浅析发电机励磁系统事故分析及其预防措施

【摘 要】最近对部份大型发电机励磁系统事故进行了统计分析，发现发电机励磁系统事故比较多，影响电厂的安全运行。特别是大型机组励磁系统故障，对电网的安全运行威胁很大，必须重视。发电机事故中励磁系统占很大比例，这是因为励磁系统部件多；包括电机、开关、大功率整流元件、晶体管电路等，有些部件的制造质量较差。为了改进励磁系统的运行，本文并提出了防止励磁系统事故的一些具体措施。

【关键词】励磁系统；分析；措施

1 励磁系统事故统计与分类

大体上可分三大类：

（1）励磁系统误操作、误动作和元件损坏等原因造成失磁；

（2）励磁机或滑环电刷严重冒火以及励磁系统主要部件损伤被迫停机；

（3）由于调节器电压互感器熔丝熔断和误操作等原因造成发电机误强励。

2 励磁系统事故具体分析

2.1 励磁系统误操作、误动作及元件损坏等造成失磁

（1）在一部分10 万千瓦及以上的汽轮发电机铮止半导体励磁系统中，采用接在厂用母线上的、用感应调压器进行手动调压的硅整流装置作为备用励磁电源。使用这种备用励磁电源，当厂用母线电压下降幅度较大（例如起动大容量电动机）时，因为它不能自动调节所以使励磁电压降低，这样一来又使发电机电压及厂用母线电压进一步下降，恶性循环直至失磁。这种情况一般发生在发电厂单机运行与系统联系比较弱的时候。如果发电厂多机并列运行，一台发电机励磁电压瞬时下降对发电厂母线电压影响比较小，因此这类事故大都发生在新建电厂。

（2）有的发电机组主励磁装置发生故障未及时修复，或自动励磁回路未及时投入，以致长期用备用励磁机或手动励磁回路运行。这不仅降低了发电机的运行性能而且降低了可靠性。由于倒换母线使电源开关掉闸或厂用母线电压降低等而造成的失磁事故就有6次；还有不少次事故是由于备用励磁机或手动励磁的整流装置故障造成的。

（3）由自动励磁调节器引起的失磁故障在统计表中虽然仅有5次，但还有一些原因不明的失磁事故也是由调节器引起的。这些都发生在半导体励磁系统，大部分是制造质量问题。有的调节器插件接触很差，稍大一点的振动就可能造成失磁；有的元件质量差或焊接质量差，造成发电机无功负荷摆动甚至失磁。

2.2 励磁机或滑环严重冒火，以及励磁系统主要元件损伤被迫停机

2.2.1 电刷问题

按要求励磁机使用的电刷牌号应符合制造厂的规定并且考虑到同一型号的电刷，不同电碳厂生产的性能也不完全一致，所以最好由固定的电碳厂定点供应。但是有的电厂，材料部门买到什么就用什么，维护人员甚至不清楚所用电刷的牌号及性能。有的供应的电刷尺寸不符合要求，运行中在刷握内卡死或者晃动，造成电刷冒火。励磁机电刷在维护人员处应有足够的备品。这部分电刷应在曲率半径与整流子相同的模型上预先磨好接触面。但是现在有些电厂对电刷的使用及监督很不严格，有的将滑环电刷用到励磁机上；有的将大电刷改成小块用，加工精度又很差；有的电刷太小也凑合着使用，有的电刷已磨得很短也不及时更换，致使电刷铜辫与整流子磨擦造成严重冒火。

2.2.2 放松了运行维护

有的励磁机换向器积灰长期不清扫；有的弹簧变软，压力减弱和不均匀不及时调整；有的刷辫过热未进行处理，以致发展到全部刷辫烧断；刷握与换向片表面距离有的太大，有的太小，有的不整齐，没有仔细调整。

2.2.3 在整流子表面烧黑或凹凸不平时，有的维护人员直接用手拿砂纸打磨换向器表面，使换向器发生局部扁平，以致冒火进一步发展。升高片开焊是指某些换向片片间电阻值相差较大，或直接测量升高片与导线焊接处的接触电阻差值大，造成电刷严重冒火。但是接触电阻的分散性较大，有一些励磁机升高片接触电阻差值超过平均值的50 %，并未造成电刷冒火。有多次这样的例子：励磁机电刷冒火，起初怀疑升高片焊接不良，但反复重焊并未解决冒火问题；而在彻底处理电刷、刷握、弹簧后冒火问题解决了。

2.3 由于调节器的电压互悉器熔丝熔断、调节器故障和误操作等原因造成发电机误强励

误强励事故比较多，主要是在采用连续调韦的新型励磁调节器后，发电机调节器的电压互感器熔丝熔断或测量回路断开，使发电机误强励到顶值造成事故。这类事故应在调节器回路中采取措施，加以防止。由于新型励磁系统和调节器种类多，线路比较复杂，运行人员不够熟悉，所以误操作的事故比较多，也由于电厂内现在采用的励磁调节装置大部分功能不够完全，质量较差，所以目前新型励磁系统的事故率比较高。而直流励磁机的事故在新厂较多，一些有经验的老厂则较少，这说明认真进行运行、维护和检修，这类事故是可以大大减少的。

3 预防措施

从事故统计分析可见，励磁系统事故主要是由于制造设计中的缺陷造成的，所以提高励磁装置的制造质量是提高励磁系统可靠性的根本途经。对于新机组，其励磁系统应能满足如下要求：

3.1 励磁系统及其主要参数

（1）10 万千瓦及以上的汽轮发电机主要采用带副励磁机的交流励磁机一整流器励磁系统，硅整流器可以是静止型的，也可以是旋转型的。副励磁机要求采用，永磁发电机（如永磁发电机供应有困难，可提供简单相复励自励恒压感应式副励磁机）。

（2）水轮发电机可采用可控硅整流励磁系统或直流电机励磁系统当采用可控硅励磁系统时，可根不同情况选择自并激励磁，自复激励磁，他励励磁方式。

（3）强行励磁倍数。汽轮发电机及采用可控硅励磁的水轮发电机强励倍数一般要求为2 倍，，最低不低于1.8倍。水轮发电机采用直流励磁系统时强励倍数为1.8 倍。强励倍数按转子电流达到稳态值时的转子电压计算。对暂态稳定有特别要求时，经过设计计算，转子电压强励倍数可提高到3～4倍（电流强励倍数仍为2 倍）。10万千瓦以上机组自并激励磁系统强励倍数按机端电压为80 %额定值时计算。

（4）转子电压上升速度。转子电压上升速度一般为2倍/ 秒，电力系统稳定要求高的机组宜采用高起始响应励磁系统。转子电压上升速度以实际运行情况，转子电阻不变计算。

3.2 对调节器的要求

（1）10 万千瓦及以上发电机励磁系统，一般应采用三相全控桥可控硅调节器。除配主调节器外，应用独立的备用调节电路。主调节器故障时应能自动切换到备用调节电路。10 万千瓦以下发电机可采用较简单的励磁调节器，可以不设主调节器故障时自动切换到备用励磁调节回路的装置。

（2）自动励磁调节器应能保证发电机在各种运行方式下稳定运行，例如发电机空载稳定，进相运行等。

（3）调节器部件（如放大单元），应尽可能采用组件，电子元件要求采用军级（J级） 并经老化筛选。

（4） 制造厂对调节器制造应有严格的良好的工艺规程，焊接要可靠，不应采用酸性焊剂，接插件要有保证接触良好的措施。调节器柜结构要合理，通风要良好，应有防尘措施及一定的抗震能力。维护检修要方便，操作要简单。

参考文献：

[1]方思立；张素萍，大型发电机励磁系统的事故统计分析[J].电网技术.1985（03）.

[2]刘立军，大型汽轮发电机失磁过程及定子温度场计算与分析[D].哈尔滨理工大学.2007.