试论水电站发电机的励磁系统

试论水电站发电机的励磁系统
水力发电是一种可持续、环境友好的发电方式，我国的水力发电技术不断发展。

励磁系统是水电站水轮发电机中最为重要部分之一，直接决定发电站的运行稳定性与安全性。

在实际的水电站运行过程中，发电机励磁系统往往会出现各种各样的运行故障，文章对实践过程中出现的机组故障进行分析，并且针对出现的故障的原因，提出了相应解决方案，对于进一步提高水电站发电机运行效率具有十分重要的意义。

标签：水电站；发电机；励磁系统；故障
1 水电站发电机励磁系统的发展
目前，励磁系统在水电站发电机中广泛地使用，且作为水轮发电机中的一个重要部分，能为发电机转子提供励磁电流，所以，水电站中的励磁系统直接决定了一个水电站发电效率的高低。

随着工业以及人民生活水平的不断提高，电力系统必须不断提高输电的稳定性及可靠性，才能滿足生产及生活需求，研发具有优良性能，具备更多功能以及具备足够可靠性的励磁系统，成为未来水电站发展的新目标。

与此同时，随着计算机技术的不断发展以及普及，计算机技术已经开始应用于励磁系统，开发了许多微机励磁设备。

如今，水电站发电机励磁系统的发展有以下几个特点。

第一：随着计算机技术以及电子集成技术不断地发展，更多的数字化设备开始用于水电站励磁系统，采用先进的数字化励磁设备成为未来水电站发展的趋势及必然。

第二：水电站自动化程度越来越高，依靠计算机控制生产以及运营的基本操作模式广泛普及，水电站中的计算机自动化技术的出现对于水电站发电机励磁系统的发展提出了新的挑战。

第三：静止励磁方式已经成为发电机励磁系统发展的必然，许多与静止励磁系统发展相关的技术，例如非线性电阻、热管散热技术、干式励磁变压器等新技术不断出现，且开始广泛使用。

第四：目前，对于大型水电站的发电稳定性以及可靠性提出了更高的挑战，所以对于发电机励磁系统的发展也提出了更高的要求，励磁系统主要是在可靠性与稳定性上的发展，对于成本暂不考虑。

第五：抽水蓄能电站对励磁系统有特殊要求，对于发电量较大的机组设备主要是由国外生产厂家提供，虽然部分国内厂家具备一定的生产能力，但是缺乏足够的生产经验与实践机会。

第六：目前，我国水电站大部分规模较小。

相关数据显示，小型以及微型水
电站中的励磁系统主要是由国内厂家提供，传统生产方式与新式的生产方式各占一半。

对于新式的生产项目，要求产品功能稳定可靠、操作简便、成本低廉、维护简单。

2 水电站发电机励磁系统的故障
2.1 失磁故障
水电站的励磁系统发生失磁故障时，保护动作以及录波记录显示在故障发生时，转子的电压下降值会发生明显突变，录波记录显示，在故障发生初期，在56ms以后转子的电压会突降到0.4ms，最终电压会降为负值，除了转子电压会发生突变以外，转子的电流以及定子的电压也会出现剧烈的变化，然后触发保护动作。

通过对励磁功率电源的交流侧开关的检查显示，开关的辅助触点出现松动，接触不良，造成电阻变大，最终造成失磁故障。

为了有效应对此类故障，并且能对发生故障的开关及时的处理，可以在励磁功率电源交流侧开关的辅助接点处设置一个故障记录装置，从而对该故障易发部位进行实时的监控，与此同时，由专人负责对开关进行定期检查，及时发现故障隐患，确保接触点的紧固，尽量避免由于失磁故障导致的生产损失。

2.2 自复励式励磁故障
自复励式励磁系统在静态电压调节方面优势突出，具有极高的调节精度，而且在发生故障，尤其是短路时，能够及时提供补偿电流，但是，该励磁系统结构比较复杂、维护成本较高、环境条件要求苛刻。

水电站发电机使用双绕组电抗分流励磁系统，在启动系统以后，出口电压可能出现三相不平衡，会给机组增加许多无功负荷，造成机组电流变小，最终造成发电机出现励磁系统的欠励磁状态。

出现该故障的主要是由于错误的励磁线圈的主、副绕组相序造成的，造成了励磁系统的欠励磁运行。

避免该故障的有效手段是修改主、副绕组的相序，并且定期确认相序，保证运行稳定。

2.3 励磁变高压熔断器爆裂故障
水电站发电机在升温后停机，可能造成控制室外的爆炸，造成机组跳闸，停止运行，出现该故障后，通过对励磁系统、调速系统、励磁变以及主变回路的检测，励磁变的B相高压熔断器出现故障，造成电压互感器高压侧的三相熔断器出现问题，可能是由于熔断器质量不过关造成的，由于熔断器的实际熔断电流小于标准熔断电流。

为了避免上述故障发生，可以更换熔断器，增大熔断器的熔断电流值，选用质量符合标准的熔断器，同时对励磁系统进行彻底的检测，确保整个励磁系统的安全性与稳定性。

3 处理措施
3.1 运行措施
第一：加强日常检测维护。

相关工作人员在对水电站发电机的检查过程中，要注重对励磁系统的检查，对于励磁系统中的重要部件更要认真，在发电量较大的时期，确保系统温度符合生产标准，对检测到的机组运行状况要及时进行分析。

在完成系统的检修以后，要对励磁功率柜进行彻底复查，确保励磁柜内部的整洁。

第二：合理制定机组运行计划。

完成机组故障检修以后，对出现故障的机组合理制定运行计划。

因为在完成修理以后的励磁系统可能会更换部分重要部件，所以在进行调整过程中要注意观察记录机组的运行状况，并且与维修前的运行记录进行比较。

定期对机组的运行计划进行调整，确保在系统出现故障时，生产正常进行。

3.2 维护对策
第一：脉冲绝缘保护。

造成励磁系统故障的一个主要原因是脉冲线击穿可控硅，为了避免此类故障的再次发生，对其他脉冲线进行彻底的绝缘检查，在脉冲线上安装绝缘套管，避免击穿隐患。

第二：定期清理。

在可控硅、脉冲变等器件上的灰尘有可能造成接头出现短路、放电等现象，造成故障，此外，灰尘也可能积累，造成散热通风的堵塞，散热通风不顺畅，造成功率柜内温度不断升高。

所以，定期对励磁系统组件清理，清除表面以及内部的灰尘，尤其是重点部位的灰尘，同时对功率柜等的通风散热通道也要及时地清理积尘，确保柜内的通风散热。

第三：修改保护动作时间。

在励磁系统发生故障时，默认的保护动作时间为5s，时间较长，并不能起到足够的保护作用。

实践表明，保护时间可以调整为0.1s，能够尽量快地消除故障，避免故障的进一步扩大，造成更大的损失。

4 结束语
在如今的水电站发电机组中，励磁系统的重要性越来越大，是整个发电机组的重要组成部分，直接影响发电过程的安全性与稳定性。

在实际发电过程中，通过对水电站发电机励磁系统不断地研究发现，励磁系统在运行过程中会出现系统故障，针对上述故障出现的原因，提出了相应的应对措施，确保发电机组的正常运行，对于研究水电站发电机未来的发展具有十分重要的意义。

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作者简介：温顺涛（1964，08-），男，广东省五华县，汉族，研究方向：水利电气技术。