發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障原因分析及改進(jìn)

鄭祖鋒

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

現(xiàn)階段而言，發(fā)電機(jī)設(shè)備對社會的發(fā)展越來越重要，如發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，需要結(jié)合發(fā)電機(jī)的有效運(yùn)作，才能夠提供可靠的電力。勵磁系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)設(shè)備中重要的組成部分，其運(yùn)行質(zhì)量，通常會對發(fā)電機(jī)的發(fā)電產(chǎn)生直接影響。對此，為了能夠保障發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，避免一些發(fā)電機(jī)的故障的產(chǎn)生，有關(guān)單位在應(yīng)用發(fā)電機(jī)時，除注重對發(fā)電機(jī)的維護(hù)外，還應(yīng)注重對勵磁系統(tǒng)的研究，了解產(chǎn)生勵磁系統(tǒng)故障的原因，掌握正確的解決方法，以能夠真正確保發(fā)電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)。

1 研究背景

某水利發(fā)電站是一座壩后式電站，其組成部分共有三臺發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量可達(dá)7030kw，發(fā)電量可以達(dá)到1600 萬kwh/年。應(yīng)用過程中，勵磁系統(tǒng)故障是較為常見的故障，嚴(yán)重影響了電廠的穩(wěn)定發(fā)電。對此，為了提升發(fā)電廠的發(fā)電效率，減少一些勵磁系統(tǒng)故障的產(chǎn)生，本文針對一些勵磁系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行研究，相關(guān)研究過程如下。

2 勵磁系統(tǒng)的工作原理與調(diào)節(jié)控制

2.1 勵磁系統(tǒng)的工作原理。發(fā)電機(jī)中，勵磁系統(tǒng)主要是建立發(fā)電機(jī)磁場的一種裝置，發(fā)電機(jī)通過磁電感應(yīng)則能夠生產(chǎn)出電力。作為發(fā)電站而言，勵磁系統(tǒng)是重要的組成部分。勵磁系統(tǒng)主要包括電源與勵磁裝置兩部分，其中勵磁電源主要有勵磁機(jī)、勵磁變壓器等設(shè)備；勵磁裝置通常會按照不同規(guī)格、型號、使用要求等，合理布置調(diào)節(jié)屏、控制屏、滅磁屏、整流屏等元件。勵磁裝置的具體運(yùn)用過程中，主要是根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，使發(fā)電機(jī)的電機(jī)端壓處于統(tǒng)一水平，為了達(dá)到這一點(diǎn)，則可能進(jìn)行強(qiáng)行增磁、減磁、滅磁等控制。勵磁系統(tǒng)的安裝過程中，可以采用獨(dú)立安裝模式，也可以結(jié)合發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，給予配套安裝。

2.2 勵磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。2.2.1 PID調(diào)節(jié)及算法。按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)器是應(yīng)用最廣泛的一- 種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，但相對穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器中的PID程序設(shè)計(jì)時要考慮調(diào)節(jié)死區(qū),積分溢出和微分限幅。

2.2.2 PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)

產(chǎn)生的原因:在正常運(yùn)行條件下，以發(fā)電機(jī)端電壓為負(fù)反饋量的發(fā)電機(jī)閉環(huán)勵磁調(diào)節(jié)器是穩(wěn)定的，當(dāng)轉(zhuǎn)子功率角發(fā)生震蕩時，勵磁系統(tǒng)提供的勵磁電流的相位滯后于轉(zhuǎn)子功率角。在某一頻率時,當(dāng)滯后角度達(dá)到180 度時，原來的負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，勵磁電流的變化進(jìn)-.步導(dǎo)致轉(zhuǎn)子功率角的的震蕩，即產(chǎn)生了所謂的“負(fù)阻尼”。如果勵磁系統(tǒng)采用PID控制方式，以發(fā)電機(jī)電壓偏差信號進(jìn)行調(diào)節(jié)勵磁，有助于改善發(fā)電機(jī)的動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性。同時，向勵磁系統(tǒng)提供的超前相位輸出會在一定程度上補(bǔ)償勵磁電流的滯后相位和克服負(fù)轉(zhuǎn)矩。但是PID調(diào)節(jié)主要針對的是電壓偏差信號而設(shè)計(jì)的，它所產(chǎn)生的超前相位頻率未必與低頻震蕩頻率同相，亦即未必能滿足補(bǔ)償負(fù)阻尼所需的相位。此外，在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中為了控制電壓，必須連續(xù)地對電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此無法區(qū)別阻尼轉(zhuǎn)矩為正值、負(fù)值之間的變化以及難以顧及發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)及保證阻尼轉(zhuǎn)矩為正值的要求。為此，PID調(diào)節(jié)方式對于抑制系統(tǒng)低頻震蕩的作用是有限的。PSS(power system stablizer)是在自動電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差中的一- 種或兩種信號作為附加控制，其作用是增加電力系統(tǒng)震蕩的阻尼，以增加電力系統(tǒng)動態(tài)的穩(wěn)定性。

3 故障現(xiàn)象及成因分析

3.1 故障現(xiàn)象。本文案例發(fā)電廠的發(fā)電運(yùn)行過程中，發(fā)生了發(fā)電機(jī)勵磁過程中無法升壓的現(xiàn)象，這便阻礙了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，不能夠及時生產(chǎn)電力，進(jìn)而可能會影響到為居民的穩(wěn)定供電，造成發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 故障成因分析。3.2.1 滅磁開關(guān)問題。當(dāng)滅磁開關(guān)、主勵磁刀沒有連接成功時，則會造成系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的開路現(xiàn)象，產(chǎn)生發(fā)電機(jī)勵磁過程無法升壓的現(xiàn)象。當(dāng)滅磁開關(guān)未出現(xiàn)問題時，相關(guān)勵磁回路出現(xiàn)斷線、電刷位滑環(huán)接觸不良現(xiàn)象時，同樣會造成勵磁無法升壓的現(xiàn)象發(fā)生。3.2.2 硅整流器故障。當(dāng)勵磁系統(tǒng)中的硅整流器出現(xiàn)故障時，如可控硅電阻被擊穿、過熱等，則也會引起勵磁無法升壓的故障。3.2.3 啟勵繼電器故障。當(dāng)起勵繼電器線圈、起勵繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)故障時，也會導(dǎo)致起勵無法正常工作的現(xiàn)象發(fā)生。3.2.4 勵磁調(diào)節(jié)器建壓設(shè)置問題。當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)的建壓設(shè)置出現(xiàn)問題時，統(tǒng)一會造成勵磁系統(tǒng)的問題。

3.3 故障處理措施?；诳赡軐?dǎo)致勵磁系統(tǒng)故障原因眾多的現(xiàn)狀，因此，在具體的處理故障時，應(yīng)優(yōu)先開展檢測工作，找出故障成因，給予解決故障，改進(jìn)系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。檢查故障時，應(yīng)遵循由簡單到難的順序，提高檢測效率。針對本文案例工程的故障現(xiàn)象而言，首先，應(yīng)對勵磁回路給予全面的檢查、測量，若是滅磁開關(guān)存在問題，可以及時處理；其次，當(dāng)懷疑可控硅存在阻值問題時，可以對其電阻進(jìn)行檢測，一般情況下，可控硅的電阻值應(yīng)在幾十歐姆左右。當(dāng)檢測過程中，發(fā)現(xiàn)電阻值為零時，證明被擊穿，需要及時給予更換。最后，當(dāng)以上故障現(xiàn)象均未發(fā)生時，應(yīng)懷疑起勵繼電器是否存在問題。具體處理過程如下，當(dāng)啟動發(fā)電機(jī)時。連續(xù)按啟動按鈕3 次以上，并且每次都超過兩秒時，仍無法勵磁時，首先，應(yīng)進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)柜的測量檢測，一般情況下，勵磁調(diào)節(jié)柜觸摸屏上的“給定電壓”應(yīng)在電源電壓的90%左右，若小于該指示值，說明電源電壓有問題，應(yīng)加強(qiáng)電壓方面的檢測；其次，應(yīng)檢查、測量勵磁調(diào)節(jié)柜中啟勵磁繼電器是否工作正常，若該繼電器存在問題，及時更換處理即可。另外，在發(fā)電機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)端殘壓值通常為零，此時，也不會有電壓信號，程序便無法運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行指示等會出現(xiàn)燈不閃或無規(guī)律閃動現(xiàn)象，注意，此時并不代表調(diào)節(jié)器存在故障。

3.4 發(fā)電機(jī)勵磁啟動過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，勵磁系統(tǒng)的具有重要作用，為了保持發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，啟動勵磁系統(tǒng)時，工作人員應(yīng)時刻監(jiān)視發(fā)電機(jī)的電壓表，當(dāng)電壓升高到2000V時，應(yīng)及時釋放按鈕，若存在按壓時間過長的現(xiàn)象，則可能造成起勵回路的燒損現(xiàn)象；發(fā)電機(jī)的啟動前，工作人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min 時，系統(tǒng)顯示參數(shù)應(yīng)該為：電壓在給定電壓的90%，可控硅的開放角度在134 度，機(jī)端電壓應(yīng)為0；發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，工作人員應(yīng)避免切斷立場調(diào)節(jié)器的電源開關(guān)，以避免勵磁跳閘現(xiàn)象發(fā)生。

3.5 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的改進(jìn)運(yùn)行建議。設(shè)計(jì)人員在選擇勵磁調(diào)節(jié)器時，應(yīng)注重勵磁調(diào)節(jié)器的型號，如選擇性能可靠、穩(wěn)定勵磁調(diào)節(jié)器；勵磁繼電器的運(yùn)行過程中，觸點(diǎn)、容量、線圈質(zhì)量等，對勵磁效果會產(chǎn)生重要影響，對此，為了確保勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)確保勵磁繼電器的質(zhì)量；發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，為了確保起勵階段的可靠，應(yīng)做好開機(jī)前的驗(yàn)證工作，如開機(jī)前應(yīng)做好發(fā)電機(jī)假同期并列試驗(yàn)、滅磁系統(tǒng)的聯(lián)跳主油試驗(yàn)；發(fā)電機(jī)啟動過程中，一些細(xì)微之處的故障，都可能造成勵磁系統(tǒng)的問題產(chǎn)生，基于此，為了提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，應(yīng)該由專業(yè)技術(shù)人員開展發(fā)電機(jī)主油開關(guān)的檢測，判斷其主油開關(guān)的輔助常閉點(diǎn)是否能夠可靠閉合，以確保微機(jī)立場調(diào)節(jié)器穩(wěn)定的運(yùn)行；勵磁啟動鍵是重要的零件，該開關(guān)按鈕若出現(xiàn)接觸不良、虛接等現(xiàn)象時，也會造成勵磁系統(tǒng)的故障。對此，為了保障勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還應(yīng)確保勵磁開關(guān)元件的質(zhì)量；發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)中，勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅是重要的元件，與此同時，為了確保勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅的穩(wěn)定運(yùn)行，能夠發(fā)揮作用，企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，嚴(yán)格控制勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅的質(zhì)量，選擇具有信譽(yù)保障的品牌。綜上，為了保障勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定、正常勵磁，有關(guān)建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格確保各個元件的質(zhì)量，并結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行情況，給予及時的檢測，從而真正減少勵磁系統(tǒng)故障的發(fā)生，真正為發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行提供保障。

4 結(jié)論

綜上所述，發(fā)電機(jī)對社會的發(fā)展具有重要意義，如電廠發(fā)生過程中，需要結(jié)合發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，一些工程建設(shè)過程中，也可能結(jié)合發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，進(jìn)而滿足生產(chǎn)過程中的電力需求。發(fā)電機(jī)設(shè)備中，勵磁系統(tǒng)是重要的組成單元之一，對發(fā)電機(jī)的高質(zhì)量運(yùn)行具有重要影響。為了確保勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全，則需要有關(guān)企業(yè)加強(qiáng)對勵磁系統(tǒng)故障的研究，明確一些常見故障的成因，給予科學(xué)合理的處理方法、預(yù)防措施等，以能夠真正維護(hù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠。