一起励磁调节器磁场开关合闸故障原因分析

蒋建旭，张云斌，郑祥云

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

0 引言

励磁调节器是控制发电机机端电压及机组间无功功率分配的重要控制装置，对电力系统运行起着至关重要的作用。磁场开关作为励磁调节器的重要元件，用于接通和断开磁场回路，其性能好坏直接影响到机组的安全稳定运行［1］。以一起磁场开关合闸故障为例，分析故障原因并提出了有效防范措施。

1 故障描述

某电厂机励磁调节器自2007年投运至今共计12年，设备老化情况严重，设备故障频发，对其进行升级改造。

调试过程中，调试人员通过励磁系统就地操作面板ECT对磁场开关进行一次合闸、分闸操作，开关合闸、分闸正常，然而调试人员再次通过操作面板对磁场开关进行合闸时，出现磁场开关无法合闸的故障现象。

2 原因分析

2.1 合闸线圈烧损

磁场开关包含2个线圈，其中，第一线圈用于合闸和分闸，第二线圈用于分闸。磁场开关内部构造如图1所示［2］。

初步怀疑为磁场开关合闸线圈烧损导致磁场开关合闸故障，故对磁场开关线圈直流电阻进行测量，测量结果如表1所示。

经测量，磁场开关合闸线圈直流电阻正常，排除磁场开关合闸线圈损坏导致灭磁开关合闸故障。

2.2 磁场开关合闸执行机构卡涩或破损

对磁场开关进行拆解，如图2所示，发现执行机构无破损，排除执行机构破损导致的机构合闸故障。

图1 磁场开关内部构造

表1 磁场开关线圈直流电阻实测值 Ω

人为拉动磁场开关动触头，发现执行机构带动动触头与静触头接触，执行机构行程无卡涩，故排除执行机构卡涩导致的合闸异常。

图2 磁场开关解体执行机构

2.3 磁场开关控制回路异常

排除磁场开关机构问题后，从磁场开关分、合闸原理出发，进一步研究磁场开关合闸故障的原因。

2.3.1 磁场开关合、分闸原理

磁场开关合闸执行机构如图3所示。由图1与图3所示，磁场开关合闸原理为：磁场开关第一线圈（合圈）通正向直流电，闭合装置1通电后将移动执行机构，如图3所示，执行机构带动拔叉2（拔叉2与动触头3为一体）按照红色箭头方向移动，最终使动触头3与静触头9接触。由于故障设备采用的M型断路器不需要电流维持接触压力，所以主触头（动触头3与静触头9）闭合之后，接触压力由闭合装置1来维持。

图3 磁场开关合闸执行机构

图4 磁场开关分闸执行机构

磁场开关分闸执行机构如图4所示。由图1与图4所示，磁场开关分闸原理为：磁场开关第一线圈（分圈）通反向直流电，拔叉2带动动触头3缩回；磁场开关第2线圈（分圈）通电，过电流释放装置15带动连杆7向上移动，通过杠杆14将拨杆8上抬，拨杆8顶起拔叉2，使得原挂接在一起的拔叉2与执行机构脱离开，拔叉2与动触头3一起缩回，完成分闸。

当磁场开关通过第二线圈分闸时，拔叉2与动触头3缩回，但执行机构仍在合闸位置，所以下次合闸前，需要通过给第一线圈通反向直流电（即第一线圈分圈受电）的方法将执行机构复位。

结合上述分析磁场开关分、合闸原理可知，磁场开关合闸方式为第一线圈（合圈）通正向电，使得线圈缠绕的永磁铁（闭合装置1）在电场作用下产生一恒定磁场，在永磁铁磁场力的作用下（利用磁铁N级和S级同性相斥、异性相吸的原则），推动执行机构带动拔叉2与动触头3进行合闸；磁场开关分闸方式为第一线圈（分圈）通反向电，抵消永磁铁内原磁场，使得执行机构失去原维持压力，拔叉2与动触头3缩回。

据此，怀疑磁场开关线圈内部磁场紊乱导致分闸后执行机构未复位，进而造成磁场开关合闸故障。

2.3.2 磁场开关控制回路检查

磁场开关控制回路与合闸、分闸回路等效电路分别如图5～7所示。控制回路中电阻选型如表2所示。

图5 磁场开关控制回路原理

图6 磁场开关合闸回路等效电路

图7 磁场开关跳闸回路等效电路

表2 电阻选型表 Ω

带入表1、表2中电阻值，可得磁场开关第一线圈（合圈）理论动作电压为

磁场开关第一线圈（跳圈）理论动作电压为

现场将磁场开关前端航空触头拔下，闭合第一线圈（合闸）继电器K10，测量R和S间电压为231.6 V；闭合第一线圈（分闸）继电器K12，测量S和R间电压约为180V。故第一线圈（合闸）动作电压正常，但第一线圈（分闸）动作电压180V远大于理论计算值35V，故怀疑串联电阻R22与并联电阻R21配置有误。

经现场检查发现，串联电阻R22与并联电阻R21位置接反，且两电阻分接头位置接反，即接入的有效部分分别为R1-321和R1-322，现场实测值如表3所示。

表3 现场实测电阻值 Ω

图8 磁场开关跳闸回路实际接线等效电路

因此最终确定，导致合闸故障的原因为磁场开关控制回路中并联电阻R21、串联电阻R22接线错误，导致第一线圈（分圈）动作电压过高，进而导致本应抵消原永磁铁磁场的反向磁场过大，致使第一线圈永磁铁内部磁场紊乱，最终磁场开关合闸故障。

经过对磁场开关控制回路电阻更改，开关合闸成功，故障排除。

3 磁场开关合闸故障防范措施

为确保磁场开关工作正常，保障励磁系统安全正常工作，磁场开关合闸故障防范措施总结如下［3］：

1）磁场开关运行环境。磁场开关应存放在干燥（40℃时最大相对湿度为50%）、清洁和封闭的位置，环境温度为-25～+55℃。

2）磁场开关分、合闸线圈电阻选择。定期测量第一线圈（合圈、跳圈），第二线圈（跳圈）直流电阻值，应与标称值相符。

3）磁场开关分、合闸线圈的动作电压选择。定期进行分、合闸操作，检查低电压和最大动作电压下的动作可靠性，辅助触头接触是否良好；低电压合闸操作在80%的额定操作电压，分闸操作在65%的额定操作电压，分、合闸操作均进行5次，电压低于30%时不应动作；最大操作电压在110%额定操作电压时，分、合 5 次［4］。

4）磁场开关动、静触头检查。测量动、静触头闭合后接触电阻是否满足标准；检查动、静触头有否烧损，接触面是否光滑且无珠状物质；磁场开关处于闭合状态，测量触头磨损尺寸W，当W=（7±1）mm时，触头已磨损［1］，磁场开关动、静触头间隙W如图9所示［5］。

图9 磁场开关动、静触头间隙

5）灭弧组件检查。拆下灭弧组件，检查电弧隔板，引弧条，火花消除器有否烧损、脏污。

4 结语

磁场开关作为励磁系统的重要组成部分，其性能好坏决定了励磁系统能否正常运行，通过此次磁场开关合闸异常故障的分析研究，对磁场开关构造以及分、合闸原理进行了深入了解，结合磁场开关的日常维护，确保了磁场开关动作的可靠性，提升了励磁系统的稳定性，为机组安全运行提供技术支持。