水电厂励磁系统改造中的问题及解决方法初探

林晓龙

（福建水口发电集团公司，福建福州 350000）

作为水电厂电力系统中的重要组成，励磁系统运行会对发电机特性作用的发挥有着直接的影响。而部分水电厂出于优化电力系统运行的目的，在原有励磁系统结构的基础上进行升级改造。但是受限于某些因素的限制，致使改造后的励磁系统存在调节器、开关设计等问题，对励磁系统的可靠运行产生影响。正因此，如何强化改进励磁系统，减少励磁系统故障问题的发生，成为水电厂亟需解决的问题。

1 励磁系统概述

分析现阶段水电厂中励磁系统的应用，主要组成包括励磁调节器、励磁功率单元等部分。其中励磁调节器主要是以电力系统运行要求为依据进行励磁电流的自动调整；而励磁功率单元可以为励磁绕组进行直流励磁电流的提供。

进行励磁系统的智能化改造，可实现对系统运行智能化监测、控制、传输及显示，相较于传统励磁系统的应用，改造后系统运行更稳定，且拓展了远程诊断、故障追踪、系统诊断、软件调试等功能。以现场总线为依托分析励磁系统的控制与连接，实现对系统各构件分散控制，减少对端子、接线的依赖，进而缩减运行成本。为实现对高要求输电任务，需合理应用励磁系统，可提升发电系统运行稳定性，避免输电期间出现故障。如在发电系统运行期间，某些因素造成系统短路，也可通过应用励磁系统，提升励磁电流顶值的作用，进而为电力系统的运行提供符合需求的无功功率。

2 励磁系统改造问题的分析

以某水电厂为例，该水电厂立足于运行可靠性目标，结合自身实际条件进行励磁系统改造。将改造后的励磁系统投入运行并分析其改造成果，尽管改造后系统结构布局得到优化，且系统保护效果得到进一步提升，但是因某些因素的存在致使改造后的系统存在以下问题。

2.1 励磁调节器问题

该水电厂运行期间，虽然励磁系统改造后进一步提升电力系统运行的稳定性，但是时常出现机组跳闸现象，其成因在于励磁交流开关运行的不稳定，具体体现为：（1）改造期间未对功率柜简化设计，因柜内电路复杂使得主回路检修的难度大，致使电流输出质量呈现出逐渐降低的趋势，限制机组的运行。（2）不合理的调节器安装设计。受限于技术落后、条件差等因素的影响，使得励磁调节器的设计不合理，加之调节器安装不到位，导致运行期间调节器性能无法全面发挥，极易受到外界干扰而持续升温，增大机组跳闸现象。（3）系统维护期间，无法做到对励磁系统部分新添加参数的合理调整，其中个别参数无法以人机对话框的方式进行直观体现，进而限制系统维护、调试作业的开展。

2.2 直流开关设计问题

为保证直流开关功能作用的有效发挥，需秉持以下原则进行开关设计：确保在主变压器与同步发电机产生故障前提下，及时进行发电机磁场的消除，并实现电网与机组第一时间的解列，避免因发电机定子电压无法得到及时减弱而增大故障发生造成的影响和损失。而该水电厂针对直流开关的设计，主要是采用插拔式活动连接母排与直流开关，对连接触头固定措施的设计，仅是利用销钉与弹簧进行固定，无法保证直流开关的运行稳定性，甚至对后续维护工作的开展造成阻碍。同时，该水电厂采用插拔结构进行母排与触头的连接，致使二者的接触面呈现为不充分、不可靠的状态。若系统始终处于大励磁电流的运行环境下，触头极易因接触不良而产生烧毁现象，影响到电力系统的运行安全性。

3 解决水电厂励磁系统改造问题的方法

励磁系统改造后存在的问题对电力系统的运行有着较大威胁，要想进一步提升励磁系统可靠性，该水电厂需结合以下方法来有效消除改造后存在的问题。

3.1 进行启停流程设计的优化

要想保障励磁系统可靠性，可重视对机组启停流程设计的完善与优化，结合改造后存在问题，设计直流开关来提升系统运行的稳定性。具体优化改造期间，无论机组处于启动还是停止的状态，需在无故障前提下始终保持励磁系统与机组呈现为合闸的态势。而跳闸现象只能在机组发生故障时发生，避免直流开关在运行期间始终处于频繁操作的状态，有效消除励磁系统在改造后存在的直流开关故障问题。针对控制回路的优化设计，具体为：将中间继电器的辅助接点在跳闸回路中增设，具体接点包括K39、K40、K03。将其作为励磁系统保护动作信号，若励磁系统运行不存在故障问题，直流开关则处于停止状态；而当故障发生时，增加的继电器节点产生闭合动作，而直流开关则会因系统故障的发生而分闸。另外，在优化启停流程时，需在优化其保护措施的同时，重视对晶闸管的合理选择，尽可能选用触发电流≮100 mA 的晶闸管，以期在组合晶闸管是控制元件的正向压处于十分接近的状态。

采用上述方法优化启停流程后，该水电厂励磁系统运行过程中，无论机组启动还是停止，直流开关均未发生多次动作的现象，始终为处于合闸状态，达到显著降低机组跳闸现象发生的几率，并延长了系统中机械、电气设备的运行寿命，避免出现错误。

3.2 进行直流开关缺陷的改造

作为励磁系统改造中的关键环节之一，直流开关设计是否合理，直接影响到励磁系统运行的可靠性和安全性。所以，水电厂需重视对直流开关改造设计缺陷的优化，结合以下几点来减少直流开关运行故障的产生。

将磁场开关合理设置于励磁回路中，以此起到电源与绕组联系及时切断的作用，实现在故障发生期间进行电机磁场能量的有效吸收。具体优化设计中，遵循相关设计原则，进行以往直流开关连接方式的优化与改造，采用铜牌固定连接的形式取代以往连接方式，进一步提升开关与母排之间的连接有效性。并且在连接固定时采用螺母来加强紧固效果，消除以往励磁系统运行过程中存在的开关松动问题，提升直流开关连接的牢固性。同时，增大母排与开关之间的接触面，在有效降低接触电阻的基础上，避免因运行过热而导致故障信号的误发。通过对开关连接、固定方式的优化，消除以往励磁系统运行存在的温度过高导致系统损坏问题，进一步提升励磁系统的运行稳定性。

3.3 进行开关分闸逻辑优化

在具体优化改进过程中，利用直流开关合闸继电器来取代以往开关辅助接点的应用，并结合励磁系统运行现状，改进控制回路，将具有合闸命令的继电器安设于控制回路中，消除传统回路中存在的开关辅助接点，避免系统运行期间出现交流开关对合闸产生控制的现象。同时，相较于传统辅助接点的应用，合闸继电器励磁动作仅在机组投励情况下产生，所以其可靠性更为显著。避免系统运行过程中因开关频繁动作导致接点出现故障，减少灭磁开关损坏现象的发生，降低开关误合闸现象的发生几率。

通过上述开关分闸逻辑的有效修改，进一步提升该水电厂电力系统的运行稳定性，并有效消除反调现象的发生，确保励磁系统的各项运行参数均符合相关标准规定。对优化的励磁系统进行实践运行观察与分析，发现励磁系统经优化后，以往存在的改造问题均得到有效解决，且低频震荡现象的发生并不显著。同时，以额定无功率为基准，运行优化后的励磁系统，实现无功进相深度可提升至额定的0.7倍左右，达到结算电量余度提升的目的，在提升水电厂电力系统运行可靠性的同时，实现促进水电厂效益的创造。

3.4 进行新型调节器的更换

为进一步消除该水电厂改造后存在的问题与弊端，利用EXC9000型号调节器进行原有设备的取代。分析此型号调节器调通道的构成，主要采用三通道冗余解结构，具体包括微机/微机/模拟通道。该型号调节器具备特点包括：（1）调节通道结构呈现出独立运行的状态，且通道之间相互备用，运行期间进行通道的自动跟踪，若运行时发生故障问题，通过通道自由切换来提升调节器运行稳定性。（2）拥有十分灵活的调节器组态。可以为操作者提供多元化选择，且具备低频振荡抑制的作用，确保系统的运输稳定性得到增强。（3）该型号调节器电路表面无风扇结构，且电路贴装工艺相对较高。运行期间具备较强的抗干扰、电气量计算能力。（4）励磁系统运行涉及到现场总线技术的应用，通过现场分层、分布控制来提升励磁系统的智能化、数字化程度，为后续维护、调试作业的高效开展做出保障。（5）人机界面优化。该调节器的人机界面十分人性化，不仅以全中文形式进行界面体现，并具备故障记忆追踪、智能测试等技术。

3.5 进行阻容保护电容位置的转变

运行期间阻容保护装置具备周期换相过电压抑制的作用，实现对交流侧、直流侧尖峰毛刺的有效降低。同时，在换相结束时，可控硅元件可以起到磁能释放的作用。R-C阻容缓冲器会以并联的形式进行整流元件的键连接，运行期间进行平衡性的储能与耗能，并通过对吸收容量储备的设计来避免阻容元件的烧毁。若阻容元件发生烧毁现象，亦会增大相间短路问题的发生。对此，为避免阻容元件烧毁现象的发生，需重视将阻容保护设备安设于整流桥上方，并将电容安置于功率柜后面，与整流桥之间保持合适的间距，以此避免在发生电容烧毁问题时增大相间短路现象的几率。另外，在改造励磁系统时，可以进行励磁调节终端的改造，如在ETC 终端设备中进行故障录波功能的设置，实现操作人员利用触摸屏即可进行故障录波功能的操控。故障产生时，依托于此功能的应用，进行励磁电流、机端电压等参数的收录，方便操作人员查看、搜索系统故障前后的相关信息，以此为励磁系统故障维修的开展提供数据参考。

4 结束语

总而言之，励磁系统作为水电厂电力系统中的重要组成，不仅是发电机电压调节、稳定运行的重要保障，更是决定电力系统能否可靠运行的关键。为避免系统改造后问题对水电厂影响，水电厂需依据自身技术、经济条件的掌握，深度剖析分析系统存在的问题，结合上述优化措施来保证直流开关的稳定运行，发挥出励磁系统应有的作用与功能，有效减少机组跳闸现象的发生，为水电厂高效稳定的运行、生产提供支撑。