水利發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方式淺析

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁裝置是發(fā)電機(jī)的主要輔機(jī)，其性能好壞直接關(guān)系到電力生產(chǎn)的可靠性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)型勵(lì)磁裝置在同步發(fā)電機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于保障發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，起到了關(guān)鍵的作用，微機(jī)勵(lì)磁裝置的調(diào)試和維護(hù)對(duì)保證電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 機(jī)組啟勵(lì)失敗故障檢查

勵(lì)磁裝置下達(dá)投勵(lì)令后，發(fā)電機(jī)不能建立初始電壓，導(dǎo)致啟勵(lì)失敗。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題我們可作如下檢查。

1.1 首先檢查勵(lì)磁裝置是否有輸出啟勵(lì)電壓。自并激勵(lì)磁裝置的發(fā)電機(jī)機(jī)端初始電壓是通過(guò)他勵(lì)的方式，給發(fā)電機(jī)建立初始電壓而產(chǎn)生的。有的勵(lì)磁裝置具有交、直流兩種他勵(lì)供電電源(啟勵(lì)方式)，可分別試之。并檢查啟勵(lì)回路是否接通，啟勵(lì)電壓是否送到發(fā)電機(jī)激磁回路(轉(zhuǎn)子)上。同時(shí)也要檢查勵(lì)磁裝置內(nèi)部的啟勵(lì)接觸器是否工作正常。此項(xiàng)檢查工作可以按照啟勵(lì)接觸器工作原理圖進(jìn)行電器合、分實(shí)驗(yàn)。

1.2 檢查給勵(lì)磁裝置提供整流電源的勵(lì)磁變壓器的工作回路是否接通。發(fā)電機(jī)在啟勵(lì)升壓后，是依靠勵(lì)磁變壓器給勵(lì)磁裝置提供整流電源，因此要保證勵(lì)磁變壓器原、次端工作回路必須正常。在此，介紹一個(gè)小竅門(mén)，在發(fā)電機(jī)定速后，發(fā)電機(jī)一般具有一定的殘壓，此時(shí)可用萬(wàn)用表檢查可控硅交流側(cè)是否有經(jīng)由勵(lì)磁變壓器送來(lái)的陽(yáng)極電壓，若三相電壓平衡，說(shuō)明此回路正常。

1.3 檢查勵(lì)磁裝置的整流情況?，F(xiàn)在的勵(lì)磁裝置都具有試驗(yàn)功能，可利用廠用電進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，分別檢查移相脈沖的控制電壓及脈沖的寬度、幅度和相位角度。最后利用示波器觀察可控硅的整流波形，整流波形應(yīng)隨著給定值的增加或減少而平穩(wěn)的上升或下降。

1.4 有的機(jī)組在檢修后，將轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁輸出的電纜反接。這樣在下次啟勵(lì)時(shí)，轉(zhuǎn)子電勢(shì)的方向與啟勵(lì)電源的方向相反，也可造成啟勵(lì)失敗。更改電纜的方向或者對(duì)轉(zhuǎn)子繼續(xù)進(jìn)行充磁，就可以使發(fā)電機(jī)順利升壓。

2 運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障檢查

在水電機(jī)組72小時(shí)運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的故障主要有以下幾個(gè)：

2.1 勵(lì)磁投入后正常，突然在某工作點(diǎn)勵(lì)磁表記開(kāi)始擺動(dòng)

曾經(jīng)在重慶中梁一級(jí)水電站遇到這個(gè)故障，勵(lì)磁裝置啟勵(lì)至發(fā)電機(jī)額定電壓80%，然后繼續(xù)增磁到大約90%時(shí)，勵(lì)磁表計(jì)開(kāi)始反復(fù)擺動(dòng)，實(shí)驗(yàn)幾次均有此現(xiàn)象發(fā)生。檢查采樣回路，適配單元，脈沖的控制電壓都正常。用示波器觀察脈沖，正常時(shí)為雙脈沖，隨著增磁到上次故障點(diǎn)時(shí)，雙脈沖變成“三”脈沖。即在雙脈沖的第一個(gè)脈沖前沿，又多了一個(gè)時(shí)有時(shí)無(wú)的“虛”脈沖，使可控硅誤觸發(fā)，造成此故障。懷疑是由于現(xiàn)場(chǎng)較長(zhǎng)的導(dǎo)線在電纜溝中形成容性耦合。經(jīng)更換脈沖屏蔽線，并將電纜屏蔽層可靠接地，此現(xiàn)象消除，工作正常。

2.2 勵(lì)磁波動(dòng)較大且不穩(wěn)定

勵(lì)磁表記有輕微的抖動(dòng)是正常的，但當(dāng)擺動(dòng)較大時(shí)，則屬于故障。應(yīng)檢查的項(xiàng)目：(1)勵(lì)磁裝置從運(yùn)行數(shù)值突然向滿(mǎn)刻度方向擺動(dòng)，時(shí)而又正常，其變化規(guī)律無(wú)常，但當(dāng)增、減磁時(shí)仍然可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。這是由于移相脈沖的波動(dòng)引起的。首先應(yīng)檢查脈沖的控制電壓是否正常。而脈沖的控制電壓是由勵(lì)磁量測(cè)值(發(fā)電機(jī)電壓或勵(lì)磁電流)、給定值經(jīng)PID調(diào)節(jié)所輸出的，因此先檢測(cè)勵(lì)磁裝置的電源是否正常，再分別檢查給定值、勵(lì)磁量測(cè)值兩路信號(hào)是否正常?？捎萌f(wàn)用表和示波器檢查給定值，勵(lì)磁量測(cè)值(發(fā)電機(jī)電壓，勵(lì)磁電流)輸入及經(jīng)適配單元后的測(cè)量值是否穩(wěn)定、正常；(2)當(dāng)勵(lì)磁整流波形脈動(dòng)成分較大時(shí)，勵(lì)磁表記抖動(dòng)明顯。用示波器觀察可控硅整流波形，僅能看到4個(gè)甚至2個(gè)可控硅導(dǎo)通波形。首先可用萬(wàn)用表或?qū)Ｓ脙x器檢測(cè)可控硅的性能是否良好，再用示波器觀察六個(gè)脈沖信號(hào)是否存在，檢查觸發(fā)脈沖的形成、預(yù)放，及脈沖變壓器原、次端的信號(hào)是否正常。并可與同步電壓進(jìn)行相位比較，觀察脈沖的移相角度、寬度及幅值是否正常。出現(xiàn)此類(lèi)現(xiàn)象大部分情況是由于設(shè)備在使用過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化、震動(dòng)、氧化作用，使電子元?dú)饧墓ぷ魈匦院秃附訝顟B(tài)都受到一定的影響。因此，除了發(fā)生故障時(shí)及時(shí)修復(fù)外，還要注意平時(shí)定期對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行維護(hù)、調(diào)試，及時(shí)更換損壞的元器件。

2.3 勵(lì)磁變壓器的相序、相位對(duì)于勵(lì)磁裝置的影響

勵(lì)磁裝置對(duì)于可控硅同步信號(hào)有著嚴(yán)格的要求，因此對(duì)于勵(lì)磁變壓器不僅要求相序正確，相位也要正常。在實(shí)際調(diào)試中經(jīng)常遇到此類(lèi)問(wèn)題。四川某水電廠調(diào)試中，水輪發(fā)電機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速后，勵(lì)磁啟勵(lì)，發(fā)電機(jī)迅速建壓，但當(dāng)繼續(xù)增磁時(shí)，突然發(fā)電機(jī)過(guò)壓，跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)。當(dāng)時(shí)，懷疑勵(lì)磁變壓器接線錯(cuò)誤，造成可控硅整流失控，從而使發(fā)電機(jī)過(guò)壓。這套裝置的勵(lì)磁變壓器為Y/△11接法，與安裝人員溝通后才知道，當(dāng)時(shí)他們已經(jīng)知道勵(lì)磁變壓器原端的三相電纜是C、B、A接法，他們誤以為將勵(lì)磁變壓器次端也按C、B、A接就可以了，而實(shí)際上沒(méi)有考慮勵(lì)磁變壓器Y/△11接法，經(jīng)他們這樣接線后變成了Y/△1接法，使勵(lì)磁變壓器相位發(fā)生了變化，從而造成可控硅整流失控。后將勵(lì)磁變壓器原，次端電纜重新安裝，勵(lì)磁工作正常。

在四川渠縣石佛灘水電站勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，勵(lì)磁裝置升壓，并網(wǎng)均能夠正常工作，但發(fā)現(xiàn)啟勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓表上升速率很快，因?yàn)檫@套勵(lì)磁裝置具有升壓緩啟勵(lì)功能，因此，電壓表應(yīng)該平穩(wěn)地上升。并且，用萬(wàn)用表測(cè)量觸發(fā)脈沖的控制電壓也是偏離正常值，再次用示波器觀察同步電壓，發(fā)現(xiàn)A、C相電壓接反，形成反序的同步電壓。經(jīng)證實(shí)，在自行更換勵(lì)磁變壓器時(shí)，將勵(lì)磁變壓器次端A、C相電纜接反，經(jīng)更換后，勵(lì)磁投入，以上問(wèn)題均解決，工作正常。勵(lì)磁輸出從零值上升到整定值之間發(fā)生大幅度擺動(dòng)，其變化特點(diǎn)是當(dāng)增、減磁的量值為一常數(shù)時(shí)，而勵(lì)磁輸出(表記)上下擺動(dòng)，甚至?xí)r有時(shí)無(wú)。形成以上的故障，也是由于勵(lì)磁變壓器相序錯(cuò)誤造成的，可控硅的觸發(fā)脈沖與可控硅的陽(yáng)極電壓不同步，此時(shí)的可控硅的導(dǎo)通角的大小由脈沖發(fā)出的時(shí)刻決定，而是否導(dǎo)通則取決于陽(yáng)極電壓的極性。

綜上所述，對(duì)于勵(lì)磁變壓器的相序、相位錯(cuò)誤，可用示波器、相序表進(jìn)行檢查，也可以測(cè)母線與勵(lì)磁變壓器原端的電壓差，同相時(shí)應(yīng)無(wú)電壓，異相時(shí)則顯示出電壓差，如此依次測(cè)量即可找出故障點(diǎn)并順利解決。

2.4 發(fā)電機(jī)不能正常滅磁

發(fā)電機(jī)同電網(wǎng)解列后，勵(lì)磁裝置要把勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)盡快地減弱到盡可能小的程度，有利用可控硅橋逆變滅磁，利用放電電阻滅磁，利用非線形電阻滅磁等滅磁方式。

在逆變的方式下，逆變失敗不能有效降低勵(lì)磁電流。逆變滅磁就是將可控硅的控制角后退到逆變角，使整流橋由“整流”工作狀態(tài)過(guò)渡到“逆變”工作狀態(tài)，從而將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中儲(chǔ)存的能量消耗掉。引起逆變失敗的原因大致有如下幾點(diǎn)：

(1)回路工作不可靠，不能適時(shí)準(zhǔn)確地給可控硅分配脈沖，導(dǎo)致應(yīng)開(kāi)通的可控硅不能開(kāi)通；

(2)可控硅控制極故障，失去阻斷能力或?qū)芰Γ?/p>

(3)交流電源異常，勵(lì)磁變壓器相序、相位錯(cuò)誤或者在逆變過(guò)程中出現(xiàn)斷電、缺相或電壓過(guò)低；

(4)由于逆變時(shí)換相的超前觸發(fā)角β過(guò)小，或因直流負(fù)載電流過(guò)大，交流電源電壓過(guò)低使換相重疊角γ增大，或因可控硅關(guān)斷

時(shí)間對(duì)應(yīng)的關(guān)斷角δ增大，使換相裕度角不夠，前一元件關(guān)斷不了，后續(xù)元件不能開(kāi)通。

2.5 勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓不成比例

勵(lì)磁電壓正常，勵(lì)磁電流偏低，并出現(xiàn)局部發(fā)熱現(xiàn)象。這種故障一般是由于轉(zhuǎn)子回路阻值增大所致。如可控硅整流回路的銅排、分流器以及轉(zhuǎn)子電纜之間的連接接觸不好，導(dǎo)致有高溫跡象。另外就是集電環(huán)和碳刷有效接觸面積減小而使接觸電阻增大。

勵(lì)磁電流正常，勵(lì)磁電壓偏高。用示波器觀察可控硅整流波形，可看到有交流波形。這是由于整流橋中的個(gè)別可控硅短路，把交流成分加到直流輸出端。因此，電壓表上顯示的是兩種電壓的疊加值，所以要高于正常勵(lì)磁電壓值。

3 結(jié)語(yǔ)

水力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的重要性不言而喻，在施工調(diào)試過(guò)程中要注意安裝質(zhì)量，及時(shí)與設(shè)計(jì)及廠家溝通，熟悉勵(lì)磁系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題要及時(shí)解決，絕對(duì)不能弄虛作假，而在平時(shí)運(yùn)行的過(guò)程中要經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)小問(wèn)題要及時(shí)解決，絕對(duì)不能把小問(wèn)題發(fā)展成大問(wèn)題。

〔1〕楊永宏.勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障及解決措施探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，(4).

〔2〕李 偉.勵(lì)磁故障診斷應(yīng)用技術(shù)研究及分析[J].電氣應(yīng)用，2011，(01).

〔3〕徐祝山.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁故障的危害和對(duì)策[J].水電站機(jī)電技術(shù)，1993，(01).