浅析发电机励磁调节器通道故障及在线处理

柏成俊

（青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁发电分公司，青海 西宁 811600）

随着现在数字控制技术以及计算机技术的不断发展和成熟，大功率的电子电力器件得到了相对广泛的应用，其中励磁方式主要以晶闸管整流装置作为静态励磁方式进行应用，并且在具体的使用过程中，利用微处理器实现现代励磁调节器的有效控制，从而在保留传统励磁调节器功能的同时，还能增加许多现代化的尖端控制功能。

1 励磁调节器概述

在励磁调节器硬件配置中，由双通道型励磁调节器进行配置，结构如图1所示，其中主要包含接口模块、模拟量输入模块、开光量输入模块以及通道数字输出模块和内部备用模块组成。在运行的过程中，其中的空置周期和程序本身的长短状况是没有关系的，主要是根据循环的周期决定控制的周期长短的，因此在应用程序扫描周期方面处于独立的状态，从而可以实现实时的控制，在性价比方面具有相对较高的影响。在本文中，主要对双通道励磁调节器进行分析，在双通道励磁调节器中，建立两个通道之间的联系，实现互不干扰的状态，对于主回路桥和桥之间利用专门的无触点进行电路的切换，实现自然换流点可以在无扰动的状态下进行切换运作的同时，也可以周期性地进行交替运行。对于桥之间的切换，可以利用手动切换来进行，保证机组正常地运行，提升电机运行效率；也可以利用自我巡检功能对故障信号进行及时的反馈。在通讯接口方面，可以实现现场和中控室上位机的有效通讯，实现数字化触摸屏的显示。

图1 励磁调节器结构

在励磁调节器中，移相触发属于核心部分，可以在高速时间内进行单元处理，也就是说，可以对信号在一定周期内同步实现周期和相位的测量，从而保证测频和测相的可靠性和进度。

在励磁调节器中，主要是在模糊规则自适应算法的基础上进行参数的调节，从而实现各个参数功能的运行，其中包括恒机端电压、恒励磁电流、恒无功功率以及恒功率因数这几个方面，在停机状态下实现逆变灭磁辅助功能有欠励磁瞬时限制，除此之外，还可以进行双机跟踪、空载过压保护以及互相检测等，其中的在线自检功能可以形成坚固可靠的冗余结构以及辅助功能，从而可以全方位保证同步发电机的安全稳定运行，对于故障事故或者故障事故引起的停机次数进行降低，对于电站的直接或者间接损失不断地减少，实现电机的稳定运行。

2 励磁系统原理以及故障问题

在本文中，以某核电厂的励磁系统作为主要的研究对象，对于本文例举电厂的励磁系统结构，如图2所示，从图中可以看出，发电机主要包含发电机、交流主励磁机和副励磁机这几个部分组成，在实际的运行过程中，副励磁机的转子运行主要是依托发电机本身的转子运行实现的，同时也可以对磁场进行切割，其中副励磁机中，其中产生的交流电可以达到400Hz，产生交流电主要是由8对磁极产生的，另外，电源电压主要是由自动励磁调节器中所包含的电源装置和可控硅整流器进行提供输出的，其中输出的直流电可以实现对主励磁机的绕组进行磁场的产生的同时，还可以在转子旋转的过程中，将其中的绕组磁场进行有效的切割，其中的4对刺激可以产生出200Hz的交流电对旋转整流器进行电力的输送。

图2 励磁系统示意图

励磁调节器直流输出的直流电可以提供给发电机的转子绕组，从而产生发电机的磁场。励磁调节器的主要功能中，可以在对反馈电压和电压进行设定，从而触发可控硅触发角，实现主励磁机磁电的有效调节，在这个过程中，发电机中要想实现励磁电流的有效调节，主要依托发电机本身的电压，从而维持发电机的电压可以处于稳定的状态中，值得注意的是，这个过程需要发电机处于并网状态前；同时，也可以在并网运行后，进行机组之间的并列合理分配，实现功率的稳定。

对于该电厂的发电机励磁调节器，主要应用的是ZVA型模拟式励磁调节器进行调节，如图所示，其中包含调节柜、功率柜以及出线柜这三个模块，在运行的过程中，还需要使用到多块电子卡件、电磁式继电器和滑动触头式电位器等多种元器件进行运行。在该厂的励磁调节中，拥有双通道，并且两个通道保持相互独立的状态，也就是说，每个通道的冗余电力负荷状态都保持在了100%，因此在运行的时候，可以对各自的电压和电力进行稳定调节，最终保证电力系统的稳定。

图3 ZVA型模拟式励磁调节器原理图

在ZVA型模拟式励磁调节器中，包含三个部分，如图2所示，a部分代表自动电压调节，b代表功率整流，c代表磁场开关和灭磁部分。其中主要的功能有a部分包含着2个独立的通道，并且都具有自动电压调节和励磁电流负反馈调节的功能，一般情况下，进行运行的过程中，调节的控制、限制和保护，还可以在整流桥触发脉冲影响的时候进行保护。b部分可以实现两个并列运行的三相全波对整流桥进行控制，从而可以实现从副励磁机中对交流电源进行获取，从而对主励磁机的励磁绕组进行直流电的供给。在不同的触发脉冲信号中实现对整流桥导通角的声场，最终对励磁电流进行调节。在这个过程中，如果出现了需要快速灭磁的情况，就需要利用整流桥的逆变状态来实现，最终保证整流桥的稳定。在磁场开关和灭磁部分中，需要机组在正常停机的状态下使用逆变灭磁，但是，在发生事故的时候就需要利用线性电阻来达到灭磁的效果。通过这种操作，可以最大限度地保证转子回路当中的能量实现快速的释放和减退。在长期运行的过程中，模拟式的励磁调节器中的设备元器件会发生不同程度的衰老，一般来说，主要分为几个方面的故障，电压方面会出现整体电位器的滑动部位出现卡塞的现象，励磁部分的需求电位也有可能会形成电位器鼓胀的现象，在反馈归路的电位器输出部分经常出现电压的漂移等。针对多种故障现象，本文中做出了以下分析：

（1）在调节特性参数方面，对于DL/T 843-2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件呈现出了不满足的现象。在发电机空载阶段进行阶跃响应实验的时候，系统本身的超调量应该处于小于40%的阶段中。2009年，我国的研究员对该厂的2太机组励磁系统的模型参量参数进行测试，发现，在1号励磁调节器通道中，都处于超量的状态，其中a通道超量值MP达到了42.5%，b通道的超量值达到了44%；与此同时，还对2号机励磁调通道进行了超量分析，其中A通道超量值达到了30.6%，b通道超量值达到了29.2%。

（2）在通道失配的问题方面，主要集中出现在ZVA型模拟式励磁调节器双通道各自负责50%的电力符合进行并列运行的过程中，其中运行过程中所出现的参数都会呈现出不一致的现象，其中包括各通道控制单元、电子元器件特性和整定参数等，因此造成通道失配的报警信号很可能由于2个通道在手动调整电流电位器位置的过程中出现了偏差而造成，一般情况下，如果位置差距在10%～40%的时候会触发失配报警信号。出现此种现象，可以利用对回路中的某些电位器来实现平衡状态从而消除其报警状态，值得注意的是，在电厂的实际运行和维修维护方面都会造成一定的影响。

（3）要对元器件的老化现象进行注意，运行年限和元器件的运行状态是成正比的关系，励磁调节器中的元器件和中间回路的老化情况会影响电机本身整体的运行。①在继电器的接点接触电阻值中会出现偏大的现象，因此也就造成了励磁的继电器线圈的绝缘效果减少下降的现象。②对于部分元器件的松脱现象，主要是由于其元器件在安装的时候没有正确安装或者不牢固。③在很多的电位器中存在着很多的问题，比如，接触不良、卡涩以及磨损等多种情况。

3 改进措施

针对上文中出现的问题，需要提出针对性的措施，因此利用微机型的励磁调节器进行解决。基本条件保持不变的情况下，进行UNITROL 6080微机型励磁调节器的投入使用，以此避免以上存在的问题的同时，也可以最大限度地减少维护运行的成本和工作量，最终实现电机组的安全稳定运行。主要分为以下几个方面进行解决：

（1）对于通道在运行中存在的冗余问题，需要在实际基础上进行改善和配置，在本文中，主要是对该励磁调节器中的双通道配置方式进行阐述，保证电力系统中的回路和整流器都可以最大限度地进行独立化的运载。一般来说，一个通道运行可以对100%的电力进行负载，则另外一个通道就可以作为备用通道使用，以便对负载通道进行实时追踪。采用此种方式运行，在主通道发生故障的时候，就会自动启用备用通道，实现稳定运行，即为AVR和FCR功能的双通道，值得注意的是，需要对FCR模式进行手动调节。在对通道冗余的配置过程中，如果设定主通道为CH1，备用通道为CH2，则励磁调节器在运行的过程当中所执行的逻辑跟上文当中的逻辑相对，即为在AVR模式运行的过程当中，负荷100%的CH1作为主通道，CH2作为备用通道；一旦在运行的过程当中，出现了故障问题，则会自动将CH2通道启用，保证电力运行的稳定，反之，则会运行主通道。在此过程中，最大限度地实现了对电路的实时追踪，保证运行环境的整体稳定的同时，还可以实现对励磁调节器对通道失配问题的有效改善。

（2）对于交流灭磁以及跨接器的使用方面，可以利用交流灭磁的方案来实现，也就是对整流桥的交流电做出改变主要是利用灭磁开关来完成的。在整体的励磁系统运行的过程中，如果出现了故障，比如，信号断或者信号跳闸的现象，则会对开关做出处理，利用跨接器进行脉冲信号的引发，实现励磁机磁场回路的畅通的同时，还可以封闭出可控硅触发脉冲，从而达到安全灭磁。在整个交流灭磁的过程中，灭磁开关主要是充分利用了交流电过零点的特点来降低交流灭磁对灭磁开关分断弧压的高要求。

（3）对于光纤通信方案中的微机型的励磁调节器的通道调节，需要利用点对点的光纤方式进行通信。在单点通信故障中，需要达到不影响其他通信回路的正常运行，从而可以保持信号的通畅。对比常规的网络通信或者链路信号传递方式，此种方式在抗电磁干扰以及其结构稳定性方面优势相对较大，稳定性更强。

（4）在对模拟励磁调节器的发电机进行启动的过程中，需要注意几个方面，在处于静止或者盘车状态的时候，励磁调节需要在直流电源的基础上，对电压进行调控的同时还可以对磁场的开关进行有效的闭合。如果汽机本身的转速已经达到了50%，则需要副励磁机电源对其进行支撑，从而保证电机的正常运行。最终保证整个过程励磁调节器起到稳定电源电压的作用。如果达到80%的时候，就需要对发电机的转速频率进行继电器的动作保护，此时的励磁调节器可以根据发电机的转速率对励磁电流的输出进行调节，保证电机本身的电压处于稳步提升的状态；如果转速已经达到了95%，也要保证发电机中的电压和电流都同步上升到95%，以此实现转速同步并网的动作。

在励磁调节器的运行过程中，主要利用软启励方式来进行电流电压的稳定。在初始状态下的调节器，也就是AVR模式下的励磁开关是处在闭合的状态当中；到达额定转速95%的时候，则软启励模式则会自动调节发电机端的电压，一直发电机具备同步并网的条件。采用此种方式可以有效地实现电机电压的平滑调整，有效地避免电压或者过激磁的风险发生概率。

4 结语

在励磁系统的应用过程中，需要结合实际情况来对存在的不足进行分析，从而提出对应的整改方案。最终实现整体的技术改进方案实施，从根本上解决励磁调节器存在的调节器的问题，比如，性能不足、通道失配报警以及元器件老化等多种问题。微型励磁调节器的应用过程中，对于励磁系统来说，可以极大地提升其可靠性和稳定性，最大限度地保障电机组的安全稳定地运行。