水利发电机组励磁系统常见故障及处理方式浅析

2014-04-07

四川水利 2014年3期

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

发电机组励磁装置是发电机的主要辅机，其性能好坏直接关系到电力生产的可靠性。随着计算机技术的迅速发展，微机型励磁装置在同步发电机上得到了广泛的应用，对于保障发电机能够稳定地运行，起到了关键的作用，微机励磁装置的调试和维护对保证电力生产的安全运行具有十分重要的意义。

1 机组启励失败故障检查

励磁装置下达投励令后，发电机不能建立初始电压，导致启励失败。针对这个问题我们可作如下检查。

1.1 首先检查励磁装置是否有输出启励电压。自并激励磁装置的发电机机端初始电压是通过他励的方式，给发电机建立初始电压而产生的。有的励磁装置具有交、直流两种他励供电电源(启励方式)，可分别试之。并检查启励回路是否接通，启励电压是否送到发电机激磁回路(转子)上。同时也要检查励磁装置内部的启励接触器是否工作正常。此项检查工作可以按照启励接触器工作原理图进行电器合、分实验。

1.2 检查给励磁装置提供整流电源的励磁变压器的工作回路是否接通。发电机在启励升压后，是依靠励磁变压器给励磁装置提供整流电源，因此要保证励磁变压器原、次端工作回路必须正常。在此，介绍一个小窍门，在发电机定速后，发电机一般具有一定的残压，此时可用万用表检查可控硅交流侧是否有经由励磁变压器送来的阳极电压，若三相电压平衡，说明此回路正常。

1.3 检查励磁装置的整流情况。现在的励磁装置都具有试验功能，可利用厂用电进行静态调试，分别检查移相脉冲的控制电压及脉冲的宽度、幅度和相位角度。最后利用示波器观察可控硅的整流波形，整流波形应随着给定值的增加或减少而平稳的上升或下降。

1.4 有的机组在检修后，将转子与励磁输出的电缆反接。这样在下次启励时，转子电势的方向与启励电源的方向相反，也可造成启励失败。更改电缆的方向或者对转子继续进行充磁，就可以使发电机顺利升压。

2 运行过程中的常见故障检查

在水电机组72小时运行过程中常见的故障主要有以下几个：

2.1 励磁投入后正常，突然在某工作点励磁表记开始摆动

曾经在重庆中梁一级水电站遇到这个故障，励磁装置启励至发电机额定电压80%，然后继续增磁到大约90%时，励磁表计开始反复摆动，实验几次均有此现象发生。检查采样回路，适配单元，脉冲的控制电压都正常。用示波器观察脉冲，正常时为双脉冲，随着增磁到上次故障点时，双脉冲变成“三”脉冲。即在双脉冲的第一个脉冲前沿，又多了一个时有时无的“虚”脉冲，使可控硅误触发，造成此故障。怀疑是由于现场较长的导线在电缆沟中形成容性耦合。经更换脉冲屏蔽线，并将电缆屏蔽层可靠接地，此现象消除，工作正常。

2.2 励磁波动较大且不稳定

励磁表记有轻微的抖动是正常的，但当摆动较大时，则属于故障。应检查的项目：(1)励磁装置从运行数值突然向满刻度方向摆动，时而又正常，其变化规律无常，但当增、减磁时仍然可以进行调节。这是由于移相脉冲的波动引起的。首先应检查脉冲的控制电压是否正常。而脉冲的控制电压是由励磁量测值(发电机电压或励磁电流)、给定值经PID调节所输出的，因此先检测励磁装置的电源是否正常，再分别检查给定值、励磁量测值两路信号是否正常。可用万用表和示波器检查给定值，励磁量测值(发电机电压，励磁电流)输入及经适配单元后的测量值是否稳定、正常；(2)当励磁整流波形脉动成分较大时，励磁表记抖动明显。用示波器观察可控硅整流波形，仅能看到4个甚至2个可控硅导通波形。首先可用万用表或专用仪器检测可控硅的性能是否良好，再用示波器观察六个脉冲信号是否存在，检查触发脉冲的形成、预放，及脉冲变压器原、次端的信号是否正常。并可与同步电压进行相位比较，观察脉冲的移相角度、宽度及幅值是否正常。出现此类现象大部分情况是由于设备在使用过程中现场环境温度变化、震动、氧化作用，使电子元气件的工作特性和焊接状态都受到一定的影响。因此，除了发生故障时及时修复外，还要注意平时定期对励磁装置进行维护、调试，及时更换损坏的元器件。

2.3 励磁变压器的相序、相位对于励磁装置的影响

励磁装置对于可控硅同步信号有着严格的要求，因此对于励磁变压器不仅要求相序正确，相位也要正常。在实际调试中经常遇到此类问题。四川某水电厂调试中，水轮发电机升至额定转速后，励磁启励，发电机迅速建压，但当继续增磁时，突然发电机过压，跳开灭磁开关。当时，怀疑励磁变压器接线错误，造成可控硅整流失控，从而使发电机过压。这套装置的励磁变压器为Y/△11接法，与安装人员沟通后才知道，当时他们已经知道励磁变压器原端的三相电缆是C、B、A接法，他们误以为将励磁变压器次端也按C、B、A接就可以了，而实际上没有考虑励磁变压器Y/△11接法，经他们这样接线后变成了Y/△1接法，使励磁变压器相位发生了变化，从而造成可控硅整流失控。后将励磁变压器原，次端电缆重新安装，励磁工作正常。

在四川渠县石佛滩水电站励磁系统调试过程中，励磁装置升压，并网均能够正常工作，但发现启励时，发电机电压表上升速率很快，因为这套励磁装置具有升压缓启励功能，因此，电压表应该平稳地上升。并且，用万用表测量触发脉冲的控制电压也是偏离正常值，再次用示波器观察同步电压，发现A、C相电压接反，形成反序的同步电压。经证实，在自行更换励磁变压器时，将励磁变压器次端A、C相电缆接反，经更换后，励磁投入，以上问题均解决，工作正常。励磁输出从零值上升到整定值之间发生大幅度摆动，其变化特点是当增、减磁的量值为一常数时，而励磁输出(表记)上下摆动，甚至时有时无。形成以上的故障，也是由于励磁变压器相序错误造成的，可控硅的触发脉冲与可控硅的阳极电压不同步，此时的可控硅的导通角的大小由脉冲发出的时刻决定，而是否导通则取决于阳极电压的极性。

综上所述，对于励磁变压器的相序、相位错误，可用示波器、相序表进行检查，也可以测母线与励磁变压器原端的电压差，同相时应无电压，异相时则显示出电压差，如此依次测量即可找出故障点并顺利解决。

2.4 发电机不能正常灭磁

发电机同电网解列后，励磁装置要把励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的程度，有利用可控硅桥逆变灭磁，利用放电电阻灭磁，利用非线形电阻灭磁等灭磁方式。

在逆变的方式下，逆变失败不能有效降低励磁电流。逆变灭磁就是将可控硅的控制角后退到逆变角，使整流桥由“整流”工作状态过渡到“逆变”工作状态，从而将转子励磁绕组中储存的能量消耗掉。引起逆变失败的原因大致有如下几点：

(1)回路工作不可靠，不能适时准确地给可控硅分配脉冲，导致应开通的可控硅不能开通；

(2)可控硅控制极故障，失去阻断能力或导通能力；

(3)交流电源异常，励磁变压器相序、相位错误或者在逆变过程中出现断电、缺相或电压过低；

(4)由于逆变时换相的超前触发角β过小，或因直流负载电流过大，交流电源电压过低使换相重叠角γ增大，或因可控硅关断

时间对应的关断角δ增大，使换相裕度角不够，前一元件关断不了，后续元件不能开通。