摘要：勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它不僅控制發(fā)電機的端電壓，而且還控制發(fā)電機無功功率、功率因數和電流等參數。因此，勵磁系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性對發(fā)電機以及電力系統(tǒng)運行安全與穩(wěn)定具有直接影響作用。本文結合康明斯公司工作經驗，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障及其處理方法進行了分析，以期為相關工作人員提供有益參考，保證發(fā)電機勵磁系統(tǒng)作用的較大化發(fā)揮，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。

一、勵磁系統(tǒng)控制組成和原理

      隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人們用電需求得到了大幅度提升。在此背景下，電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性得到人們越來越多的關注。發(fā)電機作為電力系統(tǒng)重要組成部分，如何保證其勵磁系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，成為維護電站電力系統(tǒng)安全運行關注的主要內容之一。因此，明確發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障并采用行之有效的方法進行解決與改善，具有重要現(xiàn)實意義。

      無刷勵磁控制系統(tǒng)由永磁機、主勵磁機、勵磁調節(jié)器、勵磁功率單元等幾部分助成。工作原理見圖1。

      副勵磁機FL是一個永磁式中頻發(fā)電機，其發(fā)出的三相交流電經功率單元的晶閘管全控橋整流后，直接送到發(fā)電機的轉子回路作勵磁電源，因為勵磁機的電樞與發(fā)電機的轉子同軸旋轉，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等轉動接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。主勵磁機的勵磁繞組JLLQ是靜止的，是一個磁極靜止，電樞旋轉的同步發(fā)電機。靜止的勵磁機勵磁繞組便于自動勵磁調節(jié)器實現(xiàn)對勵磁機輸出電流的控制，以維持發(fā)電機端電壓保持恒定。

      總之，相比過去勵磁方式，它革除了滑環(huán)和碳刷等轉動接觸部分。由于與轉子回路直接連接的元件都是旋轉的，因而轉子回路的電壓電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表直接進行監(jiān)視，轉子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管與可控硅的運行狀況，接線是否松脫，熔絲是否熔斷等等都不便監(jiān)視。因而在運行維護上不太方便，但隨著科技的發(fā)展，監(jiān)視問題正在得到逐步解決。

      同步發(fā)電機采用無刷勵磁是同步電機結構上的重大變革，它不僅取消了直流機勵磁系統(tǒng)中的機械整流部分，而且也取消了以往半導體勵磁中的炭刷和集電環(huán)。發(fā)電機轉子勵磁回路成為全部無觸點的電路，提高了勵磁效率和可靠性。

      勵磁裝置是發(fā)電機的主要輔機，其性能好壞直接關系到電力生產的可靠性。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，微機型勵磁裝置在同步發(fā)電機上得到了廣泛的應用。對于**發(fā)電機能夠穩(wěn)定地運行，起到了關鍵的作用。微機勵磁裝置的調試和維護對保證電力生產的安全運行具有十分重要的意義。本文針對勵磁裝置現(xiàn)場調試和檢修以及運行過程中常見的問題進行了分析和探討，并提出了解決方案。

發(fā)電機無刷勵磁系統(tǒng)原理圖

二、有刷發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障

1、發(fā)電機電壓升不起

      在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，勵磁電壓的建立是以剩磁為主導元素得以具體實現(xiàn)的。因此，一旦發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中缺乏或沒有剩磁后，勵磁系統(tǒng)將無法實現(xiàn)勵磁典雅的建立，故出現(xiàn)發(fā)電機升不起電壓問題。

（1）原因分析

      通常情況下，在多數新安裝的發(fā)電機中，很容易發(fā)生該故障，其主要原則在于新安裝的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的剩磁相對較少，很容易發(fā)生勵磁消失問題，從而引發(fā)故障。

      與此同時，在對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中各設備運行情況進行檢修時，如果操作不當，出現(xiàn)“接線錯誤”時，將導致發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中勵磁機勵磁繞組的電流磁通與原有鐵芯剩磁通形成逆向流動，從而削弱發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的剩磁，甚至致使剩磁消失，進而出現(xiàn)發(fā)電機升不起電壓故障費。

      此外，在對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行“直流電通電試驗”時，如果沒有將勵磁回路進行斷開處理，就進行直流電阻測定試驗或勵磁系統(tǒng)自動調整裝置調整試驗，則將導致系統(tǒng)中形成的電流磁通與剩磁通出現(xiàn)反向流動，從而削弱發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的剩磁，出現(xiàn)發(fā)電機升不起電壓現(xiàn)象。

（2）處理方法

      對此，針對上述問題可通過以下方法進行處理，避免發(fā)電機升不起電壓故障的發(fā)生。其一，在更新發(fā)電機時，需對其進行剩磁檢查。例如，啟動發(fā)電機至額定轉速，進行升壓、勵磁電阻減小等操作，并對其運行情況進行觀察，如果發(fā)電機出現(xiàn)升不起電壓問題，則需進一步對勵磁回路接線情況、電刷位置等進行檢查口。在此過程中，如果各項檢測結果皆不存在問題，同時勵磁電壓表上存在細微變化，那么表明發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的勵磁組存在“接線方向接錯”問題。其二，在進行發(fā)電機檢修養(yǎng)護時，應保證檢修工作的嚴禁性，避免勵磁回路按線方向錯誤的產生，對此可采用標識管理法進行管理。其三，加強測量電阻試驗的有效管理，注重起勵電源、電刷與換向器接觸情況、功率柜運行情況、電刷位置、整流橋觸發(fā)脈沖開關斷開情況等的有效管理。

2、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)失磁

      發(fā)電機勵磁系統(tǒng)失磁故障是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見的故障之一，主要是指發(fā)電機運行過程中勵磁電流消失，從而出現(xiàn)轉子磁場消失，致使發(fā)電機出現(xiàn)運行故障。

（1）原因分析

      發(fā)電機勵磁系統(tǒng)直流勵磁機而言，當出現(xiàn)發(fā)電機失磁故障時，具體體現(xiàn)在以下幾方面：其一，發(fā)電機斷電電壓、發(fā)電機母線電壓出現(xiàn)下降，電壓值搖擺不定；其二，轉子電壓出現(xiàn)異常，電壓表或下降（轉子短路）或上升（轉子開路）;其三，轉子電流出現(xiàn)異常，電流表指針無線接近于零（勵磁回路開路）或直接為零（轉子回路斷路）,且復勵電流相對于正常值要高；其四，在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，功率表指示不正常，其中有功表出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，且指示相對低于正常指示值，而無功表的指示直接顯示為負。

（2）處理方法

      對此可采用以下方法對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)失磁故障進行處理：通常情況下處于電網中的發(fā)電機，當其容量所占比重相對較多時，當發(fā)電機出現(xiàn)失磁故障，將導致電網電壓出現(xiàn)問題，即電網電壓下降甚至崩潰，從而導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障，發(fā)生停電問題。對此需將立即解除發(fā)電機與電網的連接，并停止發(fā)電機運行，對其進行精細化檢修。當處于電網中的發(fā)電機容量所占比重相對較小時，可對發(fā)電機失磁問題進行聯(lián)網檢修，即不必將解列發(fā)電機與電網，可執(zhí)行三十分鐘以內的異步運行操作。

3、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)勵磁機碳刷有火花

      在發(fā)電機運行過程中，勵磁機碳刷出現(xiàn)火花是較為常見的一種勵磁系統(tǒng)故障。該故障的發(fā)生將在一定程度上嚴重影響勵磁系統(tǒng)相關設備使用壽命，如換向器、勵磁機等，嚴重時將導致設備損壞，影響發(fā)電機組的正常運行。

（1）原因分析

      追其原因發(fā)現(xiàn)，導致勵磁機碳刷出現(xiàn)火花的原國主要有三點：

其一，電磁問題引發(fā)火花，即當勵磁機電磁存在換向問題，將致使部分碳刷出現(xiàn)電流密集問題，當電流密集達到一定程度使會出現(xiàn)火花；

其二，機械設備問題，換向器在長期使用過程中會出現(xiàn)損耗，當磨損到一定程度時或換向片絕緣出現(xiàn)凸出問題時，將導致碳刷過程中出現(xiàn)火花。同時，刷握位置安裝不合理、碳刷型導不匹配，也會出現(xiàn)火花問題；

其三，電化學問題，即在進行碳刷過程中，碳刷與換向器表面發(fā)生電解反應從而導致?lián)Q向器表面出現(xiàn)破損，出現(xiàn)火花。

（2）處理方法

對此，應較強日常維修檢修工作，注重換向器表面的清潔與養(yǎng)護，并采用采取壓降法對碳刷運行情況進行檢查。同時注重設備材料的科學選用。

4、發(fā)電機轉子兩點接地

      發(fā)電機轉子兩點接地故障是汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)運行過程中常見的一種故障。該故障主要表現(xiàn)為發(fā)電機斷路器跳閘等，其原因主要在于：滑環(huán)、引線、轉子槽口等的絕緣損壞，轉子銅線存在灰塵堆積或變形。因此，針對該故障進行處理時，應及時找到故障點，并針對故障點存在的問題進行科學處理，用以保證發(fā)電機組運行的安全與穩(wěn)定。

三、無刷發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障及處理

1、電壓測量故障

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息，運行主通道切至備用通道。

（1）故障原因：

① 發(fā)電機TV回路斷開（開關斷開、端子接線松、TV斷線故障）。

② 勵磁調節(jié)器檢測定子電壓的檢測回路故障。

（2）處理方法及過程：

① 檢查勵磁系統(tǒng)定子電壓接線回路是否有開關斷開、TV回路熔絲故障或端子接線松的情況，如果開關跳開或端子接線松，則合上開關或緊固端子；如果熔絲故障，則更換熔絲，檢查電壓測量回路正常。

② 若勵磁調節(jié)器定子電壓的檢測回路故障，則更換電壓測量板件。

2、勵磁調節(jié)器電源開關跳閘報警

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息。

（1）故障原因：

① 勵磁調節(jié)器電源開關跳開或開關故障。

② 可能是相關回路短路過電流或小開關偷跳。

（2）處理方法及過程：

① 根據具體情況試合跳開的電源開關。

② 若試合電源開關不成功，則尋找短路點，并排除短路故障。

3、勵磁調節(jié)器通道故障

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息，運行主通道切至備用通道。

（1）故障原因：

① 電壓測量回路故障。

② 觸發(fā)脈沖故障。

③ 通道電源故障。

④ 其他有關硬件故障。

（2）處理方法及過程：

① 檢查從通道運行正常。

② 檢查電源開關是否在正常位置。

③ 檢查具體故障信息，對應查找相關故障原因。

4、勵磁電流過勵磁限制動作

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息，發(fā)出無功功率增大信息。

（1）故障原因：

① 機端電壓下降，勵磁電流達到較大值，較大勵礎限制器動作。

② 可能TV、TA內外回路有接觸不良現(xiàn)象。

（2）處理方法及過程：

① 觀察發(fā)電機組運行情況，尤其勵磁電流、定子電壓運行情況。

② 觀察集電環(huán)碳刷，待停機后，檢查勵磁回路有無元件故障。

③ TV、TA內外回路是否有接觸不良現(xiàn)象，檢查并處理。

5、發(fā)電機無功功率波動較大

       勵磁調節(jié)器顯示無功功率波動大。

（1）故障原因：

① 勵磁調節(jié)器機端電壓采樣波動較大。

② 電網電壓波動較大。

③ 有功功率輸出變化較大導致PSS輸出波動。

④ 附加調差系數設置不合適。

（2）處理方法及過程：

① 確認電網電壓是否波動較大。

② 檢查勵磁調節(jié)器機端電壓樣是否波動較大，檢查TV或TA回路是否正常。檢查勵磁調節(jié)器板件采樣是否正常，板件故障需更換板件。

③ 檢查PSS輸出是否過大，檢查有功功率是否波動，若有功功率波動較大，則需查明有功功率波動原因。

④ 確認發(fā)電機組附加調差系效設置是否合適。

6、晶閘管快速熔斷器故障

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息

（1）故障原因：

① 短路造成晶閘管整流橋臂的熔斷器熔斷。

② 晶閘管故障或晶閘管過電壓阻容回路故障造成晶閘管橋臂的熔斷器熔斷。③晶閘管過負荷造成橋臂上的熔斷器熔斷。

（2）處理方法及過程：

① 查明過電流原因（勵磁電流過大或各橋臂電流分配不均）。

② 檢查晶閘管和晶閘管過電壓阻容回路，如故障則進行更換。

③ 若僅是熔斷器熔斷，則更換熔斷器。

7、整流裝置溫度高

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息

（1）故障原因：

① 磁場繞組過負荷。

② 整流裝置風機或其控制回路故障。

（2）處理方法及過程：

① 調整磁場電流，使整流裝置溫度降低。

② 檢查整流柜運轉是否正常，電源切換回路是否正常，若故障則視情況檢修。

③ 檢查風道進出風口濾網是否堵塞。

④ 檢查勵磁控制室空調或通風設備是否正常工作。

⑤ 若發(fā)電機組解列，則對整流裝置進行全面檢查。

8、勵磁系統(tǒng)交流過電壓保護動作

      勵磁調節(jié)器人機界面顯示相應的報警信息

（1）故障原因：

① 系統(tǒng)造成勵磁交流側電壓過高。

② 壓敏電阻過電壓保護設備動作。

③ 整流橋交流過電壓保護中的二極管或電容故障。

（2）處理方法及過程：

① 檢查電阻、電容有無損壞，更換擊穿電容和熔斷器。

② 檢查壓敏電阻過電壓保護，若故障則需停機更換。

9、發(fā)電機繞組一點接地故障

      繞組接地保護動作

（1）故障原因：繞組或滅磁開關到繞組之間電線存在接地情況。

（2）處理方法及過程：

① 檢查磁場繞組電纜回路，如有接地點應設法排除。

② 測量磁場繞組對地電壓并換算成絕緣電阻值，確定保護裝置是否正確動作。

總結：

      本文通過分析勵磁裝置現(xiàn)場調試和檢修以及運行過程中常見的問題，提出了解決方案。隨著技術的發(fā)展，產品也在不斷的更新?lián)Q代升級，這些問題也會得到逐步解決，設備的智能化減少人為的干涉機及檢修投入，無刷微機勵磁調節(jié)系統(tǒng)大幅度提升發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性?？偠灾?，勵磁系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定對發(fā)電機以及電力系統(tǒng)運行的安全性、可靠性具有直接影響作用。因此，維護發(fā)電機勵磁系統(tǒng)運行安全，針對其存在的問題進行維護養(yǎng)修，已成為維修工作人員工作的重點內容。本文旨在通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)常見故障的分析，進一步認知故障原因，提升故障解決能力與水平，為發(fā)電機以及電力系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定提供**。