發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障分析與預(yù)防策略初探

師丹

摘要： 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中占有非常重要的作用，其能夠使得發(fā)電系統(tǒng)在整個(gè)工作運(yùn)營狀態(tài)中保持足夠的穩(wěn)定性。下文將根據(jù)發(fā)電廠內(nèi)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的故障做分析并給出預(yù)防策略，以供相關(guān)人士參考交流。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);勵磁系統(tǒng);故障分析;預(yù)防策略

引言：

隨著社會的進(jìn)步和社會的發(fā)展，全國的電力系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對于電力系統(tǒng)運(yùn)營過程中的穩(wěn)定性有了更高的要求。為保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，電力系統(tǒng)提出需要用恒定模型來取代詳細(xì)模型以達(dá)到穩(wěn)定計(jì)算的要求，對于相關(guān)勵磁系統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性都需要進(jìn)行計(jì)算。雖然，現(xiàn)階段能夠分析出勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障的大部分原因，但是由于實(shí)際的運(yùn)行過程中缺少可靠的參數(shù)，因此會使得勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的原因不夠明確，所以分析其出故障的原因是關(guān)鍵。

一、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)簡述

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)是供給同步發(fā)電機(jī)勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱。其主要有勵磁功率單元以及勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成。同步發(fā)電機(jī)主要是為了實(shí)現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)換，因此需建立直流磁場，該磁場的直流電就成為發(fā)電機(jī)的勵磁電流。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)包括直流勵磁機(jī)、無刷勵磁機(jī)、交流勵磁機(jī)等。從其他電源獲取勵磁電流的發(fā)電機(jī)可稱為他勵發(fā)電機(jī)，從發(fā)電機(jī)本身獲取勵磁電流的發(fā)電機(jī)則成為自并勵發(fā)電機(jī)[1]。

二、發(fā)電機(jī)磁力系統(tǒng)常見的故障以及原因分析

（一）勵磁系統(tǒng)小電流試驗(yàn)過程中輸出電壓異常波動原因分析

產(chǎn)生故障的現(xiàn)象：將副勵磁器與勵磁調(diào)節(jié)器的連接斷開，將中頻率的發(fā)電機(jī)作為勵磁系統(tǒng)的輸入電源，使得勵磁調(diào)節(jié)器的主回路電流變成過小的電流。此時(shí)電流調(diào)節(jié)器的電流為0.5A，直流電壓過大，使得調(diào)節(jié)器出現(xiàn)過大的噪音。對出現(xiàn)該故障現(xiàn)象的分析：其電流相比晶閘管的電流來講過小，使得一部分的晶閘管電流無法通過。由于晶閘管電流無法正常導(dǎo)流，就會導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的直流電壓過大，使得電流的輸入與輸出不平均，最終調(diào)壓器發(fā)生異常的聲響[2]。

（二）采樣系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)誤勵磁故障發(fā)生的分析

產(chǎn)生故障的現(xiàn)象：電廠內(nèi)200兆瓦的機(jī)組，在維修期間更換了自動勵磁調(diào)節(jié)器，在操作試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)合格。但該調(diào)節(jié)器在運(yùn)行不到半個(gè)月的時(shí)間后，發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)作的過程中出現(xiàn)了無功率變換，從原本的80Mvar直接上升到了200Mvar左右。發(fā)電機(jī)受到嚴(yán)重的變壓過負(fù)荷行為而產(chǎn)生跳閘，整個(gè)故障出現(xiàn)的過程中調(diào)節(jié)器沒有任何異常反應(yīng)。對所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析：從故障出現(xiàn)的狀況來看由于勵磁系統(tǒng)中的強(qiáng)勵電流猛然輸出導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的Mvar不斷攀升，并且在此過程中電流調(diào)節(jié)器無異常反應(yīng)，在調(diào)節(jié)器的裝置內(nèi)部也沒有任何波動，此時(shí)造成強(qiáng)勵電流輸出的原因主要有以下幾個(gè)方面：

①實(shí)際在有強(qiáng)勵電流輸出的外部是有強(qiáng)勵電流信號顯示的，但是由于工作人員的疏忽導(dǎo)致對信號的延遲處理或者未處理。還有可能就是增磁節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了粘連，本身勵磁調(diào)節(jié)器是有抗節(jié)點(diǎn)粘連的功能的，此故障發(fā)生后相關(guān)工作人員檢查過程中出現(xiàn)未能被發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)粘連的現(xiàn)象[3]。

②同步信號或脈沖觸發(fā)錯(cuò)誤。觸發(fā)錯(cuò)誤以及信號錯(cuò)誤會導(dǎo)致原本正常觸發(fā)的角度發(fā)生移動并且貼近強(qiáng)勵的位置。由于勵磁調(diào)節(jié)器自身具備檢測觸發(fā)脈沖的功能，所以當(dāng)正常觸發(fā)角度被移動時(shí)調(diào)節(jié)器不發(fā)出任何異常的動靜[4]。

從以上兩點(diǎn)的故障分析中可以體現(xiàn)出，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)會有兩種考慮因素，因此在判斷故障原因時(shí)務(wù)必要對問題進(jìn)行具體的分析，通過綜合的分析和判斷做出應(yīng)對故障的最佳方式，以更好的、高效的解決故障。

（三）同步信號斷線導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁

故障現(xiàn)狀仍然是具有200兆瓦的電力機(jī)組，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中兩套勵磁調(diào)節(jié)器D、E都發(fā)出故障信號，因此勵磁系統(tǒng)自動將勵磁開關(guān)分開，并同時(shí)將備用勵磁開關(guān)合上。當(dāng)開關(guān)合上時(shí)，備用開關(guān)又再次跳開，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁的現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)跳閘解列。

對該故障進(jìn)行分析：故障發(fā)生后，相關(guān)工作人員對調(diào)節(jié)器的故障進(jìn)行記錄。D和E兩套調(diào)節(jié)器均發(fā)出故障信號，勵磁系統(tǒng)自身有兩套自動切換裝置分別是主勵和備勵。當(dāng)D套勵磁調(diào)節(jié)器和E套勵磁調(diào)節(jié)器同時(shí)出現(xiàn)故障后，將自動給主勵磁開關(guān)發(fā)送跳閘命令和給備勵磁開關(guān)發(fā)送合閘的命令。但是在此次故障發(fā)生后，兩項(xiàng)命令均未能得以實(shí)現(xiàn)，這也就使得發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障。

（四）發(fā)電機(jī)低勵失磁故障分析

發(fā)電機(jī)在失磁（低勵）時(shí)，由于各方面條件導(dǎo)致會使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行失去原有的穩(wěn)定性，這對于發(fā)電機(jī)自身的安全運(yùn)行造成了一定的影響。一臺發(fā)電機(jī)處在失磁或者低勵的狀態(tài)下，出現(xiàn)功率的上下波動，并且電力系統(tǒng)的電壓降低，最終使得現(xiàn)場發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)之間或者各個(gè)系統(tǒng)之間存在少部分的失步，使得系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩。該電流在勵磁系統(tǒng)中受到耗損 ，一旦當(dāng)電流超過可承載的值后會使得轉(zhuǎn)子的溫度過高。在轉(zhuǎn)子表層的差額電流，還可能會存在于轉(zhuǎn)子的本體、護(hù)環(huán)的接觸面上，最終產(chǎn)生過高的熱量導(dǎo)致灼傷。發(fā)電機(jī)在低勵和失磁等現(xiàn)象中會帶有越來越大的功率，由于發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)異常，會使得越來越大的功率沒有辦法得到吸收。所以在發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行過程中由于電流還在通過，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子過熱。發(fā)電機(jī)的額定容量過大時(shí)，當(dāng)其處在低勵和失磁的階段就會使得電力系統(tǒng)產(chǎn)生很多無功功率。電力系統(tǒng)自身的容量越小，其對于補(bǔ)償功率的能力將會越發(fā)下降。所以發(fā)電機(jī)的容量和電力系統(tǒng)的容量的比就會變大，這樣對于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)而言是十分不利的。

三、對于發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障的預(yù)防方式

① 對于需要長時(shí)間進(jìn)行運(yùn)作以及高功率運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)做到的是給予其專門的試驗(yàn)，以保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。想要精確的確定發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)營最大值，應(yīng)當(dāng)按照電網(wǎng)對其的運(yùn)行要求以及發(fā)電機(jī)自身的定子鐵心和發(fā)電狀況來判斷。進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)可以使用自動控制模式。對于低勵限制器務(wù)必保障其安全可靠性，并且對于該限制器到的調(diào)解工作應(yīng)當(dāng)根據(jù)試驗(yàn)成果做準(zhǔn)確的判定，勵磁調(diào)節(jié)器也要進(jìn)行定期的校核。

②勵磁系統(tǒng)在設(shè)置過程中一定要配備有較完整的保護(hù)系統(tǒng)，以保障在應(yīng)對一些極限運(yùn)行和突發(fā)狀況時(shí)系統(tǒng)能夠做出安全、可靠、正確的反應(yīng)，保障發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)作。對于勵磁調(diào)節(jié)器的過勵限制以及保護(hù)都應(yīng)當(dāng)在調(diào)節(jié)器出廠時(shí)的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，定期也要對其進(jìn)行安全的檢查。

③勵磁調(diào)節(jié)器的通道發(fā)生故障時(shí)相關(guān)工作人員要做好及時(shí)的維修，保障調(diào)節(jié)器能夠以最短的時(shí)間再次投入正常的運(yùn)營。在此過程中發(fā)電廠要嚴(yán)令禁止工作人員進(jìn)行對勵磁的手動調(diào)節(jié)，特別是在調(diào)節(jié)器需要長期保持運(yùn)行狀態(tài)時(shí)。

四、結(jié)束語

針對以上的發(fā)電機(jī)現(xiàn)有的特點(diǎn)，本文分析了集中勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障的狀況以及原因，并根據(jù)其原因提出了相關(guān)的對策建議。目的是為了使得發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的故障現(xiàn)象得到極大程度上的避免，以及對于故障事故發(fā)生的一種有效的預(yù)防。本文提出的相關(guān)策略和建議，以供相關(guān)人士進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)借鑒，以大力的推動我國的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)更快更好的發(fā)展。

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