发电机励磁故障分析及处理对策

发电机励磁故障分析及处理对策

罗佳

广西泓源电力有限公司金城江水力发电厂 547000

摘要：在电厂中，发电机的应用十分广泛。由于传统方法在实际应用中控制效果不好，发电机转子电流仍然会出现异常波动，定子电压回归稳态时间较长，因此该文提出模糊PID控制的同步发电机励磁控制方法。在两相旋转坐标系下建立发电机等效数学模型，描述同步发电机转子磁链状态，利用模糊PID矩阵建立模糊PID控制规则，利用模糊算法确定发电机励磁补偿值，输出并执行励磁控制策略。本文首先分析发电机励磁系统存在的问题，其次探讨发电机励磁故障过程，最后就发电机励磁故障处理对策研究，以供参考。

关键词：发电机；励磁系统；故障

引言

发电机的励磁回路接地保护配置,一般设置励磁回路一点接地灵敏段动作于信号而非灵敏段动作于跳闸,或者励磁回路一点接地动作于信号而两点接地动作于跳闸。从目前运行的发变组保护来看,励磁回路一点接地保护动作情况较多,其中非转子绕组的外回路接地导致励磁回路一点接地动作较多发生,励磁回路两点接地非正确动情况也有发生。

1发电机励磁系统存在的问题

发电机的性能状态将直接关系到机组执行其安全功能的能力。但由于历史原因，当时所采用的系统均未经过严格意义上的1E级鉴定工作，一旦发电机设备失效将影响柴油机辅助给水泵执行安全功能。柴油机辅助给水泵1E级发电机所带负载风机、空压机等设备，其控制回路电压采用的是发电机出口的相电压，在发电机刚启动时，发电机出口电压不稳定，初带载期间导致发电机下游负载控制回路跌落至其接触器线圈吸合电压以下，进而导致发电机下游负载无法正常稳定工作。发电机刚启动时，因需要立即带载的负荷容量过大，出现了发电机出口电压较长时间不能恢复的问题。为了消除上述弱项，需要对辅助给水泵柴油发电机及其控制回路进行改造。

2发电机励磁故障过程分析

在初期故障查找分析中，相关人员根据DCS报警信息，曾怀疑是机组DCS系统卡件通讯异常跳闸，使故障查找陷入困境。电气专业通过对励磁系统的相关报警记录，初步怀疑是励磁故障问题，但是励磁常见故障种类较多，查找困难。分析认为，需要对波形进行详细的研究，才能较快地查找到故障点。通过对励磁AVR装置内故障录波数据文件进行复原，横坐标是时间轴（单位为ms），纵坐标为相应电气量有效值的标幺值。励磁AVR柜报警信息提示，可知励磁系统一次回路发生故障；进一步分析AVR装置录取的故障时刻发电机相关电气量的波形可知，从故障起始时刻开始，首先出现发电机电压从100.5%开始下降，由于AVR装置自动电压闭环控制的功能，使得主励磁机的励磁电流增加、励磁电压增加（第1次增励磁），但结果是发电机电压并未增加反而继续下降。励磁由通道1（CH1）运行自动切换至通道2运行，并自动使励磁电流及励磁电压再次增加（第2次增励磁），结果还是发电机电压并未增加反而继续下降，最终使得AVR装置自动发出磁场开关跳闸指令而停机。

3发电机励磁故障处理对策

3.1保护装置本体的防范措施

对于励磁回路一点接地,如选择一点接地时保护动作于跳闸,可将告警段电阻定值设置较为灵敏,以便及时发现励磁回路绝缘下降的问题并进行故障在线查找处理,告警段接地电阻定值可整定为80~100kΩ,将一点接地跳闸段电阻定值整定得略低如2~5kΩ,鉴于转子接地故障的发展速度相对较慢,可适当增加跳闸动作时间,避免励磁回路一点接地保护不必要的误动。

3.2励磁电流限制器

励磁电流限制器包括最大励磁电流瞬时限制和负载最小励磁电流限制。最大励磁电流瞬时限制可设定三段励磁电流限制值。当励磁电流超过设定的限制值并持续到动作时间后，最大励磁电流瞬时限制动作会把励磁电流降至安全的数值。负载最小励磁电流限制可避免机组深度进相导致失磁。该限制器为瞬时动作，要设定的参数为负载最小励磁电流限制值。发电机进相运行时，励磁电流将被限制在给定励磁电流限制值以上。

3.3终端设计

监控系统终端有两种形式：一种是web浏览器终端，一种是软件客户端；软件客户端使用了DataSocket技术将数据转发至modbusserver，再通过本公司上位机监控软件与modbusserver进行数据交换形成C/S架构，此方式因要安装本公司专用软件且只能在PC端进行使用；Web终端使用JavaScript语言进行编程设计，运用了ajax异步刷新的技术实现了浏览器端实时显示现地数据，可在任意平台使用，无局限性。

3.4功率柜控制通道测量及同步冗余实现方案

功率柜控制模块通过采集阳极采样模块实现阳极电压、阳极电流及转子电压信号直接测量，阳极信号与转子经高精度、高耐压的精密互感器与霍尔隔离变换成－10～10V信号传输给功率柜控制通道，控制通道采集信号做功率柜逻辑控制同时，也将功率柜采集参数以点对点通讯方式向调节器发送，经调节器向人机界面发送，功率柜控制通道收到调节器下发的控制角参数后，结合其实际测量的本功率柜电流，执行动态调节控制角参数，实现功率柜智能均流。

3.5发电机转子两点接地故障处理措施

发电机的转子两点接地故障具有较大的危害性。可采用以下两种改善方式。一是加强日常的机组巡检及维护，避免两点接地故障发生。二是在发电机励磁回路中安装绝缘检测装置，确保在最短时间内处理好发电机接地现象，避免危害范围进一步扩大。此外，为保障发电器设备的安全运行，并提升其作业的稳定性，要定期对发电机的转子接地现状进行评估。

3.6防止励磁回路两点接地保护误动作的措施

目前的励磁回路两点接地保护并不十分完善,无论是切换采样式还是注入式励磁回路两点接地保护,误动的情况都有发生。励磁回路一点接地在不稳定的情况下,两点接地测出来的接地点变化值并不可靠。励磁回路两点接地保护建议采用手动投入方式,在一点接地状态稳定后手动投入保护硬压板,可以降低励磁回路两点接地保护的误动作。对于注入式励磁回路接地保护,建议将励磁回路两点接地保护的动作延时整定为2~3s,大于保护装置的注入电源设置周期,增加接地判别的可靠性。采用集成在整套发变组保护装置中的切换采样式励磁回路接地保护,可以增加发电机定子二次谐波电压闭锁来提高保护动作可靠性,但一定程度上降低了保护的灵敏度,对于一些距离较近的两点接地故障不能灵敏反应。

3.7灭磁柜控制实现方案

在开机阶段，灭磁柜控制通道接收到调节通道下发投初励指令，灭磁柜控制通道启动投初励硬件外围控制电路后，给发电机转子充磁。在发电机机端电压上升后，灭磁柜控制通道接收到调节器控制通道后，立即退出投初励。在机组运行时，灭磁柜控制通道测量发电机的转子电压、转子电流，并同时监测碳化硅灭磁电阻状态等功能，在转子过电压时，控制跨接器投入灭磁电阻，从而实现发电机转子过压保护。

结语

分析励磁系统故障，最为有用的信息，是故障前后相关量的趋势图。通过对发电机自动电压调节器（AVR）自带的录取功能录取的故障数据，经复原故障波形后，对此进行深入分析，结合对励磁设备的检查和测试，在短时间内查找到故障点，避免可能因故障原因误判而重新启动机组引起的故障扩大的隐患，为尽快恢复机组运行提供了有力的支撑。

参考文献

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[2]王伟.水力发电厂发电机励磁系统常见故障分析［J］.中国设备工程，2020（12）：42-43.

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