勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障及應(yīng)對(duì)措施

廣東省羅定市金銀河水電樞紐工程管理區(qū)

摘要：保持勵(lì)磁系統(tǒng)良好狀態(tài)，對(duì)于水電站安全生產(chǎn)具有十分重要的作用，因此本文對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理、常見(jiàn)故障及其應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：故障；措施；勵(lì)磁系統(tǒng)；水輪發(fā)電機(jī)

勵(lì)磁系統(tǒng)（excitation system）是向水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供磁場(chǎng)電流的裝置，其主要作用是維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平上、合理分配無(wú)功以及提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性[1]。可見(jiàn)，維護(hù)和調(diào)試好勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于保障水電生產(chǎn)的安全運(yùn)行意義重大。但是我們也知道任何設(shè)備在運(yùn)行中都可能出現(xiàn)故障，如何針對(duì)故障快速診斷和排除是維護(hù)人員重要職責(zé)和任務(wù)，勵(lì)磁系統(tǒng)自然也不例外，因此本文對(duì)水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障與應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了探討。

1 水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理

1.1 關(guān)于勵(lì)磁方式

水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式分他勵(lì)和自勵(lì)兩大類(lèi)。他勵(lì)主要是以勵(lì)磁機(jī)作為勵(lì)磁電源的一種勵(lì)磁方式，自勵(lì)的勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)自身。雖然他勵(lì)方式不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)影響，勵(lì)磁可靠性較高，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，多出現(xiàn)在舊式勵(lì)磁系統(tǒng)中，目前基本上采用自勵(lì)方式。在自勵(lì)方式中，應(yīng)用較多的是可控硅靜態(tài)勵(lì)磁方式，它沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部分，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。可控硅靜態(tài)勵(lì)磁方式又分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種形式，兩者比較起來(lái)自并勵(lì)方式從技術(shù)、維護(hù)、可靠性和造價(jià)等方面都更為成熟和適用，因而應(yīng)用更廣泛，故此本文將自并勵(lì)方式作為討論的基礎(chǔ)。

1.2 自并勵(lì)系統(tǒng)的原理與構(gòu)成

如圖1所示，自并勵(lì)系統(tǒng)利用接在發(fā)電機(jī)端的勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁交流電源，通過(guò)晶閘管整流裝置變換為直流勵(lì)磁電源。再結(jié)合圖2，水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁整流裝置、起勵(lì)裝置、滅磁裝置、勵(lì)磁變壓器以及保護(hù)、測(cè)量等裝置組成。其中勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與功率滅磁單元構(gòu)成，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)所檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)電壓、電流等信號(hào)，按照一定的控制準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)節(jié)功率滅磁單元的輸出；而勵(lì)磁控制系統(tǒng)則涵蓋了勵(lì)磁系統(tǒng)和同步發(fā)電機(jī)，通過(guò)勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、電力系統(tǒng)無(wú)功分配的控制?？梢?jiàn)，勵(lì)磁系統(tǒng)由眾多相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)所組成，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都可能影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。

2 水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障與應(yīng)對(duì)措施

2.1 起勵(lì)失敗

起勵(lì)失敗是指勵(lì)磁系統(tǒng)下達(dá)投勵(lì)指令后，發(fā)電機(jī)無(wú)法建立初始電壓的故障現(xiàn)象[2]。由于水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)型號(hào)眾多，參數(shù)設(shè)置和信號(hào)顯示也有所差異，就以EXC9000勵(lì)磁系統(tǒng)為例說(shuō)明，在10s內(nèi)機(jī)端電壓仍低于發(fā)電機(jī)額定電壓的10%，調(diào)節(jié)器顯示屏?xí)?bào)“起勵(lì)失敗”信號(hào)。造成起勵(lì)失敗的原因非常多，比較常見(jiàn)的有[3-4]：（1）開(kāi)機(jī)檢查有疏漏，如功率柜交直流刀閘、起勵(lì)開(kāi)關(guān)、滅磁開(kāi)關(guān)、PT高壓側(cè)刀閘、同步變壓器保險(xiǎn)座開(kāi)關(guān)等沒(méi)有合上。（2）起勵(lì)回路有故障，如線(xiàn)路松動(dòng)或元器件損壞。（3）調(diào)節(jié)器故障。（4）采用“殘壓起勵(lì)”模式，而轉(zhuǎn)子側(cè)剩磁不夠。（5）新手操作生疏，按壓起勵(lì)按鈕時(shí)間太短，不足5s。

解決辦法：（1）嚴(yán)格按照程序檢查開(kāi)機(jī)狀態(tài)，復(fù)核所有環(huán)節(jié)，避免疏漏。（2）細(xì)心觀察，如懷疑起勵(lì)回路故障，通過(guò)觀察起勵(lì)接觸器動(dòng)作、吸合聲響判斷，無(wú)聲響可能是回路故障；若是調(diào)節(jié)器故障，可觀察調(diào)節(jié)器I/O板第9號(hào)開(kāi)關(guān)輸入指示燈是否常亮，燈不亮依次檢查接線(xiàn)和上位機(jī)指令是否發(fā)出。（3）設(shè)備檢修后，檢查人機(jī)界面起勵(lì)方式是否合適，通過(guò)調(diào)整起勵(lì)方式或更換通道重新開(kāi)機(jī)。（4）維護(hù)檢修后的故障，不少是先前操作留下的，耐心回想一下曾動(dòng)過(guò)什么就能發(fā)現(xiàn)一些苗頭，如轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁輸出的電纜是否接反了。

2.2 勵(lì)磁不穩(wěn)定

發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，勵(lì)磁波動(dòng)過(guò)大，例如勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)增大，但有時(shí)又正常，無(wú)規(guī)律可循，并且仍可以進(jìn)行加減磁的調(diào)節(jié)。可能原因是：（1）移相脈沖控制電壓輸出不正常。（2）環(huán)境溫度變化以及元器件受到振動(dòng)、氧化等影響出現(xiàn)故障。針對(duì)第1種原因，應(yīng)先檢查勵(lì)磁電源是否正常，應(yīng)分別檢查給定值和經(jīng)適配單元處理后的測(cè)量值（發(fā)電機(jī)電壓或勵(lì)磁電流）是否正常。對(duì)第2種原因，利用示波器觀察整流波形是否完整，再用萬(wàn)用表檢查可控硅性能是否正常，線(xiàn)路焊接狀態(tài)和元器件特性發(fā)生變化就會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)故障，平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)和調(diào)試并及時(shí)更換有問(wèn)題的元器件，可降低此類(lèi)故障發(fā)生幾率。

2.3 滅磁不正常

水輪發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列后，滅磁裝置要將勵(lì)磁裝置中的剩磁盡快衰減。滅磁方法有逆變滅磁、電阻滅磁等。逆變滅磁失敗的原因有回路原因、可控硅控制極故障、交流電源異常、逆變換相超前觸發(fā)角 角過(guò)小等。而EXC9000勵(lì)磁系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滅磁開(kāi)關(guān)多次合閘不成功的故障，其主要原因是直流磁場(chǎng)斷路器開(kāi)關(guān)卡澀引起的。由于EXC9000采用了ABB公司的直流磁場(chǎng)斷路器，該斷路器分閘回路與合閘回路通過(guò)機(jī)械連桿閉鎖，在分閘不到位的情況下，無(wú)法通過(guò)操作按鈕正常合閘。而合閘拒動(dòng)的原因多半是機(jī)構(gòu)內(nèi)積灰和彈簧拉力減小，因此解決辦法是加強(qiáng)日常維護(hù)，定期清理設(shè)備內(nèi)的灰塵，再對(duì)滅磁斷口、滅弧柵等部位涂抹導(dǎo)電膏，以防止機(jī)構(gòu)卡澀。

2.4 勵(lì)磁變壓器相序不正確

勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)可控硅同步信號(hào)的要求非常嚴(yán)格，勵(lì)磁變壓器相序、相位都不能弄錯(cuò)。某水輪發(fā)電機(jī)調(diào)試過(guò)程中，成功起勵(lì)、建壓后，繼續(xù)增磁時(shí)發(fā)電機(jī)過(guò)壓，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，經(jīng)檢查確認(rèn)是勵(lì)磁變壓器接線(xiàn)有誤。原來(lái)該勵(lì)磁變壓器采用Y/△11接法，輸入端三相電纜接線(xiàn)相序?yàn)镃、B、A，安裝人員誤以為輸出端的相序也必然為C、B、A，忽略了該勵(lì)磁變壓器采用Y/△11接法的要求。按照要求調(diào)整輸出端的接法，勵(lì)磁系統(tǒng)也就恢復(fù)正常了。另一個(gè)例子是調(diào)試勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，由于A、C相反接，雖然勵(lì)磁裝置升壓、并網(wǎng)都正常，但不能實(shí)現(xiàn)軟起勵(lì)，發(fā)電機(jī)升壓太快，而在調(diào)整接法后故障消失，這是因?yàn)橄嘈蝈e(cuò)誤導(dǎo)致可控硅觸發(fā)脈沖與其陽(yáng)極電壓不同步所致。采用示波器、相序表和萬(wàn)用表可查出此類(lèi)錯(cuò)誤。采用萬(wàn)用表的方法是檢測(cè)母線(xiàn)與勵(lì)磁變壓器輸入端電壓差，同相電壓差應(yīng)為零。

2.5 其他常見(jiàn)故障

一般微機(jī)勵(lì)磁裝置，出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)節(jié)柜顯示屏上會(huì)有故障警示，仍以EXC9000為例，冷卻風(fēng)機(jī)故障顯示“1#（或2#）功率柜風(fēng)機(jī)電源故障”，電壓互感器PT斷線(xiàn)會(huì)顯示“1（或2）PT故障”，REC站通信故障顯示“REC1（REC）2站通信故障”等，按照信號(hào)提示檢查一般都可以發(fā)現(xiàn)故障根源，進(jìn)而消除故障。風(fēng)機(jī)故障的原因包括風(fēng)壓限位開(kāi)關(guān)損壞、交流進(jìn)線(xiàn)電源消失、過(guò)流保護(hù)的固態(tài)繼電器損壞、風(fēng)機(jī)接線(xiàn)松動(dòng)或損壞等，其中以風(fēng)壓限位開(kāi)關(guān)損壞原因居多，不論哪種原因適當(dāng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的備件都是必要的。PT斷線(xiàn)故障原因可能是PT回路二次接線(xiàn)松動(dòng)、PT高壓側(cè)保險(xiǎn)絲熔斷及模擬量總線(xiàn)板、調(diào)節(jié)器DSP板故障等，一般以外部接線(xiàn)松動(dòng)原因居多，所以應(yīng)先排查外部原因，再考慮內(nèi)部器件問(wèn)題。REC站通信故障主要原因有通信故障、智能板保險(xiǎn)松動(dòng)或損壞、智能板損壞等，如果是通信故障只需復(fù)位智能板并重啟程序就能消除故障，而智能板損壞應(yīng)更換同型號(hào)備板。

3 結(jié)語(yǔ)

要保持水電站勵(lì)磁系統(tǒng)狀態(tài)良好，除了加強(qiáng)維護(hù)管理，定期進(jìn)行除塵、檢測(cè)和試驗(yàn)以外，還應(yīng)重視常見(jiàn)故障的分析和總結(jié)。就像應(yīng)急預(yù)案一樣，將常見(jiàn)故障處理流程、方法梳理清楚，可以大大降低故障處理時(shí)間，為保證水電站安全生產(chǎn)、提高發(fā)電效率打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁維燕，邴鳳山，饒芳權(quán)，等.中國(guó)電氣工程大典.第5卷，水力發(fā)電工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]梅占甲.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[J].四川水力，2014，35（3）：14-15，25.

[3]許斌，郭大安，安蔚華.自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析與處理[J].電工電氣，2013（9）：57-59.

[4]林旭升，劉智鋒.水輪發(fā)電機(jī)組無(wú)法自動(dòng)起勵(lì)故障分析及其處理[J].廣西水利水電，2011（2）：55-57.