試論水電站發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

摘 要：水力發(fā)電是一種可持續(xù)、環(huán)境友好的發(fā)電方式，我國(guó)的水力發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展。勵(lì)磁系統(tǒng)是水電站水輪發(fā)電機(jī)中最為重要部分之一，直接決定發(fā)電站的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。在實(shí)際的水電站運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的運(yùn)行故障，文章對(duì)實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的機(jī)組故障進(jìn)行分析，并且針對(duì)出現(xiàn)的故障的原因，提出了相應(yīng)解決方案，對(duì)于進(jìn)一步提高水電站發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：水電站；發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁系統(tǒng)；故障

1 水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展

目前，勵(lì)磁系統(tǒng)在水電站發(fā)電機(jī)中廣泛地使用，且作為水輪發(fā)電機(jī)中的一個(gè)重要部分，能為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，所以，水電站中的勵(lì)磁系統(tǒng)直接決定了一個(gè)水電站發(fā)電效率的高低。隨著工業(yè)以及人民生活水平的不斷提高，電力系統(tǒng)必須不斷提高輸電的穩(wěn)定性及可靠性，才能滿足生產(chǎn)及生活需求，研發(fā)具有優(yōu)良性能，具備更多功能以及具備足夠可靠性的勵(lì)磁系統(tǒng)，成為未來(lái)水電站發(fā)展的新目標(biāo)。與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及普及，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于勵(lì)磁系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了許多微機(jī)勵(lì)磁設(shè)備。如今，水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

第一：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子集成技術(shù)不斷地發(fā)展，更多的數(shù)字化設(shè)備開(kāi)始用于水電站勵(lì)磁系統(tǒng)，采用先進(jìn)的數(shù)字化勵(lì)磁設(shè)備成為未來(lái)水電站發(fā)展的趨勢(shì)及必然。

第二：水電站自動(dòng)化程度越來(lái)越高，依靠計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)以及運(yùn)營(yíng)的基本操作模式廣泛普及，水電站中的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。

第三：靜止勵(lì)磁方式已經(jīng)成為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展的必然，許多與靜止勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展相關(guān)的技術(shù)，例如非線性電阻、熱管散熱技術(shù)、干式勵(lì)磁變壓器等新技術(shù)不斷出現(xiàn)，且開(kāi)始廣泛使用。

第四：目前，對(duì)于大型水電站的發(fā)電穩(wěn)定性以及可靠性提出了更高的挑戰(zhàn)，所以對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展也提出了更高的要求，勵(lì)磁系統(tǒng)主要是在可靠性與穩(wěn)定性上的發(fā)展，對(duì)于成本暫不考慮。

第五：抽水蓄能電站對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)有特殊要求，對(duì)于發(fā)電量較大的機(jī)組設(shè)備主要是由國(guó)外生產(chǎn)廠家提供，雖然部分國(guó)內(nèi)廠家具備一定的生產(chǎn)能力，但是缺乏足夠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐機(jī)會(huì)。

第六：目前，我國(guó)水電站大部分規(guī)模較小。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，小型以及微型水電站中的勵(lì)磁系統(tǒng)主要是由國(guó)內(nèi)廠家提供，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與新式的生產(chǎn)方式各占一半。對(duì)于新式的生產(chǎn)項(xiàng)目，要求產(chǎn)品功能穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單。

2 水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的故障

2.1 失磁故障

水電站的勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生失磁故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作以及錄波記錄顯示在故障發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)子的電壓下降值會(huì)發(fā)生明顯突變，錄波記錄顯示，在故障發(fā)生初期，在56ms以后轉(zhuǎn)子的電壓會(huì)突降到0.4ms，最終電壓會(huì)降為負(fù)值，除了轉(zhuǎn)子電壓會(huì)發(fā)生突變以外，轉(zhuǎn)子的電流以及定子的電壓也會(huì)出現(xiàn)劇烈的變化，然后觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。通過(guò)對(duì)勵(lì)磁功率電源的交流側(cè)開(kāi)關(guān)的檢查顯示，開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)出現(xiàn)松動(dòng)，接觸不良，造成電阻變大，最終造成失磁故障。為了有效應(yīng)對(duì)此類(lèi)故障，并且能對(duì)發(fā)生故障的開(kāi)關(guān)及時(shí)的處理，可以在勵(lì)磁功率電源交流側(cè)開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)故障記錄裝置，從而對(duì)該故障易發(fā)部位進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，與此同時(shí)，由專人負(fù)責(zé)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，確保接觸點(diǎn)的緊固，盡量避免由于失磁故障導(dǎo)致的生產(chǎn)損失。

2.2 自復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁故障

自復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)在靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)方面優(yōu)勢(shì)突出，具有極高的調(diào)節(jié)精度，而且在發(fā)生故障，尤其是短路時(shí)，能夠及時(shí)提供補(bǔ)償電流，但是，該勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、維護(hù)成本較高、環(huán)境條件要求苛刻。水電站發(fā)電機(jī)使用雙繞組電抗分流勵(lì)磁系統(tǒng)，在啟動(dòng)系統(tǒng)以后，出口電壓可能出現(xiàn)三相不平衡，會(huì)給機(jī)組增加許多無(wú)功負(fù)荷，造成機(jī)組電流變小，最終造成發(fā)電機(jī)出現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的欠勵(lì)磁狀態(tài)。出現(xiàn)該故障的主要是由于錯(cuò)誤的勵(lì)磁線圈的主、副繞組相序造成的，造成了勵(lì)磁系統(tǒng)的欠勵(lì)磁運(yùn)行。避免該故障的有效手段是修改主、副繞組的相序，并且定期確認(rèn)相序，保證運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3 勵(lì)磁變高壓熔斷器爆裂故障

水電站發(fā)電機(jī)在升溫后停機(jī)，可能造成控制室外的爆炸，造成機(jī)組跳閘，停止運(yùn)行，出現(xiàn)該故障后，通過(guò)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁變以及主變回路的檢測(cè)，勵(lì)磁變的B相高壓熔斷器出現(xiàn)故障，造成電壓互感器高壓側(cè)的三相熔斷器出現(xiàn)問(wèn)題，可能是由于熔斷器質(zhì)量不過(guò)關(guān)造成的，由于熔斷器的實(shí)際熔斷電流小于標(biāo)準(zhǔn)熔斷電流。為了避免上述故障發(fā)生，可以更換熔斷器，增大熔斷器的熔斷電流值，選用質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的熔斷器，同時(shí)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行徹底的檢測(cè)，確保整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

3 處理措施

3.1 運(yùn)行措施

第一：加強(qiáng)日常檢測(cè)維護(hù)。相關(guān)工作人員在對(duì)水電站發(fā)電機(jī)的檢查過(guò)程中，要注重對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的檢查，對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)中的重要部件更要認(rèn)真，在發(fā)電量較大的時(shí)期，確保系統(tǒng)溫度符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)檢測(cè)到的機(jī)組運(yùn)行狀況要及時(shí)進(jìn)行分析。在完成系統(tǒng)的檢修以后，要對(duì)勵(lì)磁功率柜進(jìn)行徹底復(fù)查，確保勵(lì)磁柜內(nèi)部的整潔。第二：合理制定機(jī)組運(yùn)行計(jì)劃。完成機(jī)組故障檢修以后，對(duì)出現(xiàn)故障的機(jī)組合理制定運(yùn)行計(jì)劃。因?yàn)樵谕瓿尚蘩硪院蟮膭?lì)磁系統(tǒng)可能會(huì)更換部分重要部件，所以在進(jìn)行調(diào)整過(guò)程中要注意觀察記錄機(jī)組的運(yùn)行狀況，并且與維修前的運(yùn)行記錄進(jìn)行比較。定期對(duì)機(jī)組的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，確保在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，生產(chǎn)正常進(jìn)行。

3.2 維護(hù)對(duì)策

第一：脈沖絕緣保護(hù)。造成勵(lì)磁系統(tǒng)故障的一個(gè)主要原因是脈沖線擊穿可控硅，為了避免此類(lèi)故障的再次發(fā)生，對(duì)其他脈沖線進(jìn)行徹底的絕緣檢查，在脈沖線上安裝絕緣套管，避免擊穿隱患。第二：定期清理。在可控硅、脈沖變等器件上的灰塵有可能造成接頭出現(xiàn)短路、放電等現(xiàn)象，造成故障，此外，灰塵也可能積累，造成散熱通風(fēng)的堵塞，散熱通風(fēng)不順暢，造成功率柜內(nèi)溫度不斷升高。所以，定期對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)組件清理，清除表面以及內(nèi)部的灰塵，尤其是重點(diǎn)部位的灰塵，同時(shí)對(duì)功率柜等的通風(fēng)散熱通道也要及時(shí)地清理積塵，確保柜內(nèi)的通風(fēng)散熱。第三：修改保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。在勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，默認(rèn)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為5s，時(shí)間較長(zhǎng)，并不能起到足夠的保護(hù)作用。實(shí)踐表明，保護(hù)時(shí)間可以調(diào)整為0.1s，能夠盡量快地消除故障，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更大的損失。

4 結(jié)束語(yǔ)

在如今的水電站發(fā)電機(jī)組中，勵(lì)磁系統(tǒng)的重要性越來(lái)越大，是整個(gè)發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，直接影響發(fā)電過(guò)程的安全性與穩(wěn)定性。在實(shí)際發(fā)電過(guò)程中，通過(guò)對(duì)水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不斷地研究發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障，針對(duì)上述故障出現(xiàn)的原因，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，確保發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，對(duì)于研究水電站發(fā)電機(jī)未來(lái)的發(fā)展具有十分重要的意義。

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作者簡(jiǎn)介：溫順濤（1964，08-），男，廣東省五華縣，漢族，研究方向：水利電氣技術(shù)。