水電站勵磁系統(tǒng)故障及處理

吳丹

【摘 要】在發(fā)電機(jī)運行過程中勵磁系統(tǒng)是重要的同步配套設(shè)備，良好的勵磁系統(tǒng)可以有效改善電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，根據(jù)發(fā)電機(jī)靜止勵磁裝置運行特點及運行狀況，本文就對勵磁系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的故障原因，故障類型進(jìn)行判別，并提出相應(yīng)的處理對策。

【關(guān)鍵詞】水電站；勵磁系統(tǒng)；故障處理

中圖分類號： TV738 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.014

【Abstract】The excitation system is an important synchronizing equipment during the operation of the generator. A good excitation system can effectively improve the stability and reliability of the operation of the power system. According to the running characteristics and operating conditions of the generator's static excitation device， the fault cause and the fault class in the operation of the excitation system are presented in this paper. Discrimination is carried out and corresponding countermeasures are put forward.

【Key words】Hydropower station； Excitation system； Fault handling

在水電站發(fā)電機(jī)中勵磁系統(tǒng)是其重要的組成部分，在發(fā)電機(jī)運行過程中主要發(fā)揮著調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出口電壓及無功功率的作用，通過向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供可調(diào)勵磁直流電源，對發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定進(jìn)行控制，滿足發(fā)電機(jī)運行和發(fā)電需要，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此提高勵磁系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性具有重要作用，同時也需要不斷提高勵磁設(shè)備檢修試驗技術(shù)，從而提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。隨著機(jī)電保護(hù)技術(shù)水平的提升，開關(guān)動作速度加快，勵磁系統(tǒng)在水電站發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用提高了強(qiáng)勵快速恢復(fù)的能力，同時具有快速響應(yīng)特性，從而保障了系統(tǒng)運行穩(wěn)定。在運行過程中，系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定還受到多方面因素影響，導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)故障問題發(fā)生，對于機(jī)組安全與經(jīng)濟(jì)性都帶來了一定的影響。本文就對水電站勵磁系統(tǒng)故障問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理和解決對策，確保發(fā)電機(jī)組運行正常。

1 水電站勵磁系統(tǒng)

水電站勵磁系統(tǒng)主要是由勵磁電源及其相關(guān)設(shè)備所組成，包括勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元等，根據(jù)所接受與采集信號來輸出勵磁控制單元信號。勵磁電流是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生，確保勵磁系統(tǒng)運行穩(wěn)定，即保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)及水力發(fā)電機(jī)組運行的穩(wěn)定性[2-3]。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的組成部分包括有直流滅磁開關(guān)柜、勵磁變壓器柜、輔助柜、交流隔離開關(guān)柜等所組成，一般情況下勵磁調(diào)節(jié)器是通過自動電壓調(diào)節(jié)控制的方式來改變發(fā)電機(jī)的勵磁電流，根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓給定值與實際值之間的偏差來作為調(diào)節(jié)器輸入，從而確保發(fā)電機(jī)電壓的穩(wěn)定性。

2 勵磁系統(tǒng)故障

2.1 失磁故障

勵磁系統(tǒng)在實際運行中與現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，在實際運行中如某處發(fā)生失磁故障，則會由錄波對故障發(fā)生時轉(zhuǎn)子電壓下降突變量進(jìn)行記錄，使電壓值產(chǎn)生較大的波動，在啟動錄波時經(jīng)一定速率后電壓會不斷下降，最終變?yōu)樨?fù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓下降后電壓與電流會發(fā)生劇烈搖擺，產(chǎn)生保護(hù)動作。當(dāng)工作人員在檢查勵磁電源交流側(cè)開關(guān)后，如發(fā)現(xiàn)開關(guān)輔助節(jié)點發(fā)生松動等情況，開關(guān)接觸電阻值會增加，勵磁系統(tǒng)發(fā)生逆變滅磁，產(chǎn)生滅磁故障。為避免滅磁故障的發(fā)生，應(yīng)及時檢查開關(guān)接點處是否發(fā)生故障問題，并對輔助節(jié)點進(jìn)行定期檢查，確保節(jié)點可靠性，從而更好的防止失磁故障的發(fā)生。

2.2 熔斷器爆裂故障

在水電站發(fā)電機(jī)組溫升試驗后停止操作，對室外爆炸控制后水電機(jī)組發(fā)生跳閘故障，工作人員迅速對故障問題進(jìn)行檢修，檢修部位主要是對勵磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，檢查內(nèi)容包括勵磁變回路和主變回路，如勵磁變相高壓熔斷器發(fā)生爆裂，在熔斷器檢查試驗后，如熔斷器自身存在有質(zhì)量問題，熔斷電流則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定電流值的大小，為了有效解決該類故障問題，應(yīng)對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查，或更換熔斷器，加大熔斷器的容量。

2.3 自復(fù)勵式勵磁故障

在自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)中線路復(fù)雜，在日常維護(hù)中存在較大的難度，且工作量十分龐大，在靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)中精度高，當(dāng)短路故障發(fā)生時可以提供電流補(bǔ)償，提供強(qiáng)勵電流。在水電站中一般采用雙繞組電抗分流勵磁系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)組在運行過程中電壓三相處于不平衡的狀態(tài)，同時并網(wǎng)無功負(fù)荷增加，電流減小，難以為發(fā)電機(jī)的運行提供電。經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)為副繞組與主繞組出現(xiàn)相序錯誤，增加了機(jī)組的無功負(fù)荷，減小電流，為此就要改正正繞組和副繞組的相序錯誤問題，提高驗收與檢修質(zhì)量。

2.4 整流電源故障

當(dāng)某水電站在可控硅自并勵機(jī)組中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組砸啟動后發(fā)生電機(jī)不起壓的問題，在對機(jī)組外部條件進(jìn)行檢查后無異常現(xiàn)象，裝置無報警，可以初步判斷與分析為裝置電氣回路故障問題，或是整流電源故障。為此就要排除這一故障問題，首先檢查勵磁調(diào)節(jié)器的電氣回路，當(dāng)無異常情況則可以排除第一種問題。再檢查可控硅電源，如電源輸入閘刀相發(fā)生斷裂，則難以同步建立勵磁電壓，電壓回路故障信號的報警靈敏度降低，難以及時發(fā)出報警信息、為此工作人員應(yīng)更換可控硅電源斷裂閘刀，并同步進(jìn)行試驗檢測，如檢測正常則可投入使用。

2.5 橋式整流器故障

目前在微機(jī)勵磁和電子調(diào)節(jié)器勵磁中其核心部分為可控硅三相交流全控整流橋，或是半控整流橋，這兩種控制方式都是圍繞著電氣調(diào)節(jié)器勵磁來進(jìn)行設(shè)計的。而可控硅整流橋中主要是負(fù)責(zé)將蒸餾變壓器所接受的交流電轉(zhuǎn)換為大小可控制直流電，來對發(fā)電機(jī)的勵磁繞組來進(jìn)行激勵，并產(chǎn)生磁場。在發(fā)電機(jī)發(fā)電時，尤其是在滿負(fù)荷發(fā)電狀態(tài)下所通過電流較大，因此也會產(chǎn)生較大的發(fā)熱現(xiàn)象，因此需要裝風(fēng)機(jī)來進(jìn)行制冷。在長期高負(fù)荷作用下以及外部不穩(wěn)定因素沖擊下，整流橋臂上整流硅管，以及整流橋出口續(xù)流管都是整流器故障多發(fā)點與高發(fā)點，在通常情況下硅管燒壞時快速熔斷器會發(fā)出信號，但在硅管燒壞快速熔斷器并未發(fā)出信號的情況也較多，當(dāng)這種情況發(fā)生時需要進(jìn)行停機(jī)檢查，需要采用萬用表與示波器來進(jìn)行檢測，從而找出損壞部件，進(jìn)行更換。

3 水電站勵磁系統(tǒng)故障處理對策

3.1 運行措施

在水電站發(fā)電機(jī)組的日常運行中，工作人員應(yīng)定期檢查發(fā)電機(jī)組的運行狀況，并重點檢查發(fā)電站的勵磁系統(tǒng)運行情況，如在汛期發(fā)電機(jī)組發(fā)電過程中，對勵磁系統(tǒng)溫度變化情況進(jìn)行觀察，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)比較系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，在機(jī)組維修檢查后，和檢修人員對勵磁功率內(nèi)部加以檢查，觀察勵磁功率柜內(nèi)部是否整潔，干凈[8]。其次，當(dāng)機(jī)組故障在消除后，還要對發(fā)電機(jī)組運行方式進(jìn)行合理的安排，勵磁系統(tǒng)在重要設(shè)備更換后，在對機(jī)組無功、進(jìn)相與遲相運行調(diào)整后，對其變化情況應(yīng)進(jìn)行觀察，與其他機(jī)組運行狀況進(jìn)行比較，定期調(diào)整機(jī)組的運行方式，以便于故障機(jī)組在圍護(hù)后運行正常。

3.2 維護(hù)措施

為確保水電站發(fā)電機(jī)組運行正常，勵磁系統(tǒng)性能得到充分發(fā)揮，還要加強(qiáng)對水電站勵磁系統(tǒng)的維護(hù)，在勵磁設(shè)備維護(hù)中首先要加強(qiáng)對脈沖線絕緣防護(hù)，由于可控硅擊穿主要是由于脈沖線竄入高壓所導(dǎo)致，在事后對可控硅脈沖線進(jìn)行絕緣檢查，并在脈沖線上設(shè)絕緣套管，從而避免高壓竄入的發(fā)生。其次，在日常維護(hù)中還要對勵磁設(shè)備定期除塵，由于可控硅與脈沖變等一些元件容易積塵，從而容易引起接頭之間發(fā)生絕不短路或是放電故障，在元器件引線積塵后也容易造成接頭之間發(fā)生短路故障，如灰塵量過大，還會導(dǎo)致風(fēng)道堵塞，不利于功率柜散熱。為此需要對整流柜濾網(wǎng)進(jìn)行定期更換，同時可以通過內(nèi)窺鏡來對柜內(nèi)積塵情況進(jìn)行觀察，便于對設(shè)備定期清掃，確保柜內(nèi)通風(fēng)環(huán)境良好[9]。最后，在勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障后，勵磁變過流保護(hù)動作有5s的整定時間，難以起到保護(hù)作用，為此應(yīng)增加對勵磁變限時速斷保護(hù)，確?？梢詫⒐收涎杆偾谐拗剖鹿拾l(fā)展。

3.3 勵磁繞組逆變滅磁

如果發(fā)電機(jī)滅磁功能不正常，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)解列后應(yīng)將勵磁繞組磁場盡可能的減小，通過對滅磁電阻進(jìn)行釋放，同時采用可控硅橋逆變滅磁與非線性電阻滅磁等方式，通過逆變來使勵磁電流降低。當(dāng)逆變滅磁退到逆變角后，整流橋的工作狀態(tài)從整流過渡到逆變狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子勵磁繞組能量消耗。而逆變失敗的因素較多，如可控硅分配脈沖不準(zhǔn)確，回路不可靠等，使阻斷能力消失，并導(dǎo)致交流電源產(chǎn)生異?，F(xiàn)象，勵磁變壓器相序、相位發(fā)生錯誤，在逆變時產(chǎn)生電壓過低、缺相等問題，換相裕度角不足，元件不能關(guān)斷等，導(dǎo)致后續(xù)元件不能開通。

4 結(jié)語

在水電站發(fā)電機(jī)組日常運行中勵磁系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性十分重要，對于發(fā)電機(jī)組及水利系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。為此工作人員應(yīng)加強(qiáng)對水電站勵磁系統(tǒng)故障的全面掌握，當(dāng)故障發(fā)生時可以找到故障發(fā)生原因，故障位置等，并對其進(jìn)行詳細(xì)記錄，做好故障的應(yīng)對和處理措施。

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