水电站机组励磁系统故障分析及应对

摘 要在电力系统中，励磁系统发挥着重要作用，一个良好的励磁控制系统除了可以提高发电机运行的稳定性，还可以提升电力系统的性能，保证电能的优质性。一旦水电站机组励磁系统出现故障，会对电力系统运行的经济性和安全性造成比较大的影响。基于此，文章对水电站组励磁系统故障分析及应对措施进行探讨。

【关键词】水电站机组 励磁系统 故障分析

1 案例介绍

龙首二级水电站属于压力隧洞引水式水电站，水电站的设计大坝高度为146.5m，库容总量为8620万m3，年设计发电总量为5.28kwh，设计总装机容量为157MW，工程设计总投资金额为9.1亿元，工程的总装机容量为112MW，工程属于黑河流域第三个水电站，为三等工程。

2 水电站机组励磁系统的操作原理

励磁电源主要从发电机机端和电网侧来进行获取，励磁电源在利用整流变压器降压以后，会利用全控整流桥梁单元对电流进行整流然后输出，提供同步电机磁场绕组需要的直流电流，励磁功率单元的输出电压主要由调节准则输出触发脉冲和输入信号进行控制，从而达到控制励磁电流的目的，同时可以满足同步电机和电力系统运行的要求。一般来说，此控制方式可以恒定电机的电压，但是在有过励、欠励和V/F超值的情况出现后，也会发挥限制作用。但是，在电网中并入发电机后，如果系统的电压没有出现变化，此时发电机会进行无功功率调节，如果给定没有出现变化，在系统的电压产生变化后，从机端位置输出的无功功率也会随着出现变化，会导致系统的电压变大，严重时会导致无功功率也会随着降低。另外，可以采用手动的方式对恒励磁电流进行调节，满足发电机短路特性试验的要求。励磁系统作为无功功率和电压控制的主要部分，同时也是提升电力系统和发电机稳定性的一个重要方式。

3 主要特点

3.1 独立的微机/微机/模拟三通道调节器

如图1所示，励磁调节器主要由手动调节通道（C）和自动电压调节通道（A、B）构成。三个通道的测量回路和脉冲输出回路都是单独存在的，调节通道在作业过程中，主要使用热备用的方式，主、备用通道分别为两个电压调节通道。第二备用通道为手动调节通道，并自动对运行通道实施跟踪，可以采用手动或者自动的方法在两个通道之间进行切换。

3.2 原装进口工业控制计算机

自动电压调节通道的控制核心采用美国PRO―LOG公司制造的基于STD总线的工业控制计算机，其软件操作系统与IBM-PC/XT或IBM-PC/AT型计算机完全兼容。PRO―LOG公司是STD总线的发明者，该公司所生产的STD总线产品，可在-25℃～+70℃、全封闭的环境下正常工作，无需散热风扇；具有很强的抗冲击能力和抗振动能力；平均无故障时间高达20000小时。

3.3 良好的软件兼容性

IBM-PC系列微机和励磁调节器软件兼容，并可以在MS―DOS操作系统下操作。软件上的完全兼容给开发和调试带来极大的方便，在PC系列微机上运行的软件不需要进行修改就可移植到调节器中。

3.4 人机界面优良、操作简单

在设计时，励磁调节器主要使用近方和远方两种方式进行操作，不论是在作业现场，还是在控制室内都可以多角度的达到控制效果。利用励磁调机器可以实现停机后的自动逆变灭磁以及开机后的自动起励，并且在停止作业后，会马上回复到空载的状态下。为“无人值守”的实现打下了基础。可以智能化的显示出机组的运行情况，对故障进行自动化的记录，实现操作的智能化。

3.5 调试、维护方便

通过调试软件实现了对励磁调节器的全方位监测，极大的方便了调试和维护工作。

3.6 与计算机监控系统的联接灵活、可靠

利用继电器的常规操作方式可以实现调机器和计算机监控系统之间的连接，并且可以将计算机监控系统和水电站励磁系统通过串联的方式来进行通信连接，并利用组网的方法将现场的总线和电脑监控系统联结起来。联接方式灵活多样，通讯规约简单实用。

3.7 模块化程序设计

可以根据用户不同的要求将各种软件功能模块灵活连接。

3.8 丰富的I/O资源

支持所有符合STD标准的I/O板，可以随意扩展。

3.9 硬件“看门狗”

在软件不能正常工作，出现“死机”的情况时，会马上切换到备用通道，并自动恢复到运行状态，将软件重新打开后继续运行。

4 发生故障的情况

2014年4月的某天，在启动该机组以后，当机组的额定转速完成时，将灭磁开关手动合上以后，运行人员操作发令至“空载”时，上位机报“起励失败”，机组无法建压，起励不成功。

5 故障的分析和处理

5.1 对“起励失败”具体原因进行排查

当开始自动起励后，如果10s以内机端电压仍有低压额定端10%的电压，就认为起励不成功。这时，调节器就会发出“起励失败”的信号。

在有“起励失败”的信号出现时，要对调节器起励前是否保持在准备开机的状态进行检查。例如，检查功率柜交、直流闸刀、灭磁开关、起励电源的开关是否都处于闭合状态，有没有出现停机信号。在检查时，可以再次为调节器上一次电，并对所有流程重新进行预置，然后检查是否烧断了PT保险，查看PT回路接线有没有出现松动的情况。在对上述内容进行检查后，如果都处于正常状态，那么需要重新更换两一个通道来进行起励，如果可以正常起励，就表明整个调节器通道不能正常运行。如果起励依然存在问题，那么要对可控硅整流器、转子回路接地或短路、起励回路、脉冲公共回路等进行检查。

如果未发出“起励失败”的命令，机组依然无法正常的进行起励，要在励磁盘的近方和远方进行起励，如果依然无法实现自动起励，要对机组的95%的转速令和投励磁令信号进行检查，查看其是否被准确输到励磁盘，然后查看在信号接点有没有出现抖动，如果远方和近方都达不到人工起励要求，要仔细检查机组的频率，并保证机组的频率超过45HZ，但是机组还是不能实现自动起励，可以在励磁盘远方起励或近方起励。如果无法自动起励，而励磁装置中已经输入了励磁电力，机组仍然不能成功的实现减压，那么需要考虑机组起励电流是否不达标，要对起励限流电阻进行适当调整，并提高起励电流的检查和试验力度。

5.2 “起励失败”对应的机组状态

（1）调节柜显示屏故障显示画面将显示“起励失败”。（2）智能IO板的“起励失败”输出接点将接通。（3）调节器会终止触发脉冲的输出。

5.3 应检查的回路及设备、元件

（1）查看灭磁开关是否处于闭合状态。（2）查看是否投入远方逆变和近方逆变的命令。（3）查看功率柜交直流侧的开关有没有断开。（4）查看全部功率柜脉冲的开关是否处于“ON”的位置。（5）查看同步变压器的熔断器是否存在断开的情况。（6）查看励磁变的原隔离开关和副隔离开关是否被断开。（7）查看转子回路是否出现开路。（8）查看起励电源开关是否闭合、起励电源是否投入。（9）查看起励接触器是否出现动作。（10）查看起励二级管或起励电阻是否开路。（11）调节器没有接收到起励命令：开机令来，调节器I/O板的第9号开关量输入指示灯未亮。

6 结语

综上所述，文章通过实际案例对励磁故障进行了分析，在对故障进行排查时，首先对检修过的回路进行了检查，排查工作完成后采对故障进行详细的分析，并最终将故障找出、解决。具有一定的借鉴参考价值。

参考文献

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[3]杨辉，李均，刘建让，刘航谦.一起励磁系统故障原因分析及防范措施[J].水电站机电技术，2010，（03）：43-44.

作者简介

宋通林（1978-），男，侗族，贵州省锦屏县人。大学本科学历。现为甘肃电投河西水电开发有限责任公司工程师，从事电站生产技术安全管理、生产计划经营管理。

作者单位

甘肃电投河西水电开发有限责任公司 甘肃省张掖市 734000