中小型水电站励磁系统故障解决

中小型水电站励磁系统故障解决

摘要：本文根据水电站励磁系统工作原理，分析了水电站励磁系统故障，结合故障现象及具体成因特征，提出了相应的故障应对及防范策略，旨为同类中小型水电站励磁系统故障的应对及处理提供借鉴及参考。

关键词：水库电站；励磁系统；故障解决

励磁系统是水电站发电机中极为重要的组成部分，其主要功能在于根据水电站工程需求，实时调整和控制发电机运行中的出口电压和发电机运行功率，保证发电机工作效率最大化。为确保水电站励磁系统正常工作，以防水电机组出现停运故障，本文结合工作实际情况，从中小型水电站工程出发，重点针对本案例中小型水电站失磁、整流电源、自并励、励磁变高压熔断器爆裂及发电机非全相运行故障几种典型励磁系统故障加以分析，寻求行之有效的励磁系统故障解决对策。

1.中小型水电站水电励磁系统工作原理

水电站励磁系统结构较为复杂，除了励磁及电气制动两大核心模块外，励磁系统还包括一些辅助性励磁功率单元、励磁调节器以及电磁电流电源设备，它们相互配合协调，共同完成停机过程中的电气制动、正常开机和发电工况下的励磁任务等[1]。

如图1所示，后桥水库电站励磁系统励磁通道调节器主要由测量和操作元件组成，其中A、B自动电压调节通道和手动调节通道C的脉冲回路、测量回路单独存在，在作业过程中，工作人员可采用手动或自动方式，按照规定标准，收集并将水电站信号转化为电流传输，因此励磁系统的平稳运行对于中小型水电站整个电力系统的正常、可靠、安全工作有着重要意义。通常而言，水电机组容量与励磁电流运行方式有关，当其实际容量＞500kW时，一般采用自并励可控硅励磁，反之则可通过双绕组电抗器分流自复励方式励磁。

图1 中小型水电站水电励磁系统工作原理示意图

2.应用实例分析

2.1 工程背景介绍

某水库地处东南沿海晋江中游的柳城办事处上都村，坝址实际地理坐标为东经118°22′，北纬24°53′，本工程于1959年10月动工兴建，于1965年10月竣工并正式投入使用，经1977年保坝加固，在2005年1月由南安市水利局委托三明市明兴水利水电勘察设计院对水库进行安全鉴定和评价，通过有关专家审查并由水利部大坝中心复核，鉴定为“三类坝”。

在规模上，后桥水电站为“坝后式电站”，电站设计水头32.0m，设计流量3.10m3/s，装机2台总容量900kw，水轮机型号为HL702-WJ-50，发电机型号为TSWN99/36-8N，变压器型号为SJ6-1000/10，电站主要枢纽建筑物分别由大坝、输电线路、厂房、引水系统组成。经电站增效扩容改造，年发电量比改造前平均增加66.7万kwh，总投资272.5万元，确保了电站安全运行，提高了电站社会、生态和经济效益。

2.2 后桥水库励磁系统故障现象描述

作为发电机的励磁功率单元，后桥水库的励磁系统采用的整流装置核心部件为可控硅整流装置，其在设计之初就已设置有多重保护，为防止可控硅在过电压、过热以及过流等不良工况下出现击穿故障，本单位后期又通过冗余配置，针对整流装置分别设置了阻容保护回路、快熔保护回路以及散热器，按照设计方案，在如此严密的防护技术条件下，该水电站励磁功率单元可控硅击穿事故发生的概率极小，即使发生击穿故障，保护系统也能够及时将相应的故障切除，从而保障发

电机的励磁系统及整流技术装置稳定继续运行。

然而，2019年7月份，工作人员在启动该机组并手动合上灭磁开关以后，水电站机组并网运行监控上发出报警“机组水机保护励磁系统内部跳闸(水机MB + )动作、机组励磁内部故障跳闸、出口开关分闸、励磁灭磁开关分闸、励磁交流隔离开关分闸、调速器急停阀动作，机组机械事故停机操作(流程自启动)”的信号，导致机组无法建压，起励不成功，由此导致水电机组事故停机，一次意外的故障造成了巨大经济损失。

在随后开展的现场事故检查中，检修人员打开柜门后，发现水电机组励磁系统1号整流桥已全部烧毁，功率柜冒烟，励磁调节柜故障指示灯一侧点亮，其余元器件工作正常，初步分析判断水电站水电励磁系统故障。为了便于分析，结合可控硅现场检查结果依次针对如下几种可能的故障情况进行一一分析和处理，深入探究其事故原因，以供相关中小型水电站整流装置制造、维护企业参考：表1 水库励磁系统可控硅现场故障初步检查结果汇总

2.3 后桥水库励磁系统故障成因分析及处理

（1）故障一：失磁故障

若水电站励磁系统某部位发生失磁故障，则该区域的电压值会产生突变，同时系统会及时、自动录波。在此故障状态下，从录波开始每间隔一定的时间，系统间隔电压值都会下降一定的数值，且定子电压甚至会变为负值，电流也会发生较大幅度的摆动。针对此种类型的故障，技术人员可查找录波信息，在短时间内找出故障点，分析故障成因。为了防止开关接点部位出现突发故障，除了定期检查励磁开关辅助接点部位外，还需将故障监控录波器安装于该部位，通过实时监控系统异常，增强励磁开关接点稳定性。

（2）故障二：整流电源故障

后桥水库选用的是可控硅自并励机组，机组励磁装置相关运行条件均满足系统实际需求，且发电机电压无其它异常现象发生，并维持在一定范围内，针对此种情况下的整流电源故障，通常可能有两种情形，一种是整流电源部位异常，另一种是可控硅整流装置与励磁调节器之间产生回路故障。根据可能的故障发生点，技术人员可全面排查可控硅电源部位及可控硅整流装置和励磁调节器，经检测发现闸刀部位断裂，导致整流电源运行异常，同时影响了电机系统正常工作。鉴于此，可通过现场试验的方法，提高电压回路故障报警信号灵敏度，并及时更换可控硅电源输入B相闸刀，当励磁装置达到相关要求后即可正常使用。

（1）整流柜正面

（2）可控硅及散热片

图2 水库水电励磁系统整流电源故障现场

（3）故障三：自并励故障

自并励励磁方式精度值较高，当中小型水电站机组发生短路故障时，其仍可提供一定的电流作支撑，但自并励励磁方式也存在不足，如可能会导致水电站发电机运行波动幅度大，甚至无法正常运行工作。如下图3所示为后桥水库工程选用的双绕组电抗分流励磁回路接线装置，当机组大范围整修重启并增大发电机机组无功负荷后，发现发电机出口电压三相失衡，且励磁电流逐渐减小，从而致使发电机在欠励磁状态下工作。针对此种自并励故障，技术人员应严格把控自并励励磁系统质量关，通过更正双绕组电抗分流励磁回路中的主、副绕组顺序，检查每一个细小的励磁回路接线环节，确保自并励励磁系统平稳运行[2]。