基于水电站静止励磁系统调试分析与对策研究

基于水电站静止励磁系统调试分析与对策研究

魏永

前言：在经济的高速发展之下，电力建设的要求不断的提高，为应对用电客户供电的安全性和可靠性，以及供电企业自身工作效率和经济效益提升的要求，各类新技术在电力建设中得以广泛推广应用。在水电站的调试方面，大部分国内外的发电机厂家所生产的水轮发电机均采用可控硅静止励磁系统。所谓励磁系统，是指供给发电机励磁电流的电源和附属设备，一般由励磁调节器和励磁功率单元两部分组成。静止励磁系统是励磁系统中的一种，其在水电站调试中的应用，能够有效的提高电力系统并联机组的稳定性，同时也能有效的促进励磁技术发展。

1.可控硅静止励磁系统工作原理

同步发电机的可控硅静止励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁功率单元向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场。可满足各类发电机的不同要求，不受容量限制且时间常数小。励磁调节器可实现多种信号的综合，调节灵敏、快速。正常运行时可保证发电机端电压或电网中某一点电压在给定水平，在电力系统发生短路或因其他原因使系统电压严重下降时，以快速响应和高的顶值电压对发电机实行强励磁。以提高电力系统的动态稳定。如果发电机内部发生短路故障，则对发电机实行自动灭磁以降低故障的损坏程度[1]。

2.水电站励磁系统调试中的常见故障和对策

2.1装置励磁输出甚微或是无输出

若是励磁回路出现严重接触不良或是存在断路故障时，将会导致回路电流小于可控硅的最小维持电流。此时即使可控硅加有正向阳极电压和触发信号，但也无法导通。其故障的排除：①要进行整流电源和可控桥主回路的检查；②对控制电源和触发回路进行测试；③对有关连锁接点和有触点电控器件进行检查测试。分析导致无移相输出的原因，可能是整定环节或是负反馈电源中的各元件出现断路现象，导致控制移像输出的两端无电位差。整定环节中的电源部分的开路和稳定管开路或是断路，致使移相输出反极性电压，各脉冲插件中的同步振荡器将无法获取充电回路。其原因也可能是投励插件没有脉冲讯号输出，导致整定电源中的开关可控硅不能触发而处于关断的状态[2]。

2.2励磁波动幅度较大而且不稳定

由于电机在运行中的转子在电枢磁场中运转，同时还受到负荷变化的影响，所以励磁针存在轻微的抖动属于正常，但若是振动的幅度较大，便属于故障症状。此时应注意，若是励磁表计于整定值附近来回摆动，且与电压电源的波动有关，若在此时改变整定电位器的位置，并不存在调节直流输出的阻尼作用，导致励磁不能够做平稳的线性调节。其导致的原因可能由于移相电路中电源电压的负反馈环节失常。若是励磁脉动的成分比较大，励磁表针的抖动明显。使用脉冲示波器所观察到的输出的整流波形差异比较大，甚至只能看到2到4个的整流输出波形。①应检查可控硅正常与否，通常情况下是由于主控硅的导通角不一致所造成的。②检查脉冲对称度是否存在失调的情况，由于设备在变化中的温度中使用，会产生氧化和震动的作用，致使电子元件的焊接状态和工作特性均受到一定程度的影响。所以在平时的使用过程中，应定期的对励磁装置调试，及时的进行元件更换[3]。③若是出现励磁电流从运行数值突然的向满刻度方向摆动，不时又复原，变化混乱没有规律，但在调节整定电位器时，能够让输出值为零。可判定是由移相输出波动引起的。

3.3励磁回路中的电压与电流不成比例

在水电站励磁系统运行构成中，会出现有励磁电流但无励磁电压的情况。此时应检查励磁装置，会出现整流变二次的二次侧电流高于直流电10%，放电电阻发热，击穿续流二极管和保险器经放电电阻发生短路，以及灭磁检查按钮常开触点闭合或是灭磁可控硅触发的现象。其原因在于放电电阻和转子并联在直流输出端，且放电电阻是转子内阻的十倍，另外分流器串联于灭磁环节后面。故障使电压表盘路，使电压表无指示，但转子电流不会受到明显的影响。若是励磁电压显示正常，但电流偏低，且出现局部发热。该类故障是由于转子的回路阻值增大而导致的，例如直流母线和分流器之间接触不良，并且伴有高温的痕迹。若是励磁的电流正常但是电压偏高，使用示波器观察励磁输出能够看到交流波形。其造成的原因是由于整流桥中的某个可控硅短路，将交流成分加到直流输出端。形成电压表显示两种电压的叠加，通常会高于正常值的40%左右。其故障的排除应依照故障产生的原因进行一排除[4]。

3.4并网运行机组间无功调差接线法对电网的影响

3.4.1一台无差特性与一台有差特性发电机并列运行

一台无差特性发电机可以和一台或多台正调差特性发电机在同一母线上并列运行的，即使两台发电机的机端电压调得完全一致，但由于无功电流的分配不明确导致负荷变化时双机抢无功最后无法运行，所以实际运行中很少采用。

3.4.2一台负调差特性与一台正调差特性发电机并列运行

当两台发电机在同一母线上并列运行时，负调差特性机组当IFQ1增大，则有如下过程：IFQ1升调节器感受网压UF降调节器输出升发电机励磁升最终导至整个系统自动循环到一个稳定点为止。负调差特性机组当IFQ1增大时，将导致发电机定子电流增大，调节器处于上限工作。同样，当IFQ1减小时，将导致发电机定子电流小，调节器处于下限工作。或者在两机组间无功功率发生摆动，机组无法稳定运行。因而也不允许负调差特性发电机参与直接并列运行[5]。

2.4.3两台正调差特性发电机并列运行

当两台发电机均具有正调差特性。若并列点母线电压为UF1，则两机无功电流分别为IFQ1、IFQ2，IFQ1与IFQ2具有确定的关系。如果由于某种原因无功电流发生了变化，如无功电流增大，则有如下过程：IFQ1，IFQ2升调节器感受网压UF升调节器输出降，发电机励磁，IFQ1，IFQ2降。可见，两台正调差特性发电机并列运行可维持无功电流的稳定分配，两机能稳定运行，保持并列点母线电压在整定水平。理想的情况是无功电流按机组容量来分配，无功电流的增量也应与机组的容量成正比，即两台机无功电流的增量对各自额定无功电流的比值应相等。当无功负荷变动时，调差系数越小的发电机承受的无功电流的变化越大。

结语：对发电机正常运行所必需的励磁装置，主要电气设备，通过多年在制造维修与现场调试过程中的经验总结及其解决方案，为电站技术人员快速准确判断故障提供借鉴方法。在最短的时间内使电站发电设备恢复正常运行，提高电站的运行经济效益和输电可靠性。基于此，注意在初次启动试运行阶段并网时，产生并网后无功电流失控致使过流保护动作断路器自动断开的情况或是无法并网的故障。应采取合理的调试方法，将其现场解决。首先应当暂时的退出调差系统并网，在并网之后，将调差系数电位器向稳定的方向调节，直到电机能够稳定运行为止；然后待发电机的有机功率从零增加到满负荷，再调节各个负荷段的导通角配合度。

参考文献：

[1]石先红.大型灯贯机组励磁系统的架构及现场应用的研究[D].南昌工程学院,2015.

[2]方云峰.中小型水电站自并励励磁系统的设计与选型[J].黑龙江水利科技,2016,44(08):71-73+133.

[3]施啸寒.静止桥接储能装置在电力系统稳定控制中的应用研究[D].华中科技大学,2015.

[4]刘钊.600MW汽轮机组励磁系统调试及启动研究[D].南京邮电大学,2016.

[5]郭志峰,赵焱,米建宾.浅谈西门子励磁系统调试中的典型问题[J].华北电力技术,2013(07):68-70.