王宁宁
陕西华富龙门新能源有限公司 陕西省韩城市 715400
摘要：随着经济和科技水平的快速发展，为保证电网和发电机的安全运行，须配置必要的发电机励磁限制和相应的保护功能。当设备故障或系统扰动使机组运行在异常或极限工况时，可通过励磁限制尽可能维持机组在安全运行状态，能够为运行人员提供监视、判断和操作的缓冲时间。一旦励磁系统运行异常或故障，相应的励磁限制失效，则要通过发电机保护将机组切除，保证机组和电网的安全。因此励磁系统的限制功能要与发电机保护功能协调匹配，基本原则为：在发电机安全运行允许范围内，最大限度发挥发电机组过载能力的同时，确保励磁先动、保护后动，并且均在发电机允许极限能力范围内。
关键词:发电机；励磁系统；故障分析
引言
混合励磁发电机带整流负载时谐波含量增加对定子铁心损耗的影响，建立了齿谐波励磁的混合励磁发电机带整流负载的有限元场路耦合模型，分析了发电机带整流负载在齿谐波励磁系统断开和接通两种工况下的线电压谐波分量，借助传统定子铁心损耗计算模型计算出线电压谐波分量对定子铁心损耗的影响。
1系统概述
励磁系统采用双通道、3整流桥设计。励磁变高压侧连接到主变低压侧，长期带电。为保证检修时可靠断开电源，在交流进线柜内设置一个抽出式交流隔离开关作为断点。交流侧开关与灭磁开关设置有闭锁逻辑。励磁系统支持正常发电、背靠背电动机、背靠背发电机、电制动、线路充电、静态变频起动系统（loadcommutatedinverterstartingsystem,LCI）水泵工况等模式，起动前根据监控系统命令进行模式选择及流程、参数等切换。
2故障成因分析
1）灭磁开关问题。当灭磁开关、主励磁刀没有连接成功时，则会造成系统励磁系统的开路现象，产生发电机励磁过程无法升压的现象。当灭磁开关未出现问题时，相关励磁回路出现断线、电刷位滑环接触不良现象时，同样会造成励磁无法升压的现象发生。2）硅整流器故障。当励磁系统中的硅整流器出现故障时，如可控硅电阻被击穿、过热等，则也会引起励磁无法升压的故障。3）启励继电器故障。当起励继电器线圈、起励继电器触点出现故障时，也会导致起励无法正常工作的现象发生。4）励磁调节器建压设置问题。当微机控制系统的建压设置出现问题时，统一会造成励磁系统的问题。
3故障处理措施
3.1灭磁开关的动作可靠性
①因燃机作为调峰机组，启停频繁，灭磁开关动作次数较多；造成灭磁开关辅助接点的连杆等机构磨损，间隙增大。②燃机发电机灭磁柜工作环境不佳，且为强制散热方式；造成柜内积灰较多，灭磁开关辅助接点的连杆等活动机构润滑不好，有阻力增大、卡涩现象。③灭磁开关触头多次操作后，引起触头接触电阻增大，导通性能下降。而往往忽略了灭磁开关分闸复位弹簧的拉力。电厂采用的DMX2-4型灭磁开关分闸复位弹簧的固定螺栓因只一头进行固定，且弹簧在拉伸过程中的振动，极易引起固定螺帽松动；从而发展到灭磁开关分闸不到位，辅助接点接触不可靠；直至引发发电机组更严重的故障。应对措施即对灭磁开关分闸复位弹簧重新调整行程，恢复其应有的拉力；同时通过加装弹簧垫的方式，消除因固定螺帽的松动，而引起复位弹簧拉力变化的隐患。最终提高灭磁开关的动作可靠性。
3.2齿谐波励磁系统接通
当齿谐波励磁系统接通时，齿谐波感应电动势经旋转整流器为励磁绕组提供励磁电流，此时发电机的气隙磁场由励磁绕组和永磁体共同提供，对发电机带整流负载进行仿真，得到了线电压波形、线电压谐波情况及谐波与基波的百分比值，由于仿真系统中既有齿谐波励磁系统的单相整流电路，又有负载侧的三相整流电路，线电压波形畸变增大至12.95％。线电压中５次谐波分量增大至基波的9.62％。另外，29.31次谐波含量增大，这是由于齿谐波励磁系统输出的励磁电流脉动产生的。
3.3现场运行系统
1）方案增加了励磁系统自动模式切换的数秒时间，但根据历史记录核算，不影响考核时间。2）励磁切换自动模式后，将保持机端电压为切换瞬间的给定值，此时LCI系统调节定子电流又会影响机端电压值，造成互相影响。3）根据多次拖动过程的录波以及LCI控制原理分析，同期投入后，机端电压和LCI输出定子电流大小基本维持不变，仅缓慢调节转速，不会出现不稳定情况。并且LCI及励磁系统均有完善的保护功能，并网前出现异常也不会对各个系统造成损害。决定试运行该方案进行验证。为了提高发电机的运行稳定性，应该由专业技术人员开展发电机主油开关的检测，判断其主油开关的辅助常闭点是否能够可靠闭合，以确保微机立场调节器稳定的运行；励磁启动键是重要的零件，该开关按钮若出现接触不良、虚接等现象时，也会造成励磁系统的故障。对此，为了保障励磁系统的稳定性，还应确保励磁开关元件的质量；发电机励磁系统中，励磁调节器、可控硅是重要的元件，与此同时，为了确保励磁调节器、可控硅的稳定运行，能够发挥作用，企业应结合实际情况，严格控制励磁调节器、可控硅的质量，选择具有信誉保障的品牌。综上，为了保障励磁系统的运行稳定、正常励磁，有关建设单位应严格确保各个元件的质量，并结合系统运行情况，给予及时的检测，从而真正减少励磁系统故障的发生，真正为发电机的可靠运行提供保障。
3.4灭磁开关动作可靠
由于励磁调节器AVR所接收的灭磁开关合闸信号是接在灭磁开关的常闭辅助接点上。那么当灭磁开关实际在分位，因接线虚接、松动等原因断开，则会使AVR装置误认为灭磁开关FMK已处在合闸位。又因发电机控制屏内，发现柜内的“AVR开机”令与“起励建压”令被短接。故在此次机组启动过程中，当机组自动达到3000r/min时，励磁调节装置AVR已满足条件，在未实际合闸灭磁开关的情况下，执行起励建压动作；最终引发“发电机转子一点接地”保护动作。对灭磁开关的辅助接点上的接线进行检查紧固；取消机组升速至3000r/min时自动触发的“AVR开机”令。
结语
发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备；其中最常见的三相同步交流发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速3000t/min旋转；根据电磁感应原理，三相定子线圈便感应出交流电势。供给同步发电机转子励磁电流的电源及其附属设备的励磁系统则是同步发电机必不可少的部分。而灭磁开关作为发电机励磁系统的重要组成部分；开机建压前，投入灭磁开关，在发电机停机或事故情况下，跳开灭磁开关切断励磁回路电流，达到快速降低发电机电压的目的。当发电机灭磁开关动作不可靠，及发电机起励建压逻辑存在缺陷时，必然对发电机的并网投运带来影响。
参考文献
[1]包贺.探讨水轮发电机励磁系统跳闸故障原因分析与处理措施[J].信息周刊,2018,(15):1-1.
[2]刘树涛.发电机励磁系统故障分析与预防措施研究[J].信息周刊,2019(19):139.