發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用、特性及故障處理

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障會導致整個電力系統(tǒng)的無法正常運行。本文通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的故障的分析及處理，只有保證勵磁系統(tǒng)良好運行有助于實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

一、勵磁系統(tǒng)組成

勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有相當大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導致機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術(shù)不斷發(fā)展。同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分組成。其中，勵磁功率單元是指向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。

二、勵磁系統(tǒng)主要作用

一般情況下勵磁系統(tǒng)的主要作用有：

1）根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；

2）控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；

3）提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；

4）提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；

5）在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；

6）根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

三、勵磁系統(tǒng)的特性

1.電壓的調(diào)節(jié)。自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負反饋控制系統(tǒng)。無功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發(fā)電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應(yīng)基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。

2.無功功率。發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發(fā)電機勵磁電流，感應(yīng)電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著變化。當發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運行時，為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”,而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。

3.無功負荷。并聯(lián)運行的發(fā)電機根據(jù)各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發(fā)電機應(yīng)負擔較多無功負荷，而容量較小的負則提供較少的無功負荷。為了實現(xiàn)無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置,改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進行調(diào)整，以實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機無功負荷的合理分配。

四、勵磁系統(tǒng)的故障處理

（1）勵磁機整流輸出故障及處理

某電廠勵磁方式為無刷勵磁式，升壓時給起勵電流后，發(fā)電機電壓變化不大，多次實驗結(jié)果一樣，用三相調(diào)壓器直接加電壓至勵磁功率回路進行整流，輸出至額定電流時發(fā)電機電壓仍只到30%.勵磁裝置輸出電流正常，達到額定電流后發(fā)電機電壓仍然升不起來基本可以排除勵磁故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)勵磁機整流部分輸出不正常，經(jīng)檢查為整流二極管有故障，解決后升壓正常。

（2）勵磁PT電壓故障及處理

某電廠為可控硅自并激勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機到額定轉(zhuǎn)速后，運行人員在勵磁調(diào)節(jié)柜上操作“開機”開關(guān)，發(fā)電機開機起勵后，發(fā)電機電壓表指針不動，勵磁變副邊電壓表很快滿表，隨即保護動作，滅磁開關(guān)跳開，檢查發(fā)現(xiàn)滅磁開關(guān)兩個觸頭燒熔，滅磁開關(guān)正上方的-C相可控硅散熱器被嚴重熏黑，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)勵磁變壓器高壓保險（10A）三相由于來不及熔斷，本體均被炸飛掉，高壓保險柜被驗證熏黑。

經(jīng)檢查造成事故的主要原因是PT電壓沒投入，就以“自動”方式開機升壓。由于自動勵磁調(diào)節(jié)器是以PT電壓作為反饋量，沒有檢測到反饋電壓，控制角一直保持在最小角度。勵磁電流會一直上升，發(fā)電機電壓一直會上升到飽和點，此時勵磁電流繼續(xù)增加，由于電流的增加率很大，電壓會達到1.5倍以上，勵磁變壓器高壓保險的電流和電壓均超過額定值，高壓保險來不及熔斷，熔斷時的能量很大，超過了保險管內(nèi)部吸收的極限，被炸飛掉。保險炸飛后三相之間相互拉弧造成發(fā)電機三相短路，最后發(fā)電機差動保護動作，跳開滅磁開關(guān)。

總之，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，以及遠距離重負荷輸電線路的出現(xiàn)及大型發(fā)電機開始采用，由半導體勵磁調(diào)節(jié)器和晶閘管整流功率柜組成的快速勵磁系統(tǒng)，使整個電力系統(tǒng)的阻尼不斷減弱。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或受到其他擾動時，出現(xiàn)長時間低頻率振蕩，嚴重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。本文通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的故障的分析及處理，只有保證勵磁系統(tǒng)良好運行有助于實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。