水电厂励磁系统的故障原因分析及对策

广东省能源集团天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂 张延龙

1 水电厂励磁系统分析

水电厂。即将水能转变为电能的工程设施，又被称之为水电站。水电厂枢纽中的建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及厂房枢纽建筑物等，同时水电厂中也有很多设备，如水轮机、水轮发电机组、励磁设备、升压变压器、高压配电装置等。

励磁系统。指的是供给同步发电机励磁电流的电源与其附属设备，主要是由励磁调节器与励磁功率单元共同构成的。其中，励磁调节器可根据输入信号及调节准则进行励磁功率单元的输出，自动励磁调节器可有效增强电力系统的稳定性，而励磁功率单元可为同步发电机的转子提供励磁电流，根据不同的标准可将励磁系统划分为不同类型。如，直流电机中的励磁方式有复励、他励、串励及并励等类型；整流电机的励磁方式有旋转式励磁、静止式励磁。当前最常用的方式是自并励可控硅励磁，主要是由整流柜、隔离开关、变压器、灭磁开关、调节柜及非线性电阻等多种设备共同构成的，应用了自动调压这种方式调节励磁。自动调压方式主要是利用PID 调节器实现励磁调节的，可通过对比机端实际电压与给定值调节励磁，增强输出电压的稳定性。

2 水电厂励磁系统的故障原因及对策

2.1 失磁故障

是水电厂励磁系统的常见故障，会对其正常运行产生较大影响，需综合分析失磁故障的原因并采取针对性解决措施。在运转过程中，若系统某一位置出现故障这一区域的录波就会详细记录，这一位置的电压值也会出现突变的情况。在这种情况下，运行人员发现问题后需要即做出应急处理，保障设备安全，然后由检修人员详细分析录波信息，及时找出故障位置与原因。一般情况下录波开启后一段时间内电压值就会不断下降为负值，导致电力与定子的电压出现较大变化，这就可判断为失磁故障。出现失磁故障的主因是励磁系统功率电压开关辅助触点的接触不稳定，导致接触电阻过大，继而造成系统出现逆变，形成失磁故障。

为避免系统出现失磁故障，可在开关接点位置安装一个故障监控录波器，对开关接点位置进行实时监控，及时发现开关接点位置的异常情况，并通过有效措施进行应对；其次也需定期检查励磁开关辅助接点位置，若有问题需及时处理，从而增强励磁开关接点的稳定性。

2.2 整流电源故障

水电机组在运行过程中对电压要求较高，需将电压一直控制在标准范围内，且其他条件也符合励磁系统的运行要求，但在出现故障时发电机没有电压，而励磁装置没有任何报警反应，这就需综合分析故障出现的原因。常见原因包括回路出现故障或整流电源出现故障，但并不能明确是由哪种原因造成的，因此需逐一排查：首先，发现故障后应检查励磁调节器与可控硅整流装置间是否存在问题，若没有问题就不是由回路故障造成的；其次需检查可控硅电源部位，若闸刀位置存在断裂情况就说明是其造成的整流电源异常，继而导致发电机没有电压、无法正常运行，这就属于整流电源故障，需采取有效措施解决问题[1]。

为解决整流电源故障，可及时将可控硅电源的闸刀更换成新闸刀。其次，检修也需通过有效措施增强电压回路故障报警信号的灵敏性，并对其灵敏性进行试验，若试验结果合格便可正常使用。

2.3 自并励励磁故障

自并励励磁系统也是水电厂常用系统，主要是由励磁变压器、励磁调节转换装置、过电压保护装置、发电机消磁装置、功率整流装置、励磁启动装置及励磁操作控制设备共同组成，相比其他励磁系统具有较强稳定性与安全性，且运行成本相对较低，但在长期运行过程中系统仍会出现故障。自并励励磁系统的常见故障有PT 断线故障、起励失败、励磁变过热等。

PT 断线故障。自并励励磁系统中每一相的电压都大于三相电压平均值的80%，若PT 电压大于10%就可能会发生PT 故障。PT 断线故障可能由多种因素造成，需逐一排查，明确是PT 高压侧保险丝熔断、调节器DSP 板出现故障还是PT 回路二次接线存在松动。若想排除PT 断线故障，应在明确故障原因后采取合理措施，如检查PT 输入端三相电压是否平衡、更换DSP 板或使DSP 板的指示灯处于正常工作状态、对二次回路的接线端进行紧固处理。

起励失败。在起励过程中可能会出现起励失败情况，即机端电压没有达到设置值，起励操作自动推出去就是起励失败。造成起励失败的原因有，起励时间设置过短，导致发电器电压不足，无法支撑整流桥导通；在完成检修工作之后没有对灭磁开关、直流侧刀闸等进行合闸处理；在对机组进行修理后没有进行充磁试验，导致磁场不稳定。为防范此故障，励磁系统起励时间应设置在8s 左右；在完成检修工作后及时对所有开关进行合闸处理；完成机组修理工作后立即进行充磁试验。

励磁变过热。在系统运行过程中励磁变可能会出现过热甚至冒烟等故障，主要是由于冷却装置运行问题造成的。出现这一故障时系统会发出高温警报，此时应降低励磁输出，确保发电机的电压大于额定电压的95%，并对运行环境与冷却装置的运行状态进行检查。

2.4 发电机非全相运行故障

在运行过程中，发电机可能会出现非全相运行的情况，需做好防范工作。如，某一水电组在启动后电压先升高到额定值，之后迅速下降变成零且存在异响，这就需检测故障原因。在故障排查时应先将励磁系统的起励方式从自动起励转变为手动起励，若电压变化情况一致需进行下一步检测。同时检修人员需配合检测发电机的定子与转子，若运行稳定需进行绝缘检验与逆变检验。进行系统绝缘检验后，发现绝缘没有问题再进行逆变试验，也同样没有问题。但在出口开关处于工作状态时出现报警信号，提示B 相出现接地短路情况，当出口开关处于试验状态时系统没有报警信号，说明系统发电机的出口开关存在问题[2]。检修人员测量各相绝缘后，发现B 相两个触点间的绝缘为零，且开关分开时两个触点应处于断开状态中，这就证明触点位置存在问题。经详细检查后发现动触头缺少连杆螺丝，导致出口开关无法正常开合。若开关无法及时断开三相系统的电压就会不同，会破坏励磁系统的控制脉冲，导致励磁系统出现逆变情况，造成了灭磁。

若发电机出现了严重的非全相运行的故障就可能会影响到整个系统运行，因此当系统出现问题时应在最短时间明确故障的发生原因，并根据具体原因进行检修，保障发电机一直处于全相运行状态中。

3 全面开展励磁系统日常管理工作

加强励磁开关设备监视。若励磁系统开关辅助接触点特别大就会改变整个系统，甚至可能会导致系统出现逆状态。同时若继电器的接点出现故障也会改变励磁调节器，但无法通过监控系统监测到过小的励磁开关辅助接触点分段，不会产生异常反应。从这一角度看，监控系统应用的是变量监控方式，采样较少，无法及时发现励磁开关出现的问题，可能会导致励磁系统无法运转。因此需改变监控系统的监控方式，实现监控系统的高速采样，及时发现励磁开关的问题，避免造成大的影响。

加强励磁通道监控。不仅需加强励磁开关的监控，也需要加强励磁通道的监控，对励磁系统运行情况进行详细记录，从而制定科学合理的励磁通道监控方案。

增强励磁开关辅助接点可靠性。励磁系统开关辅助接点在励磁系统中发挥着重要作用，能有效控制多个地方，若其出现问题可能会影响到整个系统运行，因此需通过有效措施增强励磁开关辅助接点的可靠性。从实验结果看，励磁开关辅助接点及其他接点都能通过切励磁实现电流的逻辑控制[3]。在对比实验录波与故障录波后，可发现转子电压与转子电流的变化情况基本一致。若励磁开关辅助接点的分段小于等于1秒，励磁监控系统不会察觉到异样、不会产生变化，但如励磁开关辅助接点较大励磁系统就会产生强烈反应，甚至会出现逆变状态。因此应加强防范，定期检查和维护励磁开关辅助接点，增强系统稳定性，避免系统出现故障。

综上，失磁故障、整流电源故障、自并励式励磁故障及发电机非全相运行等是励磁系统的常见故障，每种故障出现的原因不同、应对措施也不同，需采取针对性的策略确保励磁系统可正常运转，从而为水电厂的稳定运行奠定基础。