罗勇
广西投资集团来宾发电有限公司546138
摘要：发电机组励磁系统存在多种故障类型。励磁系统发生故障时，快速准确地识别故障类别是故障诊断的基础。本文首先论述了发电机组励磁系统在火电厂的作用，并对功率单元主回路故障进行分析，最后提出了相应故障诊断措施。
关键词：火电厂；发电机；励磁系统；主回路故障；处理措施
1发电机励磁系统简介
当前同步发电机所采用的励磁方式主要分为直流发电机励磁和半导体静止式励磁两种形式，其中励磁系统属于发电机运转工作极为重要的部分，励磁系统的属性直接影响到电力系统的运行稳定性和安全性。在发电机励磁系统中，主要分为功率单元和调节器两个部分，其中励磁功率单元主要起到向电机转子提供励磁电流的作用，励磁调节器主要针对的是励磁功率单元，对其输出励磁电流大小进行调节。随着现代电力系统的快速发展，对发电机组运行稳定性提出更高的要求，也因此使得现阶段发电机励磁系统中励磁调节器基本实现自动化，能够根据输入信号自动做出调节，对维持并联机组稳定性有着十分突出的作用。
2 火电厂发电机励磁系统的作用
2.1电压控制功能
为了保证火电厂发电机能够正常运转，对之进行有效的电压控制表现出较高的必要性。应保证励磁系统在工作过程中，能够根据发电机所处的负荷变化，自动调节提供的励磁功率，进而实现对励磁电流的有效调节，确保给定电压相对平衡。
2.2无功分配
励磁系统可合理分配发电机组中产生的无功功率，发挥其调节作用，保证发电机组中电流、无功功率参数等处于控制之中。
2.3确保电力设备的安全运行
在火力发电过程中，励磁系统可起到保护电力设备安全的作用。如：当发电系统发生短路故障时，在故障位置及时切断之下，励磁系统能够实现对系统中电压的及时调节，使得电压在最短的时间内得到恢复，从而避免电力设备运行故障出现。
3发电机组功率单元主回路故障
3.1功率单元主回路工作原理
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上图为功率单元主回路的工作原理图，从图中可看到主回路上半桥共有V1、V3、V5三个可控晶闸管，属于共阴组；主回路下半桥共有V4、V6、V2三个可控晶闸管，属于共阳组。当机组处于正半周期工作时，V1、V3、V5三个可控晶闸管依次实现导通，当机组处于负半周期工作时，V4、V6、V2三个可控晶闸管依次实现导通。如果发电机组在运行过程中产生的触发信号位于0-90°之间，则此时主回路在运行工作时将处于整流状态；如果发电机组在运行过程中产生的触发信号位于90-180°之间，则此时主回路在运行工作时将处于逆变状态。
在整流回路正常工作状态之下，主回路将依次实现正半周期、负半周期运行，构成一个完整周期，在此过程中励磁电压将脉动六次，导通顺序依次为V6、V1、V2、V3、V4、V5、V6。且在此过程中产生的脉动波形相同。
3.2功率单元主回路故障类别
在机组功率单元主回路正常运行过程中，可控晶闸管最普遍发生的故障表现为
管子断开或者触发信号的脉冲丢失，当引发此种类型的故障时，通常端口励磁电压输出的波形会形成特定的规律，因此当前对这些波形规律展开分析，能够较好的判断可控晶闸管的故障情况。综合现阶段发现的主回路故障状态，其出现故障的情况主要可分为三种类型：单管故障、双管故障、三管故障。
单管故障即为V1、V3、V5、V4、V6、V2；双管故障又分为上下桥臂的两个晶闸管
同时故障V1V4、V1V6、V1V2、V3V4、V3V6、V3V2、V5V6、V5V2，上桥臂的两个晶闸管故障V1T3、V1V5、V3V5，下桥臂的两个晶闸管故障V4V6、V4V2、V6V2；三管故障即为V1V3V5、V4V6V2发生故障，其中运行中出现的触发信号丢失、短路等故障都能包括到上述故障类别中，由此可见上述三种类型故障可概括励磁系统功率单元主回路工作过程中可能出现的所有故障情况。
3功率单元主回路故障处理措施
在发电机组励磁系统之中，功率单元主回路属于十分关键的组成部分，当其在实际工作中表现出故障时，是否能够及时准确发现故障并对故障状态进行清除，将直接影响到整个励磁系统的工作有效性。
本次研究主要借助仿真软件来进行模拟实验，仿真软件matlab中的Simulink模块，模拟励磁系统功率单元主回路，利用该仿真软件构建模型，只需要在仿真软件中改变故障状态，便能够获得对应的频谱曲线图像，经对其进行全面分析能够较好的发现故障所对应的频谱特征，然后通过该特征便迅速定位故障晶闸管位置。
在应用Simulink模块进行仿真建模的过程中，首先完成所需模块的设置，在对应的建模窗口中放入对应的模块，并将各模块正确连接，完成参数信息设置。在对仿真模型参数展开设置时，主要包括对仿真起始、终止时间以及仿真算法等进行设定，但是在设定具体参数时，为保证模拟准确性，需充分考虑主回路模型的特性和仿真过程中的要求。尤其是仿真算法的选定，将对后期仿真正确性产生直接性影响。
在选取仿真模型中的元器件参数时，需重视参数的匹配性问题，如：电压与频率等级应当匹配；在设置晶闸管参数值时应注意对应晶闸管的实际参数设置范围，对之进行合理调节，确保功率单元主回路能够正确输出连续波形。此外对于电阻、电容等元器件的参数设置，可直接选择原始值，对于其中一些不需要设置的元件可将其数值设为0。
图2即为将各个模块正确连接之后的发电机组功率单元主回路模型。仿真模型中用的是3个交流电源组成的三相正弦交流电源，电压幅值均为380V，频率为50HZ,相位依次相差120°，分别即为：U（A）=220sin（wt-120°）、U（B）=220sin(wt) 、U（C）=220sin（wt＋120°），Synchronized 6-Pulse Generator模块为主回路中可控硅晶闸管提供触发脉冲，alpha_deg为触发角，可控硅晶闸管的触发角就是通过alpha_deg来设置，pulses为该Synchronized6-PulseGenerator触发模块的输出口，其产生在相位上相位差为60°的宽脉冲和双窄脉冲，通过该口来为提供可控硅晶闸管在运行时需要的触发脉冲。
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采用仿真分析方式，对单个、两个桥臂故障展开分析，同时在励磁变二次侧位置处应用传感器采集产生的交流电流信息，并对之进行波形分析，由此总结出故障分部真值表，通过此实现故障状态与电流波形显示的一一对应。首先，针对其中单个可控硅晶闸管出现故障时的波形展开仿真，将闭环电流设定为300A，然后设置可控硅晶闸管的延迟时间，观察形成的闭环电流波形图特征，如图3-5所示，从图中波形的实际情况来看，从中可以发现对应半桥的单管在出现故障之后，相应电流波形会呈现出一定缺失，如：上半桥单管故障对应上波头缺失；下半桥单管故障对应下波头缺失。
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对上下桥臂同时出现一个可控硅晶闸管故障的情况展开仿真模拟，闭环电流仍为300A，观察此种情况形成的电流波形。此次模拟实验分别选择VT1和VT4、VT1和VT6两组可控硅晶闸管故障进行研究，通过仿真模拟可发现，VT1和VT4可控硅晶闸管在同时出现故障之后，在第一个波形中，上下波头便同时发生丢失，后表现为直线状态；VT1和VT6可控硅晶闸管在同时出现故障之后，分别在第一个、第二个波形表现出上半波头、下半波头缺失情况。
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对上桥臂或下桥臂同时出现两个可控硅晶闸管故障的情况展开仿真模拟，闭环电流仍为300A，观察此种情况形成的电流波形。在此故障类型中选择VT1VT3、VT1VT5同时出现故障展开模拟，从获得的波形结构可以发现：在VT1VT3两个管子出现故障的情况下，波形显示如图8所示；在VT1VT5两个管子出现故障的情况下，波形显示如图9所示。
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在此次针对发电机组功率单元主回路的仿真模拟试验中，通过一定故障时间延迟模拟得到波形图，对各类型可控硅晶闸管故障现象展开模拟，并总结其产生的电流波形图，由此得到对应的故障真值表。具体如表1所示，在表种利用“0”表示电流正常状态；利用“1”表示正向电流；利用“-1”表示负向电流；*表示电流为0。该故障真值表将当前发电机组功率单元主回路中各类型可控硅晶闸管故障都归入到其中，通过该表能够快速找到故障发生的具体位置，从而实现对发电机组功率单元主回路故障的快速定位，为检修维护工作开展提供便利。
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4结语
在当前发电机组工作的过程中，励磁系统故障属于十分常见的一种现象，对相关设备及供电稳定性造成较大的影响。因此，发电企业应重视对励磁系统故障的监测与维护，做好日常维护工作，尽可能降低该系统故障发生率，一旦发现励磁系统故障的应及时诊断故障的具体位置，并采取有效处理措施，避免故障进一步扩大，给电力企业带来更大的经济损失。
参考文献:
［1］火电厂励磁系统故障实例分析与探讨［J］孙晋志. 电工技术. 2020-03-25
［2］发电机励磁系统故障原因分析及改进［J］ 郑祖锋. 科学技术创新. 2020-07-25
［3］火力发电厂发电机励磁系统常见故障分析［J］乔艳兵.通信电源技术. 2019-02-25
作者简介：罗勇1983.4男 汉族 广西灌阳县 本科 工程师 主要从事工作：从事火电厂集中供热和技术管理工作。