浅谈发电机励磁系统

孙兴喜

（中国石化金陵分公司， 江苏 南京 210033）

1 励磁系统的概念

同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备，为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流。专门为发同步电机供应励磁电流的有关设备，统称为励磁系统。

2 励磁方式的分类

直流发电机供电的励磁方式，这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。

交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式，这种励磁系统中的直流励磁电源是通过把交流励磁电源经半导体整流后得到的（简称半导体励磁方式）。根据交流励磁电源的不同种类，半导体励磁系统又可分为两大类。

2.1 他励励磁系统

这类励磁系统采用与主发电机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管、晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自主发电机之外的独立电源，故称为他励系统。用作励磁电源的同轴交流发电机称为交流励磁机，也可称为交流励磁机励磁系统。

2.2 自励励磁系统

自并励励磁系统，由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁调节装置、发电机灭磁柜等部分组成。从发电机的出口母线获得三相交流电，经过励磁变压器变为符合要求的电压较低的交流电，再经过可控硅整流装置后，通过直流刀闸到主备励切换柜，然后到灭磁柜，最后上发电机转子，完成了发电机的励磁过程。

2.2.1 自并励励磁系统的主要优点

（1）没有旋转部件，运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。（2）取消了励磁机，缩短的汽轮机—发电机轴系长度，可提高机组轴系的稳定性、提高机组安全运行的水平。（3）励磁回路中有滑环、碳刷、灭磁装置，响应速度快。（4）可以提供较大的励磁功率。

2.2.2 自并励励磁系统的主要缺点

整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压下降，影响励磁系统的强励能力。(2)有碳刷增加了维护量。(3)发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强励要求，强励减弱时，短路电流迅速衰减，可能不能使发电机的短路电流维持在使过电流保护动作的水平，带时限的继电保护可能会拒绝动作。(4)起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要另外设置起励电源。

3 发电机励磁系统的原理及作用

3.1 励磁系统的原理

同步发电机的励磁系统是指为发电机提供可调节励磁电流的装置的全部组合。励磁功率单元负责向同步发电机转子提供直流励磁电流。励磁调节器则根据机端电压的变化控制励磁功率单元的输出，从而达到调节励磁电流的目的。

3.2 励磁系统的作用

3.2.1 调节电压：电力系统正常运行时，负荷随机波动，随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端电压在给定水平，所以励磁系统担负着维持电压水平的任务。

3.2.2 励磁电流过小发电机将从系统中吸收无功功率。系统电压随着负荷波动而变化，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响其本身的电压和无功功率，而且也影响与其并联的运行机组的无功功率。所以，同步发电机励磁系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。

3.2.3 利于系统运行稳定性：同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件，电力系统在运行中随时都可能受各种干扰，在这些扰动后，发电机组能够恢复到原来的运行状态，或者过渡到另一个新的状态，则系统是稳定的。

4 发电机励磁系统一般故障的现象及处理

4.1 励磁回路一点接地

现象包括：(1)转子一点接地动作。(2)发电机检漏计有可能动作。

处理方法：(1)汇报值长。(2)检查滑环、碳刷刷辫有无碰壳接地。(3)检查空冷室有无漏水。(4)检查并清扫励磁回路。(5)若转子漏水引起接地应立即申请停机处理。

4.2 发电机失磁

现象包括：（1）转子电流接近零值。（2）无功功率显示为负值，功率因数进相。（3）发电机定子电流升高并摆动。（4）发电机及母线电压降低并摆动，强励有可能动作。

处理方法：（1）若灭磁开关跳闸，发电机出口断路器未跳应汇报值长立即将发电机解列。（2）如果灭磁开关未跳，出现上述现象时，应迅速将微机励磁装置切至另一路运行，若无效应切至手动调整。（3）若手动后调节无效，应汇报值长，经值长同意后解列发电机。

4.3 励磁回路两点接地或层间短路

现象包括：（1）励磁电流大增、励磁电压降低，无功负荷下降或为负值。（2）发电机发生振动。（3）自动励磁装置电流增大。（4）转子一点接地动作。

处理方法：(1)检查转子两点接地保护投入正常。(2)投转子一点接地保护时，应立即降低有功、无功，使发电机振动及转子电流降至允许值，无法维持时，请示值长停机。(3)转子冒烟起火，并伴有发电机漏水时，应立即解列停机。(4）若两点接地导致发电机失磁按失磁处理。

5 结语

电子技术和电力电磁理论的深化发展，可以借助电子技术来完善发电机的励磁系统提高电机性能，现代中小型同步发电机励磁系统的研究工作是在此技术上发展起来的，具有此种励磁方式的同步发电机各具特点。

[1]陆继明,毛承雄,王丹.同步发电机微机励磁控制[J].中国电力出版社,2006:1-30