同步发电机励磁系统故障处理及运行分析

邓林

摘 要：同步发电机励磁系统稳定性对于发电机组的设备运行和发电质量都有直接的影响，由于特定原因，系统运行中存在一些故障，导致对机组发电产生影响。本文主要结合相关机组的运行状况，对存在的故障及处理措施进行了分析介绍，并对运行过程中的相关注意事项进行探究。

关键词：同步发电机 励磁系统 故障运行分析

1 引言

电力运行中，良好稳定的励磁系统至关重要，可以有效保证输出电压的稳定性，提升发电的品质。在机组运行和维护过程中，常常会发生一些运行故障，影响励磁系统的控制质量，对机组的安全运行、发电品质都产生较大的影响。同时，励磁系统的故障还会引起设备的损害，随着用电质量和要求的提升，分析和探究励磁系统的故障类型、改进提升运行质量等十分关键和必要，本文主要结合实际运行过程中，励磁系统出现的相关的故障类型及处理措施，并在此基础之上介绍了系统运行相关的注意事项。

2 同步发电机组励磁系统简介

励磁系統主要是为同步发电机提供励磁电流的电源及附属设备，主要可以分为两个组成部分：励磁调节器和励磁功率单元，水电站基本上采用机端自励恒压励磁系统。励磁功率单元为同步发电机提供励磁电流，励磁调节器则通过调节准则和特定的输出信号控制励磁功率单元的输出电压，以致控制发电机磁场电流。在正常的运行状态下，励磁调节器能够正常的自动调节控制励磁系统。

因此，同步发电机组励磁系统的主要作用有二：一是调节机端电压的大小，当发电机空载运行，端电压需要被人为调节时，励磁系统设置手动或电动调节环节，一般在发电机需要同期并网前，需发电机端电压与网上电压幅值相等时进行调节。发电机端电压低于网上电压时，需增大励磁系统功率单元输出电流；反之，发电机端电压高于网上电压时，需减少励磁系统功率单元输出电流。以上是人为给定调节。在一般的空载运行阶段，无人为给定调节操作，励磁调节器则工作在自动调节状态，其目的是维持机端电压的稳定，不要产生波动，从而保证电压质量。

3 400KW同步发电机机端励磁系统常见故障分析及处理

（1）调节电位器断线，造成发电机失磁故障。故障现象：发电机组运行时，有功功率维持400KW不变，无功功率从300KVar下降至-200KVar，发电机组进入到进相运行状态。电压则从400V降低至395V。非故障发电机组的无功功率上升，达到现场检查，发现2号机精密多圈电位器内部断线，柜面的励磁电流表数值显示为零，切换到数字调节方式后恢复正常发电。

上述故障的原因：该机组励磁调节器设两种给定调节回路，通过开关切换。因精密多圈电位器采用电阻丝绕制，频繁操作会磨损，加上电位器产品质量问题，容易出现断线故障。所以此后我们规定一般情况下需切换到数字电位器调节的位置运行。结果未出现失磁现象。

（2） 无功功率不足。故障现象：400KW发电机运行时无功功率从300KVar，突然下降到100KVar，增大到200KVar后再也无法增加。但减小无功操作能正常响应。经示波器检查发现整流回路缺相运行，两相运行，原来的三相可控整流变为单相可控整流，即使角度开大到极限，仍不能满足要求。

故障的原因：经检查发现其中励磁变压器输出端与可控硅间A相快速熔断器熔断，进一步检查没有可控硅元件损坏。更换该快熔后恢复正常。但不久又出现同样故障。第二次处理过程中发现正常使用中（Il=150A）的快速熔断器两端有3V的电压降，分析认为发热功率为Pr=IV=150×3=450w。450w的发热功率就集中在空间不大的熔断器内腔里，时间不长就会烧断。由此判断该熔断器存在质量问题，原因是存在接触电阻，可能是接触不良，或熔丝材质电阻率大。经更换另一厂家产品使用不再出现该故障。

（3） 发电机并网带负荷后定子电流和励磁电流摆动大，但空载运行稳定。水轮发电机组启动后转速接近额定转速，起励建压，电压稳定，任意升降调节，机端电压均能平稳响应。即并网前发电机空载运行正常。同期操作合闸瞬间即有电流摆动，调节有功功率或无功率均造成发电机定子电流大幅摆动，即不能稳定运行。

故障分析：发电机空载建压运行稳定，说明励磁调节器基本功能环节及通道没有故障。并网后主要区别是加入了定子电流反馈环节，在模拟电路构成的励磁调节器里，把发电机定子二次电流（0-5A）作采样值，在屏内磁盘变阻器上变换成相应成正比的电压量，然后与机端电压采样值叠加，形成综合反馈输入值。这一环节通称调差环节。根据这一思路，我们发现磁盘变阻器一相接头接触不良（特别是电流在1A以上时），导致电流采样值处于不规则变化中。从而造成可控硅开放角不规则变化，以致机组无功无序波动。

我们此后经常检查调差变阻器，以致该环节的整个二次电流回路的接触状态。

4 同步发电机励磁系统运行注意事项

我们电站机组属于控制保护技术不完善的设备，运行通常需注意以下几方面

4.1励磁系统空载运行注意事项：因调速器不能自动运行，机组空载调频能力差，所以严格注意不能低频励磁，否则容易低速过励而烧坏可控硅元件。空载低速过励出现的情况有：

1）开机初始，转速未达到；

2）转速降低调整滞后效应导致过调整而低速；

3）突甩负荷后紧急关水而未顾及灭磁。

4.2励磁系统并网运行注意事项：首先，禁止在并网当中进行运行方式的切换，比如数字给定调节与模拟给定调节方式的切换，恒压运行与恒功率因数运行方式的切换。都是为了避免造成无功电流突变，对发电机造成冲击。然后，丰水期运行在少发无功，多发有功，并处恒压方式时，不要减励磁致使功率因数接近1.0，进相运行在调整时容易进入反向调节误区，使发电机组进入不稳定运行区域。

5 结语

励磁系统是同步发电机的重要配套设备，对于机组运行和电力系统的改善都有重要的意义。根据同步发电机静止励磁装置的运行状况，对出现的故障和处理措施进行了分析介绍，并对励磁系统运行中的注意事项进行了探究，以更好地提升和保障励磁系统的稳定运行。