發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障原因及處理方法

摘要：勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它不僅控制發(fā)電機(jī)的端電壓，而且還控制發(fā)電機(jī)無功功率、功率因數(shù)和電流等參數(shù)。因此，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性對發(fā)電機(jī)以及電力系統(tǒng)運(yùn)行安全與穩(wěn)定具有直接影響作用。本文結(jié)合康明斯公司工作經(jīng)驗(yàn)，對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障及其處理方法進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)工作人員提供有益參考，保證發(fā)電機(jī)勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)控制組成和原理

      隨著社會經(jīng)濟(jì)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(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性得到人們越來越多的關(guān)注。發(fā)電機(jī)作為電力系統(tǒng)重要組成部分，如何保證其勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，成為維護(hù)電站電力系統(tǒng)安全運(yùn)行關(guān)注的主要內(nèi)容之一。因此，明確發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障并采用行之有效的方法進(jìn)行解決與改善，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

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

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

      總之，相比過去勵(lì)磁方式，它革除了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動接觸部分。由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)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(jìn)行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管與可控硅的運(yùn)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(yùn)行維護(hù)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(jī)采用無刷勵(lì)磁是同步電機(jī)結(jié)構(gòu)上的重大變革，它不僅取消了直流機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的機(jī)械整流部分，而且也取消了以往半導(dǎo)體勵(lì)磁中的炭刷和集電環(huán)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路成為全部無觸點(diǎn)的電路，提高了勵(lì)磁效率和可靠性。

      勵(lì)磁裝置是發(fā)電機(jī)的主要輔機(jī)，其性能好壞直接關(guān)系到電力生產(chǎn)的可靠性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)型勵(lì)磁裝置在同步發(fā)電機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。對于**發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，起到了關(guān)鍵的作用。微機(jī)勵(lì)磁裝置的調(diào)試和維護(hù)對保證電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。本文針對勵(lì)磁裝置現(xiàn)場調(diào)試和檢修以及運(yùn)行過程中常見的問題進(jìn)行了分析和探討，并提出了解決方案。

發(fā)電機(jī)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖

二、有刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障

1、發(fā)電機(jī)電壓升不起

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

（1）原因分析

      通常情況下，在多數(shù)新安裝的發(fā)電機(jī)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的剩磁相對較少，很容易發(fā)生勵(lì)磁消失問題，從而引發(fā)故障。

      與此同時(shí)，在對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢修時(shí)，如果操作不當(dāng)，出現(xiàn)“接線錯(cuò)誤”時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁機(jī)勵(lì)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的剩磁，甚至致使剩磁消失，進(jìn)而出現(xiàn)發(fā)電機(jī)升不起電壓故障費(fèi)。

      此外，在對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行“直流電通電試驗(yàn)”時(shí)，如果沒有將勵(lì)磁回路進(jìn)行斷開處理，就進(jìn)行直流電阻測定試驗(yàn)或勵(lì)磁系統(tǒng)自動調(diào)整裝置調(diào)整試驗(yàn)，則將導(dǎo)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的剩磁，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)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(jìn)行處理，避免發(fā)電機(jī)升不起電壓故障的發(fā)生。其一，在更新發(fā)電機(jī)時(shí)，需對其進(jìn)行剩磁檢查。例如，啟動發(fā)電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行升壓、勵(lì)磁電阻減小等操作，并對其運(yùn)行情況進(jìn)行觀察，如果發(fā)電機(jī)出現(xiàn)升不起電壓問題，則需進(jìn)一步對勵(lì)磁回路接線情況、電刷位置等進(jìn)行檢查口。在此過程中，如果各項(xiàng)檢測結(jié)果皆不存在問題，同時(shí)勵(lì)磁電壓表上存在細(xì)微變化，那么表明發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的勵(lì)磁組存在“接線方向接錯(cuò)”問題。其二，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)檢修養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)保證檢修工作的嚴(yán)禁性，避免勵(lì)磁回路按線方向錯(cuò)誤的產(chǎn)生，對此可采用標(biāo)識管理法進(jìn)行管理。其三，加強(qiáng)測量電阻試驗(yàn)的有效管理，注重起勵(lì)電源、電刷與換向器接觸情況、功率柜運(yùn)行情況、電刷位置、整流橋觸發(fā)脈沖開關(guān)斷開情況等的有效管理。

2、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)失磁

      發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)失磁故障是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見的故障之一，主要是指發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中勵(lì)磁電流消失，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場消失，致使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障。

（1）原因分析

      發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)而言，當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)失磁故障時(shí)，具體體現(xiàn)在以下幾方面：其一，發(fā)電機(jī)斷電電壓、發(fā)電機(jī)母線電壓出現(xiàn)下降，電壓值搖擺不定；其二，轉(zhuǎn)子電壓出現(xiàn)異常，電壓表或下降（轉(zhuǎn)子短路）或上升（轉(zhuǎn)子開路）;其三，轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)異常，電流表指針無線接近于零（勵(lì)磁回路開路）或直接為零（轉(zhuǎn)子回路斷路）,且復(fù)勵(lì)電流相對于正常值要高；其四，在發(fā)電機(jī)勵(lì)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(fù)。

（2）處理方法

      對此可采用以下方法對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)失磁故障進(jìn)行處理：通常情況下處于電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)，當(dāng)其容量所占比重相對較多時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障，將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓出現(xiàn)問題，即電網(wǎng)電壓下降甚至崩潰，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，發(fā)生停電問題。對此需將立即解除發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的連接，并停止發(fā)電機(jī)運(yùn)行，對其進(jìn)行精細(xì)化檢修。當(dāng)處于電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)容量所占比重相對較小時(shí)，可對發(fā)電機(jī)失磁問題進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)檢修，即不必將解列發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)，可執(zhí)行三十分鐘以內(nèi)的異步運(yùn)行操作。

3、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁機(jī)碳刷有火花

      在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，勵(lì)磁機(jī)碳刷出現(xiàn)火花是較為常見的一種勵(lì)磁系統(tǒng)故障。該故障的發(fā)生將在一定程度上嚴(yán)重影響勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備使用壽命，如換向器、勵(lì)磁機(jī)等，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

（1）原因分析

      追其原因發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致勵(lì)磁機(jī)碳刷出現(xiàn)火花的原國主要有三點(diǎn)：

其一，電磁問題引發(fā)火花，即當(dāng)勵(lì)磁機(jī)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(dāng)電流密集達(dá)到一定程度使會出現(xiàn)火花；

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

其三，電化學(xué)問題，即在進(jìn)行碳刷過程中，碳刷與換向器表面發(fā)生電解反應(yīng)從而導(dǎo)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(yīng)較強(qiáng)日常維修檢修工作，注重?fù)Q向器表面的清潔與養(yǎng)護(hù)，并采用采取壓降法對碳刷運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。同時(shí)注重設(shè)備材料的科學(xué)選用。

4、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地

      發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障是汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行過程中常見的一種故障。該故障主要表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)斷路器跳閘等，其原因主要在于：滑環(huán)、引線、轉(zhuǎn)子槽口等的絕緣損壞，轉(zhuǎn)子銅線存在灰塵堆積或變形。因此，針對該故障進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)及時(shí)找到故障點(diǎn)，并針對故障點(diǎn)存在的問題進(jìn)行科學(xué)處理，用以保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

三、無刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障及處理

1、電壓測量故障

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，運(yùn)行主通道切至備用通道。

（1）故障原因：

① 發(fā)電機(jī)TV回路斷開（開關(guān)斷開、端子接線松、TV斷線故障）。

② 勵(lì)磁調(diào)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(lì)磁系統(tǒng)定子電壓接線回路是否有開關(guān)斷開、TV回路熔絲故障或端子接線松的情況，如果開關(guān)跳開或端子接線松，則合上開關(guān)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(lì)磁調(diào)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(lì)磁調(diào)節(jié)器電源開關(guān)跳閘報(bào)警

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。

（1）故障原因：

① 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源開關(guān)跳開或開關(guān)故障。

② 可能是相關(guān)回路短路過電流或小開關(guān)偷跳。

（2）處理方法及過程：

① 根據(jù)具體情況試合跳開的電源開關(guān)。

② 若試合電源開關(guān)不成功，則尋找短路點(diǎn)，并排除短路故障。

3、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道故障

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，運(yùn)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(guān)硬件故障。

（2）處理方法及過程：

① 檢查從通道運(yùn)行正常。

② 檢查電源開關(guān)是否在正常位置。

③ 檢查具體故障信息，對應(yīng)查找相關(guān)故障原因。

4、勵(lì)磁電流過勵(lì)磁限制動作

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，發(fā)出無功功率增大信息。

（1）故障原因：

① 機(jī)端電壓下降，勵(lì)磁電流達(dá)到較大值，較大勵(lì)礎(chǔ)限制器動作。

② 可能TV、TA內(nèi)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(jī)組運(yùn)行情況，尤其勵(lì)磁電流、定子電壓運(yùn)行情況。

② 觀察集電環(huán)碳刷，待停機(jī)后，檢查勵(lì)磁回路有無元件故障。

③ TV、TA內(nèi)外回路是否有接觸不良現(xiàn)象，檢查并處理。

5、發(fā)電機(jī)無功功率波動較大

       勵(lì)磁調(diào)節(jié)器顯示無功功率波動大。

（1）故障原因：

① 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器機(jī)端電壓采樣波動較大。

② 電網(wǎng)電壓波動較大。

③ 有功功率輸出變化較大導(dǎo)致PSS輸出波動。

④ 附加調(diào)差系數(shù)設(shè)置不合適。

（2）處理方法及過程：

① 確認(rèn)電網(wǎng)電壓是否波動較大。

② 檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器機(jī)端電壓樣是否波動較大，檢查TV或TA回路是否正常。檢查勵(lì)磁調(diào)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(rèn)發(fā)電機(jī)組附加調(diào)差系效設(shè)置是否合適。

6、晶閘管快速熔斷器故障

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)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(fù)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(lì)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(jìn)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(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息

（1）故障原因：

① 磁場繞組過負(fù)荷。

② 整流裝置風(fēng)機(jī)或其控制回路故障。

（2）處理方法及過程：

① 調(diào)整磁場電流，使整流裝置溫度降低。

② 檢查整流柜運(yùn)轉(zhuǎn)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(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口濾網(wǎng)是否堵塞。

④ 檢查勵(lì)磁控制室空調(diào)或通風(fēng)設(shè)備是否正常工作。

⑤ 若發(fā)電機(jī)組解列，則對整流裝置進(jìn)行全面檢查。

8、勵(lì)磁系統(tǒng)交流過電壓保護(hù)動作

      勵(lì)磁調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示相應(yīng)的報(bào)警信息

（1）故障原因：

① 系統(tǒng)造成勵(lì)磁交流側(cè)電壓過高。

② 壓敏電阻過電壓保護(hù)設(shè)備動作。

③ 整流橋交流過電壓保護(hù)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(hù)，若故障則需停機(jī)更換。

9、發(fā)電機(jī)繞組一點(diǎn)接地故障

      繞組接地保護(hù)動作

（1）故障原因：繞組或滅磁開關(guān)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(diǎn)應(yīng)設(shè)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(hù)裝置是否正確動作。

總結(jié)：

      本文通過分析勵(lì)磁裝置現(xiàn)場調(diào)試和檢修以及運(yùn)行過程中常見的問題，提出了解決方案。隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)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(shè)備的智能化減少人為的干涉機(jī)及檢修投入，無刷微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)大幅度提升發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性。總而言之，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定對發(fā)電機(jī)以及電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性具有直接影響作用。因此，維護(hù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行安全，針對其存在的問題進(jìn)行維護(hù)養(yǎng)修，已成為維修工作人員工作的重點(diǎn)內(nèi)容。本文旨在通過對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障的分析，進(jìn)一步認(rèn)知故障原因，提升故障解決能力與水平，為發(fā)電機(jī)以及電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定提供**。