发电机励磁系统故障分析与预防

摘 要：发电机励磁系统在电力系统中具有重要的作用，他可以极大提高电力系统暂态稳定性。针对电厂中发电机的特点，本文分析了发电机励磁系统中常见的故障原因，并阐述了如何有效的预防励磁系统故障的发生。

关键词：发电机；励磁系统；故障；预防

一、引言

随着电力系统互联特别是全国电力系统全面联网的发展，对于电力系统稳定性计算分析提出了更高的要求。新的电力系统安全提出了用详细模型取代恒定模型进行稳定计算的要求，需要计算涉及励磁系统对系统稳定性的影响。虽然，目前电力系统稳定分析软件都分析出不同的励磁系统故障原因，但是实际运行系统由于缺少可信的参数，导致发电机励磁系统在实际运行中常出现不明故障，因此分析解决故障原因是一个重要的问题。发电机励磁系统在电力系统中具有重要作用，他可以充分提高电力系统暂态稳定性。针对火力发电厂中发电机的特点，本文科学分析了发电机励磁系统中常见的故障原因，简要阐述了如何有效地预防励磁系统事故的发生。

励磁系统是同步发电机重要的组成部分，在电力系统正常运行或发生故障时，同步发电机的励磁控制系统起着重要作用。良好的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性并提供高品质的电能，而且可以有效地提高发电机及其并网后的电力系统的技术经济指标。

二、发电机励磁系统

发电机励磁系统简介：同步发电机为了实现能量间的转换，需要建立一个直流磁场，而要产生这个磁场的直流电流就称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式可分为两种励磁形式的发电机。凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自并励发电机。

（一）发电机励磁系统常见故障及原因分析

1、励磁系统小电流试验时输出电压异常波动原因分析

事故现象：断开励磁调节器与副励磁机的连接，采用中频发电机升压作为励磁系统的输入电源，使励磁调节器主回路流变为过小电流。当励磁调节器输出电流为0.5A时，直流输出电压波动较大，调压器出现电磁噪声。故障分析：负载电流小于部分晶闸管的维持电流，使得部分晶闸管不能有效导通。晶闸管不能有效导通引起励磁调节器输出电压波动较大，造成相输入电流不平衡，使得调压器发出的声音非常特别。

2、采样系统故障导致发电机误励磁故障发生分析

事故现象：某电厂为200MW机组，在大修期间更换微机自动励磁调节器，所有试验均正常合格，之后连续运行半个多月，发电机正常运行中突然出现无功功率急剧变化，由80Mvar上升至210 Mvar，发电机一变压器组过负荷保护动作跳闸，事故过程中励磁系统没有发出任何信号。事故分析：从事故现场分析，励磁系统突然输出强励电流导致发电机无功功率突然上升，由于事故过程中励磁调节器没有发出任何异常信号，励磁调节装置内部也没有任何录波，励磁调节装置突然输出强励电流原因通常有：

（1）外部有持续增强励磁信号，可能是工作人员误调所致，当时并没有操作；也可能是增磁节点粘连，由于励磁调节器有抗节点粘连功能，事故后检查该功能动作正常，增磁节点也没有粘连痕迹。

（2）同步信号或触发脉冲出现错误，使得原来正常的触发角度突然偏移至强励位置，由于励磁调节装置具有同步检测及触发脉冲检测功能，且事故发生过程中励磁调节器没有发出任何异常信号。

从上述的分析中我们了解到这种故障问题的出现，会有两种通常出现的可能性，我们要具体情况具体分析判断，通过故障做出合理明确的决断，以此来解决其问题出现的原因。

3、同步信号断线引起发电机失磁故障分析

故障现象：某电厂200MW机组，运行过程中A套励磁调节器和B套励磁调节器同时发出故障信号，励磁系统自动分开主励磁开关，合上备励开关，但是备励开关合上以后，突然备用开关又跳开，发电机一变压器组失磁保护动作，发电机跳闸解列。

事故分析：事故发生后，检查励磁调节器故障记录，A套励磁调节器和B套励磁调节器记录发生同步信号检测故障，励磁系统有主、备励自动切换装置，当A套励磁调节器和B套励磁调节器同时故障后，自动发出主励磁开关跳闸命令和备励磁开关合闸命令。本次故障后，自动发出主励磁开关跳闸命令和备励磁开关合闸命令但都没有实现，导致发电机失磁故障。

4、发电机低励失磁故障分析

发电机在失磁（或低励）过程中，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行，威胁发电机本身的安全运行。当一台发电机低励或失磁后，由于该发电机有功功率的摆动，以及电力系统电压下降，可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间或电力系统的各部分之间失步，使系统产生振荡。此电流在转子励磁绕组中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。流过转子表层的差频电流，还可能在转子本体、槽楔、护环的接触面上，发生严重的局部过热甚至灼伤。发电机低励或失磁前所带的有功功率愈大，进入异步运行之后，从电力系统中吸收的无功功率就愈大。因此，发电机在大负荷下失磁后由于过电流，将使发电机定子过热。发电机的额定容量愈大，在低励或失磁时，引起电力系统无功功率缺额愈大。电力系统的容量愈小，补偿这一缺额的能力愈差。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比愈大，对电力系统的影响就愈不利。

（二）发电机励磁系统故障预防方法

1、对有进相运行或长期高功率因数运行要求的发电机应进行专门的进相运行试验。按电网稳定运行的要求、发电机定子端部铁芯和结构件发热情况及厂用电压的要求来确定进相运行深度。进相运行时发电机励磁调节器应采用自动控制方式，低励限制器必须可靠投入，并根据进相试验的结果进行整定，励磁调节器应定期校核。

2、励磁系统要配有完备的限制及保護功能，对发电机各种极限运行工况及时准确作出反应，确保发电机机组安全运行。励磁调节器的过励限制和过励保护的定值应在制造厂给定的允许范围值内，并进行定期校验。

3、励磁调节器的自动通道发生故障时应及时检修至好用并投入运行。严禁发电机在手动励磁调节（含按发电机或交流励磁机的磁场电流的闭环调节）下长期运行。在手动励磁调节运行期间，在调节发电机的有功负荷时，必须先适当调节发电机的无功负荷，以防止发电机失去静态稳定性。

4、在电源电压偏差为-15%～+10%、频率偏差为-6%～+4%时，励磁控制系统及其继电器、开关等操作系统均能正常工作。

5、在机组启动、停机和其他试验过程中，应有机组低转速时切断发电机励磁的措施。

三、总结

以上针对某电厂发电机励磁系统的特点，分析了几种发电机励磁系统中常见的故障及其原因，阐述了预防励磁系统故障的发生方法和要求。为以后的发电机励磁系统可靠经济运行提供了预防事故和处理事故的理论分析和处理经验。在发电机运行阶段必须检查发电机励磁系统对扰动的响应是否符合有关励磁标准规定及强励作用对电压的调节影响。

参考文献：

[1]王君亮.同步发电机励磁系统原理与运行维护[M].北京：中国水利水电出版社，2010

[2]孟凡超，吴龙.发电机励磁技术问答及事故分析[M].北京：中国电力出版社，2008

[3]竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京：中国电力出版社，2005

作者简介：韩贺军，男，吉林长春人，大唐长春第二热电有限责任公司助理工程师，从事电厂集控机组运行工作。endprint