励磁系统在泵站的实际应用以及故障事故处理办法

王浩然

（山西万家寨水控水资源有限公司偏关分公司总干一级泵站，山西 偏关 036400）

1 励磁系统

1.1 励磁概述

励磁指为电磁感应原理工作的电气设备提供工作磁场。泵站电机励磁系统是供给同步电机励磁电流的电源及其附属设备的统称，它由励磁功率单元和微机型励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步电动机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有重大的作用。

1.2 励磁系统的组成

泵站励磁系统由励磁变压器、启励变压器、晶闸管整流设备、励磁调节器、灭磁装置及转子过电压保护、励磁系统的控制、测量、信号及辅助电源等构成。

1.3 二期励磁系统的组成

泵站新扩机组励磁系统采用双通道冗余结构，工作励磁变压器和启动励磁变压器均装设自动空气开关与励磁变的高压侧隔离，输出侧配有灭磁和过电压保护装置、接地保护及轴电压滤波器。励磁的核心部分采用DCS800 的D4 整流桥模块，主回路采用三相全桥晶闸管电路，每个控制桥都配有主板CCM6080，功率接口板PIN6080，操作盘（SCP），3 个可控硅模块，进线CT 2 个，温度传感器、过压吸收装置，三相同步电压检查，冷却风扇。励磁系统配有ECT 操作屏作为人机交换界面。

1.4 接线方式

泵站同步电动机采用三相全控桥晶闸管静止整流励磁系统。正常抽水运行时，励磁电源由各自的励磁变压器供给，励磁变压器接于电动机的出口断路器内侧，变频启动时励磁电源由启励变压器供给，变频启动结束后，励磁系统能安全、稳定的自动切换至工作励磁变压器运行。启励变压器电源取自站用电400 V系统。

1.5 基本原理

通过可控硅晶闸管整流器电路把输入的交流电变为转子上的直流电源，在转子上形成励磁磁场，与定子建立的旋转磁场同步且有一定的夹角，产生转矩，使电动机旋转，励磁电源供应装置为同步电动机提供励磁电源。可控硅整流器被连接至交流电源和用于控制直流电压输出的相位控制装置，对可控硅的触发进行调整。

2 励磁系统功能

2.1 基本功能

（1）励磁系统能满足各种运行工况的要求，如变频启动、直接启动、定速运行、正常停机、事故停机等。

（2）励磁系统能保证在额定输出电压40%～100%范围内输出额定电流并连续运行。

（3）励磁系统能在1.5 倍额定电流下持续工作1 min。

（4）系统具有控制磁场电压的能力，实现强行励磁和逆变灭磁。

（5）新装设励磁系统正常停机时可控硅逆变器进行逆变灭磁；泵站故障时，通过灭磁开关、灭磁电阻和转子过电压保护单元进行灭磁。

（6）励磁系统顶值电压倍数≥2～2.5 倍，2 倍时允许强励时间≥20 s，2.5 倍时允许强励时间≥10 s，并且，当励磁变高压侧正序电压降低至额定值的80%时，顶值电压倍数能够保证。

（7）励磁系统电压响应时间（强行励磁），从施加阶跃信号起，至励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差的95%的时间≤0.1 s。

（8）在励磁调节器交流电源的电压短时间内波动范围不超过额定值的55%～120%的情况下，励磁调节器能维持正常工作。

（9）自动励磁调节器能保证机端调压精度优于0.5%。

2.2 辅助功能

励磁调节器除具有输入信号综合放大、移相触发及脉冲放大等基本功能外，还设置下列辅助功能：一是自动功率因素控制APFR（新装设励磁调节器：直接功率因数/无功控制）；二是恒励磁电流控制CEC（新装设励磁调节器：叠加功率因数或调节（PE/Q）即目前采用方式）；三是自动电压调节（AVR）；四是接收SFC 的控制信号，实现启动和变速运行时的励磁控制；五是过励限制（反时限）：在强励或励磁过电流达到允许时间时，限制器将励磁电流减到长期允许最大值以内运行；六是最大励磁电流限制；七是最小励磁电流限制；八是系统电压跟踪：当泵组以变频方式启动时，在同期并网前，使机端电压迅速跟踪系统电压；九是定子电流限制：通过控制励磁电流，以防止电动机过电流；十是电压互感器断线保护；十一是通道管理和自动切换（包括自动跟踪环节），具备自动平衡跟踪功能；十二是故障自动检测和显示。

2.3 环境自适应功能

（1）励磁调节器能满足泵站不同的运行工况需要，如电动机启动，同期、定速抽水运行以及停机等。

（2）励磁调节器采用静止型励磁参数给定装置：当给定值达到上限或下限时，给定装置将限制给定值的变化，并向现地和远方发出信号，上、下限值能在现场通过DOWN 或UP 调整。

（3）可控硅整流装置有两套并行的整流器桥电路，当退出一条电路时，装置仍保证带额定负荷运行，并满足泵组强励在内的各种励磁要求。

（4）在额定负载运行温度下，晶闸管整流桥能承受的反向峰值电压≥2.75 倍励磁变低压侧最大峰值电压。每一晶闸管整流器支路装设快速熔断器，防止整流设备受到交流系统和磁场电路的短暂的过电压。

（5）晶闸管元件采取强迫风冷，整流柜上设两个风机且互为备用。

（7）风机设有工作电源和备用电源，工作电源由接到励磁变压器低压侧上的辅助变压器供给，备用电源由泵站400 V 动力电源供给，当工作电源故障跳闸后，备用电源能自动投入。

（8）励磁系统能承受电机启动及失步过程中产生的过电压。

（9）励磁系统具有以下保护功能：直流侧短路保护（当直流侧短路时晶闸管不受损坏）；过电压保护（交流侧操作过电压、晶闸管换相过电压、励磁绕组过电压）；起动保护；失步保护；励磁变压器保护（N 系列继电器），新装设励磁变压器保护为REF615 综合保护装置；失磁保护；转子、励磁变温度保护。

（10）励磁系统与机组LCU 设有接口，协调进行机组的启动、并网、运行、停机等全过程的控制和调整。

（11）灭磁方式：泵组正常停机及事故停机时，当电动机主开关分开，则晶闸管自动转入逆变状态，同时投入放电电阻开关41DR-SM 并断开晶闸管直流侧开关41-SM，通过放电电阻进行灭磁。延时5 s 后晶闸管关断，其交流侧开关分闸，接着将41DR-SM 分开，完成灭磁过程。

（12）新装设励磁系统灭磁方式：泵组正常停机时可控硅逆变器进行逆变灭磁；事故停机时，当电动机主开关RCB 分开，投入放电电阻接触器K03 并断开晶闸管交流侧开关Q01，通过放电电阻进行灭磁。

3 故障及事故处理

3.1 故障显示

如果在励磁供电设备运行时发生错误，把公用直流供电设备停机，故障起因就显示出来了。展示两种故障，一种是“脱机故障”即打开控制电源时，（当执行初始化过程时）检查设备运行状况，显示检查结果；另一种是“联机故障显示”即正常运行时检查设备运行状况。

3.2 脱机故障显示

当控制电源打开后，微机在执行初始化过程时，如果发生下列任何故障和错误，设备即进入脱机故障显示模式，完全关闭所有控制装置，详见表1。

蒋介石于1934年2月在南昌发起的新生活运动，是国民党执政以后最重要的意识形态教育运动。国民党执政后，实现政党意识形态的国家化是一个重要转变。国民党执政初期意识形态的建构，需要完成政党和国家两个层面的并轨。新生活运动试图将三民主义的党义变为全民的观念及行为准则。新生活运动的对象和范围，从南昌开始，先使南昌所有的人在衣食住行各方面符合整齐、清洁、简单、朴素、迅速、确实的原则，然后推广到全国，使全国国民都合乎标准，成为现代的文明的国民。简而言之，新运的对象是全体国民，范围“包括全部日常生活”⑮ 。

表1 脱机故障显示，内容及维修

3.3 联机故障显示

如果发生故障和错误，“就绪”信号变成“关闭”，励磁系统供电设备运行停止。用关闭“就绪”信号作起动器显示FI 的内容，见图1。

图1 FI 显示屏

3.4 故障判断

如果闭锁继电器信号关闭，操作盘上的故障指示器就会亮，报警蜂鸣器开始响。如果显示FI 的内容，检查内容并按“故障重设”按钮，接着必要时重新启动单元运行。如果重新设置设备后，运行条件还不满意，设备将进入运行就绪状态显示模式。

3.5 报警（故障2）显示

如果发生报警（故障2）操作盘上的报警显示器灯亮，报警蜂鸣器开始响（这时励磁供电设备没有跳闸）。显示器报警（故障2），需检查内容并按故障重设按钮。报警显示内容及原因见表2。

表2 报警显示内容及原因

3.6 一般处理原则

值班人员发现励磁系统运行中的不正常现象时，应采取得力措施并加强监视，及时汇报调度并通知检修单位，做好异常运行记录，根据调度命令，尽快投入备用机组。

3.7 励磁变压器过流（过负荷）保护动作

现象：中控室上位机和现地LCU“励磁重故障”报警；NC061P－01AK 过电流继电器掉牌；（新装设为REF615 过电流继电器动作）机组事故停机。

处理：记录保护动作信号及光字牌情况；检查相应开关自动跳闸，如未跳开应立即跳开，监视机组事故停机是否正常；对整流装置、励磁变压器、电缆及转子回路进行全面检查；检查有无明显故障，做好隔离及安全措施，通知检修单位作进一步的检查处理；故障消除或检查未发现明显的故障点，经检修单位测量绝缘合格后，根据调度命令可将机组投入运行。

3.8 电动机励磁回路两点接地（短路）

现象：中控室上位机和机组LCU“励磁轻故障”报警，“励磁重故障”可能报警；励磁电流突然增大，励磁电压降低；电动机发出异常轰鸣声；电动机失磁、励磁变过流、励磁回路短路等相应保护可能动作。（新装设为REF615 综合保护装置动作）

处理：如保护未动作，应立即紧急停机；如保护已动作，则应检查相应开关自动跳闸情况，监视机组事故停机是否正常；停机后运行人员应做好安全措施对电动机风洞、励磁装置、励磁变压器及电缆等进行检查，若发现有着火现象应立即按消防规程有关规定进行灭火；做好安全隔离措施，通知检修单位进行检查处理；故障消除后，应测量转子绝缘，合格后方可根据调度命令将机组投入运行。

3.9 电动机励磁回路一点接地

现象：中控室上位机和机组LCU“励磁轻故障”报警。

处理：立即联系调度投入备用机组停机进行处理；停机后运行人员应对电动机风洞、励磁装置、励磁变压器及电缆等进行检查，同时通知检修单位到现场进行处理；故障消除后，应测量转子绝缘，合格后根据调度命令方可将机组投入运行。

3.10 运行中整流柜风机一套故障停运

现象：中控室上位机和机组LCU“励磁轻故障”报警

处理：检查备用风机是否正常启动，如未启动应手动启动；检查故障风机动力电源开关是否跳闸，如跳闸应检查开关进出线连接处有无短路、过热及烧灼痕迹，盘内有无绝缘焦臭味；如检查无异常，可合上故障风机电源开关，如合不上、合上后又跳开或合上后风机仍不能启动，则应做好安全隔离措施通知检修单位检查处理，此时应注意加强对机组励磁系统运行状况的监视和巡检。

3.11 励磁回路PT 断线

现象：中控室上位机和机组LCU“励磁轻故障”报警；励磁用PT 二次侧电压不平衡。

处理：立即联系调度投入备用机组停机进行处理；通知检修单位进行检查处理；处理正常后将调节器切换为自动运行；若在运行中无法处理时，应联系调度开出备用机组，停机进行处理。

3.12 励磁轻故障

当机组运行中出现“励磁轻故障”报警时，励磁调节器能自动进行调节并恢复正常，但如不能自动恢复正常时，应手动调整到正常范围。

4 结语

新投运（大修）的励磁系统在投入运行前必须试运行，试运行前运行人员应熟悉有关要求、注意事项、操作规定等。同时保证现场设备标志齐全，试验报告齐全；向运行人员作必要的技术性讲解；具有正确、完整的控制原理图以及设备的使用说明书；具有新设备运行规程。

设备经过检修后，检修人员应将检修情况及各种试验记录如实填写并向运行人员交待清楚，运行人员在认真阅读检修交待记录后对检修设备进行全面检查验收，并会同检修人员进行必要的启动操作试验。