同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置的故障分析與處理

1、同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置的故障分析與處理        摘要：勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要配套裝備,良好的勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)改善電力系統(tǒng)運(yùn)行有著重要的意義。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置的運(yùn)行狀況及其特點(diǎn)，詳細(xì)分析了該裝置在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障、判別方法，以及所采取的相應(yīng)處理措施。關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī);勵(lì)磁系統(tǒng);三相半控橋;故障;措施 Analysis and countermeasures of faults in static excitation device of synchronous generator WU Yiq

2、un (Guangdong Technical College of Water Resources and Electric Engineering, Guangzhou 510635, China)Abstract:The excitation system is one of the most important auxiliary devices of synchronous generator, and the good excitation system is important to power system operation. Based on the operat

3、ion condition and characteristics of static excitation device of synchronous generatior, the possible faults in the process of the system are analyzed in detail. And the judgement methods and corresponding countermeasures are presented in this paper. Keywords:synchronous generator;excitation system;

4、threephase half controlled bridge;fault;measure 0引言電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化是影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配的主要因素，良好的勵(lì)磁系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配及提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起著十分重要的作用。可控硅靜止勵(lì)磁裝置是一個(gè)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的勵(lì)磁系統(tǒng)，它把電力系統(tǒng)信號(hào)經(jīng)過一定的變換后，作為調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，并與給定信號(hào)相比較，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)去控制功率單元的輸出，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率的目的。實(shí)踐證明該系統(tǒng)性能可靠，能及時(shí)并準(zhǔn)確響應(yīng)機(jī)端電壓的變化，滿足系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的需要，但在長(zhǎng)久的運(yùn)行過程中，

5、也會(huì)出現(xiàn)一些故障，下面對(duì)此作一簡(jiǎn)要的分析與處理。 1可控硅靜止勵(lì)磁裝置原理以自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)的勵(lì)磁功率來自于發(fā)電機(jī)本身,通過機(jī)端的整流變壓器（T1）以及三相可控硅整流橋（KP）向轉(zhuǎn)子提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的直流電流，實(shí)現(xiàn)自并勵(lì)勵(lì)磁。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中TC、CF、YC、QL、GL分別代表勵(lì)磁裝置的調(diào)差、測(cè)量放大、移相觸發(fā)、欠勵(lì)限制、過勵(lì)限制單元。 當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于單機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)通過不斷改變勵(lì)磁電流的大小,可以維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定。其調(diào)節(jié)過程為：當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，電樞反應(yīng)增強(qiáng)會(huì)引起機(jī)端電壓下降，而機(jī)端電壓通過電壓互感器傳送至檢測(cè)放大單元，在與給定電壓進(jìn)行比較得到一個(gè)偏差信號(hào)并放大后

6、，產(chǎn)生控制電壓信號(hào)Ug，再輸入移相觸發(fā)單元，使移相觸發(fā)脈沖相位隨著Ug的增大而前移，控制角減小，可控硅橋輸出增大，即勵(lì)磁電流增大，發(fā)電機(jī)端電壓相應(yīng)升高，實(shí)現(xiàn)了電壓的自動(dòng)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，可簡(jiǎn)單表示為負(fù)荷增大端電壓UG降低控制電壓Ug降低控制角減小勵(lì)磁電流IL增大發(fā)電機(jī)端電壓升高。若發(fā)電機(jī)負(fù)荷減小，調(diào)節(jié)過程則相反。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以利用勵(lì)磁裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的無功功率大小，從而穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓水平。另外為保證發(fā)電機(jī)組的正常安全運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)有過勵(lì)限制、欠勵(lì)限制、空載過電壓和空載低頻保護(hù)等措施。 2常見故障分析及處理根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在實(shí)際運(yùn)行過程中，常出現(xiàn)如下的一些故障現(xiàn)象。2.1整流變

7、壓器高壓熔絲熔斷故障現(xiàn)象：在整流變壓器高壓側(cè)熔絲熔斷造成變壓器原邊缺相時(shí)，將造成：一方面使調(diào)節(jié)器失效（因?yàn)榇藭r(shí)變壓器副邊相位發(fā)生變化，同步關(guān)系遭到破壞）；另一方面造成可控硅失控，整流橋輸出下降太大。處理措施：發(fā)生上述情況均無法滿足發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行的條件，應(yīng)停機(jī)處理，及時(shí)更換熔絲。2.2發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無功波動(dòng)大并列運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，在電力系統(tǒng)無功負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，將引起各機(jī)組間無功負(fù)荷的重新分配，如果自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的調(diào)差系數(shù)調(diào)整得當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷的合理分配，使無功潮流合理分布，電網(wǎng)損耗最小，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理，滿足機(jī)組運(yùn)行的條件有： 1）機(jī)端并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)具有相同的正調(diào)差

8、系數(shù)，以便合理分配無功負(fù)荷； 2）負(fù)調(diào)差系數(shù)的發(fā)電機(jī)可通過變壓器在高壓母線上并列運(yùn)行，但不允許在機(jī)端并列運(yùn)行； 3）在機(jī)端并列運(yùn)行的無差發(fā)電機(jī)不得多于一臺(tái)。故障現(xiàn)象：在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，帶上一定的無功負(fù)荷，如發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，機(jī)組的無功調(diào)節(jié)過于靈敏，且無功功率表、功率因數(shù)表、勵(lì)磁電壓表擺動(dòng)頻繁，變化幅度也比其它并列機(jī)組大得多，則說明該勵(lì)磁裝置的調(diào)差率整定不合理。處理措施：此時(shí)應(yīng)檢查這臺(tái)發(fā)電機(jī)是正調(diào)差還是負(fù)調(diào)差，方法如下：先將調(diào)差波段開關(guān)放置0檔，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，帶上一定的無功負(fù)荷（約為額定值的1/41/2,少帶有功），再將波段開關(guān)指到1檔或2檔，若此時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)所帶無功負(fù)荷下降，則為正調(diào)差，反

9、之為負(fù)調(diào)差。對(duì)于并聯(lián)在機(jī)壓母線上的機(jī)組，應(yīng)使用正調(diào)差，否則不僅無功變化頻繁、變化幅度大，還給機(jī)組安全運(yùn)行帶來威脅，如若檢驗(yàn)出是負(fù)調(diào)差，應(yīng)立即停機(jī)更改調(diào)差電流互感器極性；若檢驗(yàn)出為正調(diào)差，并伴有上述情況出現(xiàn)，應(yīng)增大這臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)，使并列運(yùn)行機(jī)組的無功分配較為合理。2.3單相可控硅擊穿故障現(xiàn)象：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路如圖2所示。若發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置工作正常，三相半控橋輸出的勵(lì)磁電壓波形如圖3所示。假設(shè)某相可控硅擊穿，根據(jù)勵(lì)磁裝置的負(fù)反饋控制原理，應(yīng)盡量維持勵(lì)磁電流不變，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無功恒定。而此時(shí)由于故障相可控硅全開通，即使控制角=180°，故障整流橋輸出最小，勵(lì)磁電壓仍然維持較高

10、。這樣故障相可控硅一直導(dǎo)通，使=180°時(shí)調(diào)節(jié)器對(duì)勵(lì)磁電流失去控制，勵(lì)磁電壓波形如圖4所示，勵(lì)磁電流將大大超過額定勵(lì)磁電流，并造成整流橋交流側(cè)三相電流嚴(yán)重不對(duì)稱，且產(chǎn)生較大直流分量，進(jìn)而使勵(lì)磁變壓器激磁電流劇增，鐵芯嚴(yán)重飽和，威脅到高壓繞組的絕緣，燒毀設(shè)備；對(duì)發(fā)電機(jī)本身而言，三相半控橋一相可控硅擊穿將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、機(jī)端電壓、無功電流都將異常增大。如果某相可控硅擊穿時(shí)快速熔斷器迅速熔斷，使故障可控硅退出工作，調(diào)節(jié)器恢復(fù)對(duì)勵(lì)磁電流的控制，由于調(diào)節(jié)器的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，此時(shí)控制信號(hào)比原來的有所下降，即自動(dòng)增大正常工作的兩相可控硅開放角，使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流盡量維持原來數(shù)值（實(shí)際仍

11、有所下降）,此時(shí)也引起整流變壓器副邊三相不平衡,其中一相過載,這時(shí)可降低發(fā)電機(jī)所帶的無功負(fù)載。處理措施：為減少上述故障的出現(xiàn)，對(duì)于整流橋應(yīng)選用較好的可控硅器件，并裝設(shè)阻容吸收裝置以限制過電壓；對(duì)于功率輸出電路，可控硅元件和硅二極管均用快速熔斷器作為短路保護(hù)，保證擊穿時(shí)快速熔斷器迅速熔斷使故障元件退出工作，并裝設(shè)熔斷器完好性監(jiān)視回路以便監(jiān)測(cè)；對(duì)于勵(lì)磁變壓器和整流橋的選擇應(yīng)留有足夠的裕度，確保在不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)不燒毀設(shè)備。 2.4冷卻風(fēng)機(jī)故障用于加強(qiáng)硅整流元件散熱的冷卻風(fēng)機(jī)因故障停轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)立即打開后門，臨時(shí)用風(fēng)扇對(duì)硅元件吹風(fēng)，以增加其自然冷卻效果；同時(shí)減少負(fù)載，在散熱器表面溫度不超過80°的

12、情況下可繼續(xù)運(yùn)行，但必須盡快更換風(fēng)機(jī)。為避免冷卻風(fēng)機(jī)三相電源保險(xiǎn)一相熔斷繼續(xù)運(yùn)行造成電動(dòng)機(jī)燒毀，應(yīng)裝設(shè)風(fēng)機(jī)斷相保護(hù)，以便在斷相時(shí)切斷風(fēng)機(jī)三相電源并發(fā)出信號(hào)。 3結(jié)束語勵(lì)磁裝置是保證發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，為減少其故障機(jī)率，工作環(huán)境必須是干燥無腐蝕性氣體的場(chǎng)所；投入運(yùn)行后，必須定期檢修，將插件逐個(gè)拔出，清理里面灰塵；停機(jī)一段時(shí)間或大修后，必須對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行開環(huán)試驗(yàn)，以確保運(yùn)行安全。整流橋應(yīng)選用較好的可控硅器件，如發(fā)生擊穿，快速熔斷器應(yīng)迅速熔斷，使故障可控硅及時(shí)退出勵(lì)磁回路。此外，保證整流三相電源相序正常也是保證勵(lì)磁裝置正常工作的重要前提條件。為防備相位錯(cuò)亂、誤操作、失控等引起的勵(lì)磁裝置的異常運(yùn)行，還應(yīng)對(duì)該裝置設(shè)置一些必要的如過電壓、過勵(lì)、失磁等保護(hù)。參考文獻(xiàn)1許克明,田懷智(XU Keming, TIAN Huaizhi).電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置(Power System Automation Device)M.重慶：重慶大學(xué)出版社(Chongqing:Chongqing University Press),1996.  2雷家蘭,何開杰(LEI Jialan, HE Kaijie).水電站電氣二次部分(Electrical Secondary Equipment of Hydroelectric Power Station)M.北京：水