水電站勵磁系統的故障原因及對策

勵磁系統是水電站比較重要的控制系統，是水電站發電機組的重要組成部分。勵磁系統在實際運行過程中出現故障時將直接威脅到水電站的安全運行。作者介紹了水電站常見的勵磁系統故障，根據現象分析了發生的原因，並提出了相應的解決對策。希望對相關人員有一定的借鑑意義。

勵磁系統作為水電站發電機的重要組成部分，在發電機運行時承擔著調節發電機的出口電壓和機組無功功率的任務。水電站勵磁系統故障會直接影響到水電機組的安全運行，嚴重時將導致水電機組停運、水庫棄水等事件發生，本文將對勵磁系統的常見故障及其原因、對策進行介紹。

1 水電勵磁系統概述

水電站勵磁系統包括發電機勵磁電流電源和相關的附屬設備，主要由勵磁調節器和勵磁功率單元組成。勵磁調節是根據設定好的調節準則，通過採集接受的信號最終實現控制勵磁單元的輸出。勵磁電流由發電機轉子產生，勵磁系統的運行穩定可以保障電力系統併網機組的運行穩定。

通常對於水電機組來說，根據機組的容量不同，其勵磁方式也不同。容量大於500kW的機組勵磁方式採用自並勵可控矽勵磁，小於500kW的水電機組勵磁方式為雙繞組電抗器分流自復勵方式，投產較早的水電機組勵磁方式為永磁副勵磁機和交流側串聯相復勵方式。

自並勵靜止可控矽整流勵磁系統的組成包括勵磁變壓器櫃、交流隔離開關櫃、整流櫃、直流滅磁開關櫃、直流隔離開關櫃、非線性電阻櫃、輔助櫃、調節櫃。正常情況下勵磁調節器採用自動電壓調節(AVR)控制方式。自動電壓調節(AVR)控制是通過調節PID調節器的輸出來改變發電機的勵磁電流，該調節器的輸入為發電機機端電壓和電壓給定值的偏差。最終實現發電機端電壓的穩定。具體調節原理如圖1所示。

圖1 勵磁調節器AVR控制原理圖

2.水電站勵磁系統的常見故障分析及對策

2.1 失磁

（1）原因分析

1）通過查找保護動作時的記錄和錄波發現，失磁故障發生時錄波顯示轉子電壓下降的突變量起動。

2）由錄波起動開始，56ms後轉子電壓下降至0,400ms轉子電壓變為負值，此時電流和定子電壓擺動劇烈，1280ms失磁保護動作。

3）在經過仔細檢查後發現勵磁功率電源的交流側開關S111的輔助接點鬆動，該節點鬆動造成接觸電阻偏大，從而出現失磁故障。由於該點的鬆動導致勵磁系統逆變滅磁後出現失磁。

（2）處理對策

1)為了及時發現開關接點的故障，在S111開關輔助接點處增加一個故障監控錄波器加強監控。

2)定期對勵磁開關輔助接點進行檢查和緊固，提高勵磁開關輔助接點的可靠性。

2.2 整流電源故障

（1）原因解析

某水電站採用的是可控矽自並激26MW機組，機組起動後發電機不起壓，檢查外部條件均滿足，勵磁裝置無異常報警。針對此現象可能存在的故障原因有：

1）勵磁調節器和可控矽整流裝置電氣迴路故障

2）整流電源存在故障

採取措施對上述兩個可能的原因進行了一一排除。首先檢查了勵磁調節器和可控矽整流裝置的電氣迴路，檢查後未發現異常。接著對可控矽電源進行了仔細檢查，檢查後發現可控矽電源輸入閘刀B相斷裂造成了整流電源缺相，從而使發電機起壓不成功。

勵磁直流助磁不投的主要原因是由於B相斷裂造成勵磁同步電壓無法建立，同時由於同步電壓迴路故障信號報警的靈敏度設計較低，使得無報警發出。

（2）對策

1）可控矽電源輸入B相閘刀進行更換；

2）提高同步電壓迴路故障信號報警的靈敏度，進行試驗正常後投入使用。

2.3 自復勵式勵磁

自復勵勵磁方式優點是靜態電壓調節精度較高具有較強的電流補償作用，可在機端發生短路時提供強勵電流，缺點是由於電流補償的作用容易導致發電機空載並列運行時不穩定。

（1）原因

圖2 雙繞組電抗分流勵磁迴路接線圖

如圖2所示，為某水電站雙繞組電抗分流勵磁迴路接線圖。在機組大修後起動時，發電機出口電壓三相不平衡，在三組電壓中兩組為400 V，一組為380V。在發電機併網後進行機組無功負荷增加時，發電機的勵磁電流越增越小，最後造成發電機欠勵磁運行。

進行勵磁線圈的檢查後發現，主、副繞組相序接錯，所以才會出現勵磁電流越加越小的現象。

（2）應對策略

1）提高檢修質量，把好驗收關；2）將主、副繞組相序改正。

2.4 勵磁變高壓熔斷器爆裂

(1)故障過程

某廠水電機組在進行發電機組溫升試驗完畢後進行停機操作時，突然聽到控制室外一聲爆響，接著該機組跳閘。

（2）故障檢查和原因分析

在故障發生後，立即進行一次和二次系統檢查，對機組勵磁系統、調速系統進行檢查，測發電機定子和轉子絕緣，檢查勵磁變、主變一次和二次迴路。

檢查後發現勵磁變B相高壓熔斷器爆裂，調節器專用電壓互感器高壓側三相熔斷器全部炸裂。經過對熔斷器進行試驗後發現該熔斷器存在質量問題，熔斷電流只有其額定熔斷電流的1/2左右。

（3）處理措施

1）對發電機定子和轉子，一次和二次系統進行全面的檢查，防止類似事件再發生；

2）將同類型、同型號的高壓側熔斷器更換為大容量熔斷器，同時保證是合格產品，進行抽樣做試驗檢查。

2.5 發電機非全相運行

（1）故障過程

某水電站在機組起動後發電機升壓時，電壓在升到額定值後迅速降至0，懷疑是風機故障導致。為了排查原因，對機組進行手動起勵，同樣是電壓升高後迅速降至0。伴隨有異常聲音。測量發電機定子和轉子絕緣均正常。

單獨進行發電機和勵磁逆變的試驗，機組出口開關拉至試驗位置情況下對發電機進行升壓，發電機出口電壓能夠穩定在額定電壓。同時對勵磁進行逆變試驗，同樣也正常。

在將發電機出口開關推到工作位置的過程中有報警顯示母線B相有金屬性接地。開關拉至試驗位置後報警消失。由此可以判斷出是發電機出口開關故障導致。對開關出頭搖絕緣對地絕緣均正常，觸頭上下口之間絕緣B相為0，說明B相在合入位置。對開關B相進行檢查後發現，該相動觸頭連杆螺絲掉了導致開關在分開時實際並沒有分開。

（2）原因分析

這是一起由於開關沒有斷開而引起的勵磁系統故障。在發電機升壓後，由於三相電壓不同期，勵磁調節器的控制脈衝被破壞，使得發電機電壓自動逆變滅磁。發電機的非全相可能會造成發電機定子線圈燒毀等惡性事故發生。

（3）對策

1）在操作發生故障時，運行人員應立即查閱相關報警記錄，從而及時發現故障原因；

2）認真做好開關的運行和檢修工作，做好檢修後的各項驗收和檢查、設備的傳動和試驗工作。

3 結論

本文對勵磁系統的常見故障進行了介紹，並分析了其發生的原因，提出了相應的對策。勵磁系統在故障發生時，要及時查閱相關報警記錄和操作記錄，判斷出相應故障發生的位置。在設備檢修過程中要把好關，認真進行試驗和檢查，把好驗收關，防止設備在投運過程中出現故障。勵磁系統作為水電站的重要系統，其安全運行直接影響到機組和電網的安全穩定運行。

（編自《電氣技術》，標題為「水電站勵磁系統故障原因及對策」，作者為周加慶。）