大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)輔助強(qiáng)勵(lì)回路可靠性分析及改進(jìn)建議

劉剛強(qiáng)

摘?要：介紹某電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)輔助強(qiáng)勵(lì)回路的構(gòu)成及工作原理，分析該電廠一起勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組、輔助強(qiáng)勵(lì)回路直流電源側(cè)設(shè)備損壞的異常事件。為提高勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備的可靠性，基于勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)功能的分析，提出了有效避免類似故障發(fā)生的解決方案，同時(shí)對(duì)國內(nèi)外勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)回路功能設(shè)計(jì)、參數(shù)配置、故障處理等也具有較高的技術(shù)指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 輔助強(qiáng)勵(lì) 原理 故障 解決方案

Abstract：This paper introduces the structure and working principle of the boosting excitation circuit of the generator excitation system in a power plant，and analyzes the abnormal events of the damage of the stator winding of the exciter and the equipment on the side of the boosting excitation circuit.In order to improve the reliability of the excitation system equipment and based on the analysis of the excitation function of the excitation system，this paper puts forward the effective solution to avoid the occurrence of similar faults.At the same time，it has high technical guidance value for the function design，parameter configuration and fault treatment of the excitation circuit of the excitation system at home and abroad.

Keywords：generator excitation system;boosting excitation;theory;fault;solution

前言

我國各大電網(wǎng)互聯(lián)、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中不斷接入的大容量機(jī)組在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起到了重要的作用。同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與空載電勢(shì)Eq值的大小有關(guān)，而Eq值是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流Ifd的函數(shù)，改變勵(lì)磁電流就可直接影響發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配;在某些故障情況，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。因此，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性方面起著極為重要的作用。在諸多改善電力系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性的措施中，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性能，被公認(rèn)為最有效和經(jīng)濟(jì)的措施之一。

1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成

國內(nèi)某電廠發(fā)電機(jī)采用帶機(jī)端勵(lì)磁變的自并勵(lì)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，主要有勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、無刷勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)二極管檢測(cè)裝置等組成，其中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用法國ALSTOM公司生產(chǎn)的P320-AVR V2型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

正常工況下勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端勵(lì)磁變壓器，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)勵(lì)磁變降壓后提供給勵(lì)磁調(diào)節(jié)器晶閘管整流器，經(jīng)晶閘管整流后送至勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子切割勵(lì)磁繞組磁場(chǎng)產(chǎn)生交流電流，此交流電流經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管整流器整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組以建立發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)。

2 輔助強(qiáng)勵(lì)回路工作原理

為防止機(jī)端發(fā)生短路時(shí)強(qiáng)勵(lì)能力不足、繼電保護(hù)拒動(dòng)，造成機(jī)組和電網(wǎng)嚴(yán)重事故，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中配置了輔助強(qiáng)勵(lì)回路，該回路只允許在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行期間投入，電源取自廠用220V直流系統(tǒng)。

在機(jī)組未并網(wǎng)時(shí)輔助強(qiáng)勵(lì)回路自動(dòng)退出，輔助強(qiáng)勵(lì)開關(guān)LC002JA分閘;機(jī)組并網(wǎng)后輔助強(qiáng)勵(lì)回路自動(dòng)投入，輔助強(qiáng)勵(lì)開關(guān)自動(dòng)合閘，輔助強(qiáng)勵(lì)回路晶閘管關(guān)斷;當(dāng)機(jī)端電壓降至70%Un以下時(shí)，由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出脈沖觸發(fā)輔助強(qiáng)勵(lì)回路晶閘管導(dǎo)通，由輔助強(qiáng)勵(lì)電源ZL001JA為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組供電;直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)儀采用平衡橋測(cè)量母線絕緣，平衡橋接入母線正負(fù)極;當(dāng)機(jī)端電壓恢復(fù)至72%Un及以上時(shí)，輔助強(qiáng)勵(lì)開關(guān)自動(dòng)短時(shí)斷開，迫使輔助強(qiáng)勵(lì)回路晶閘管關(guān)斷，經(jīng)延時(shí)后輔助強(qiáng)勵(lì)開關(guān)恢復(fù)合閘，允許再次強(qiáng)勵(lì)。

3 故障分析

該機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行期間，曾出現(xiàn)過ZL直流系統(tǒng)電壓異常升高，充電模塊黑屏無顯示，絕緣監(jiān)測(cè)儀電橋負(fù)極回路燒毀，信號(hào)采集回路正負(fù)極熔絲熔斷，工作電源開關(guān)跳閘;AVR直流側(cè)勵(lì)磁電流較大波動(dòng)，后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)磁極絕緣低，勵(lì)磁機(jī)定子磁極12點(diǎn)方向（第11磁極）繞組與鐵芯之間毛氈和絕緣板有多處間歇性放電痕跡。

經(jīng)過系統(tǒng)性的分析知，勵(lì)磁系統(tǒng)輔助強(qiáng)勵(lì)回路設(shè)計(jì)不合理。

當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，直流電源（高阻接地系統(tǒng)）與勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組（不接地系統(tǒng)）通過輔助強(qiáng)勵(lì)回路負(fù)極直接相連，使勵(lì)磁機(jī)定子成為實(shí)際上的高阻接地系統(tǒng)，導(dǎo)致兩者相互影響。在故障或異常情況下，回路中電氣參數(shù)發(fā)生變化，產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致故障擴(kuò)大、設(shè)備損毀。

當(dāng)回路中產(chǎn)生另一個(gè)不穩(wěn)定接地點(diǎn)時(shí)，有可能導(dǎo)致回路中產(chǎn)生不穩(wěn)定的兩點(diǎn)接地，從而感應(yīng)出異常電流;而設(shè)計(jì)上原本應(yīng)該分開的不同阻容回路串聯(lián)到一起，有可能形成特殊頻率下的諧振回路。

輔助強(qiáng)勵(lì)回路上存在不穩(wěn)定接地點(diǎn)，導(dǎo)致間歇性放電，由于回路存在電感，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，又由于并非穩(wěn)定的接地點(diǎn)，導(dǎo)致回路頻繁充放電，產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，導(dǎo)致勵(lì)磁機(jī)定子絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿。