁系統缺少剩磁主要的原因為剩磁過少，并且由于設備維修中接線錯誤，造成設備啟動瞬間電流傳輸造成了剩磁消失現象，最終因剩磁消失造成發電機在運行中無法建立電壓。為此，在發電機檢修時，勵磁回路的接線必須正確，檢修過程中要在拆下的線頭上掛標示牌，以免接錯勵磁回路。另外，在進行通直流電測量電阻試驗時，要將勵磁回路斷開，等待測量完畢再重新接通。如果有不能斷開的情況發生，則必須注意通入直流電和勵磁器正負方向要保持一致。其次要檢查發電機是否起勵、起勵電源是否正常、勵磁變運行是否良好、功率柜工作是否正常、整流橋觸發脈沖切除開關是否斷開等。

2.2發電機失磁

發電機失磁是指發電機在運行過程中由于失去勵磁電流致使轉子磁場消失的現象，發電機失磁往往都是因為勵磁系統發生故障導致的。發電機失磁故障出現時會伴隨以下現象：轉子電流表指針指向0（發電機轉子回路斷開）或接近0（勵磁回路開路，有剩磁殘留）的位置，校正器電流增大；定子電流顯著增大并擺動；發電機端電壓及母線電壓較小并擺動；無功表指示到負值區域，有功表指示降低并擺動；轉子電壓表指示異常；功率因數進相；汽輪機轉速增大、頻率略有增加等。發電機失磁故障的出現造成電網電壓快速降低，嚴重的影響了供電質量，且由于電壓降低的時間過快，電網運行中出現了一定的電網震蕩現象，并且造成了大范圍的停電事故，對于用電戶的安全用電造成了極大的危害。因此分析在實際發展中關于火力發電廠發電機的失磁故障現象，為有效的進行故障現象的處理，設備維護人員首先應進行故障設備的隔離停機處理。通過隔離停機使得故障發電機脫離發電機組，之后通過發電機維護檢修的方式，進行失磁發電機的維修。

2.3發電機轉子兩點接地

發電機為火力發電廠中重要的一類電氣設備，火力發電中主要通過煤炭燃燒提供能量，之后通過能量轉換的形式實現電能生產。該類作業環境下發電機在運行中出現積灰現象也較為多見。積灰現象的出現，加之發電機中轉子槽口絕緣損壞，引線絕緣損壞現象的出現，發電機在運行中則有可能產生一點接地事故。發電機運行中勵磁系統或轉子繞組中出現一點或兩點接地，極大的影響了發電機的安全穩定運行。其中具體分析發電機轉子出現接地現象，造成的主要不良現象體現為發電機無功功率減小，勵磁電流快速升高，儀表盤指示燈點亮。最終在持續運行的過程中對于電網的安全運行，以及用電戶的安全用電都造成了極大的危害。勵磁系統或者轉子繞組中回路的任何一處有兩點接地出現時，就會有發電機盤上相應提示光字牌亮，勵磁（轉子）電流劇烈升高，發電機無功功率減小、功率因數可能進相，發電機劇烈振動，轉子、定子電壓減小以及校正器電流增大等現象出現。由以上現象可以看出，勵磁系統或者轉子繞組中回路兩地接地危害很大，因此當有一點接地發生時，就需要及時查找故障點并設法消除。為了防止勵磁系統和轉子繞組發生兩點接地故障，應該在發電機勵磁回路中安裝絕緣監察裝置，并且定期對運行中發電機的勵磁回路絕緣電阻進行測定，有一點接地出現就及時消除。

3、結束語

綜上所述，現階段我國火力發電廠發電機在運行中，出現勵磁系統故障現象，對于發電機的穩定運行，以及電能的穩定生產造成了極大的影響。因此分析在實際發展中為有效的處理火力發電廠發電機的勵磁系統故障現象，設備維護人員應從勵磁系統接線檢測，安裝系統絕緣監測裝置以及隔離維護處理的方向進行發展。以此合理有效的進行勵磁系統的檢修處理，并且降低勵磁系統故障現象，造成更大范圍電力故障現象，保障發電企業的穩定發展，并且合理的控制故障造成的損失，推動電力企業的安全穩定發展。

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（作者單位：山西平朔煤矸石發電有限責任公司）