探討水輪發電機勵磁裝置的調試與檢修

鄭黎翔

摘要：本文針對發電機微機勵磁裝置現場調試和檢修以及運行過程中常見的問題進行了分析和探討，并提出了詳盡的解決方案，對電站運行和檢修人員具有一定的參考價值。

關鍵詞：微機勵磁 ?調試 ?檢修 ?故障分析

引言：同步發電機的勵磁系統由勵磁功率單元和勵磁調節器兩部分組成，它們和同步發電機結合在一起就構成一個閉環反饋控制系統，稱為勵磁控制系統。 勵磁控制系統的三大基本任務是：穩定電壓，合理分配無功功率和提高電力。勵磁裝置是發電機的主要輔機，其性能好壞直接關系到電力生產的可靠性。

1.發電機勵磁裝置不能正常升壓

福建古田溪水電廠使用的勵磁裝置是廣科院EXC9000勵磁系統，該勵磁系統在機組大修后，現場監控發出開機升壓命令后，發電機機端電壓實際值無變化，或者機端電壓先上升后又回落接近零，導致啟勵失敗，其出現的原因分析及處理方法主要有以下四個方面。

1.1硬件方面原因

起勵回路不正常、初勵控制繼電器或初勵接觸器沒有動作、滅磁開關來的強制停機令或封脈沖、功率柜刀閘未合、水電無大于 95%轉速令接入、脈沖回路問題（脈沖回路配線問題，切脈沖開關斷開）、勵磁調節器沒有接收到開機令（外部開關量配線錯誤）以及機端短路。

1.2軟件方面原因

主要為設置錯誤及指令錯誤

1.3對起勵失敗的處理過程需要嚴格按照順序排查

如起勵后有沒有異常、起勵接觸器是否動作 、發電機機端電壓在起勵后電壓上升后又回落、起勵時起勵按鈕接通的時間短，不足以使發電機建立維持整流橋導通的電壓。需保持面板上起勵按鈕持續接通5S以上。

1.4發電機殘壓低

發電機殘壓太低，卻仍然投入“殘壓起勵”，這樣即使按起勵按鈕超過5S，也不會起勵成功。需切除裝置的“殘壓起勵”功能，直接用輔助電源（直流電源）起勵。

2. 勵磁裝置在運行當中的故障現象及檢修方法

2.1可控硅的觸發脈沖對于勵磁裝置能否穩定地工作起著至關重要的作用。

此故障現象為勵磁投入后正常，突然在某工作點勵磁表記開始擺動。本廠曾遇到此故障：勵磁裝置啟勵至發電機額定電壓80%，然后繼續增磁到大約90%時，勵磁表計開始反復擺動，實驗幾次均有此現象發生。檢查采樣回路，脈沖回路的控制電壓都正常。用示波器觀察脈沖，正常時為雙脈沖，隨著增磁到上次故障點時，雙脈沖變成“三”脈沖。即在雙脈沖的第一個脈沖前沿，又多了一個時有時無的“虛”脈沖，造成可控硅誤觸發，造成這個故障。懷疑是由于現場較長的導線在電纜溝中形成容性耦合。經更換脈沖屏蔽線，并將電纜屏蔽層可靠接地，此現象消除，工作正常。

2.2勵磁波動較大且不穩定

勵磁表記擺動較大時，應檢查的項目：勵磁裝置從運行數值變化規律無常，但當增減磁時仍然可以進行調節，這是由于移相脈沖的波動引起的，首先應檢查脈沖的控制電壓U？是否正常。而脈沖的控制電壓U？是由勵磁量測值（發電機電壓或勵磁電流）、給定值經PID調節所輸出的。因此先檢測勵磁裝置的電源是否正常。再分別檢查給定值，勵磁量測值兩路信號是否正常。其次，當勵磁整流波形脈動成分較大時，勵磁表記抖動明顯。用示波器觀察可控硅整流波形，僅能看到4個甚至2個可控硅導通波形。出現此類現象大部分情況是由于設備在使用過程中由于現場環境溫度地變化，震動，氧化作用，使電子元氣件的工作特性和焊接狀態都受到一定的影響。因此，除了發生故障時及時修復外，還要注意平時定期對勵磁裝置進行維護、調試，及時更換損壞的元器件。

3.勵磁變壓器的相序，相位對于勵磁裝置的影響

勵磁裝置對于可控硅同步信號有著嚴格的要求，因此對于勵磁變壓器不僅要求相序正確，相位也要正常。在古田溪電廠二級電站#1機組勵磁系統調試中，水輪發電機升至額定轉速后，勵磁啟勵，發電機迅速建壓。但當繼續增磁時，突然發電機過壓，跳開滅磁開關。懷疑勵磁變壓器接線錯誤，造成可控硅整流失控，從而使發電機過壓。這套裝置的勵磁變壓器為Y/△11接法，將勵磁變壓器原，次端電纜重新安裝，勵磁工作正常。

勵磁輸出從零值上升到整定值之間發生大幅度擺動，其變化特點是當增，減磁的量值為一常數時，而勵磁輸出（表記）上下擺動，甚至時有時無。形成以上的故障，也是由于勵磁變壓器相序錯誤造成的，可控硅的觸發脈沖與可控硅的陽極電壓不同步，此時的可控硅的導通角的大小由脈沖發出的時刻決定的，而是否導通則取決于陽極電壓的極性。

對于勵磁變壓器的相序，相位錯誤，可用示波器，相序表進行檢查。也可以測母線與勵磁變壓器原端的電壓差，同相時應無電壓，異相時則顯示出電壓差，如此依次測量即可找出故障點并順利解決。

4. 發電機不能正常滅磁

發電機同電網解列后，勵磁裝置要把勵磁繞組的磁場盡快地減弱到盡可能小的程度。有利用可控硅橋逆變滅磁，利用放電電阻滅磁，利用非線形電阻滅磁等滅磁方式。在逆變的方式下，逆變失敗不能有效降低勵磁電流。逆變滅磁就是將可控硅的控制角后退到逆變角，使整流橋由“整流”工作狀態過渡到“逆變”工作狀態，從而將轉子勵磁繞組中儲存的能量消耗掉。

5.勵磁電流與勵磁電壓不成比例

勵磁電壓正常，勵磁電流偏低，并出現局部發熱現象。這種故障一般是由于轉子回路阻值增大所致。如可控硅整流回路的銅排，分流器，以及轉子電纜之間的連接接觸不好，導致有高溫跡象。另外就是集電環和碳刷有效接觸面積減小而使接觸電阻增大。勵磁電流正常，勵磁電壓偏高。用示波器觀察可控硅整流波形，可看到有交流波形。這是由于整流橋中的個別可控硅短路，把交流成分加到直流輸出端。因此，電壓表上顯示的是兩種電壓的疊加值，所以要高于正常勵磁電壓值。

6.結束語

在工作現場會面對各種千差萬別的故障和現象，相信在問題面前，只要能夠進行仔細的分析，層層分解，就能夠對各種的故障進行圓滿地解決。

參考文獻

[1]李志軍（Li ?Zhijun）等.靜止勵磁系統高壓大功率可控硅保護方案探討，中國電工技術學會邁向21世紀的電工科技學術會議論文集 ?1996年06月。

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[4]GB/T 7409-1997，同步電機勵磁系統[S]