水电站励磁系统调试与维护

陈学森

茂名市鉴江流域水利工程管理局525000

摘要：励磁系统是水轮发电机组中的重要组成部分，关系到电力系统的稳定运行，而调试与维护是保障励磁系统可靠工作的基础，因此本文对该部分内容进行了分析和探讨。

关键词：励磁系统；调试；维护；水电站

水电站励磁系统是为水轮发电机转子绕组建立磁场而提供电流的设备，该电流也称为励磁电流，其作用包括：1）维持发电机端电压。因为发电机负荷变化时，机端电压有随之改变的趋向，励磁系统通过调节励磁电流，使机端电压维持在给定水平上。2）在并列运行的发电机之间合理分配无功功率。多台发电机并列运行时，发电机输出无功功率与励磁电流有关，励磁调节器通过对各发电机调差系数的调节达到合理分配机组间无功负荷的目的。3）提高电力系统的稳定性，包括提高静态稳定性以及改善暂态稳定性和动态稳定性。不难看出，励磁系统是水电机组中非常重要的设备，犹如人体的神经系统和内分泌系统，如果这个环节出现问题，水电机组就无法正常运行了，甚至只能停机检修了。励磁系统的调节能力是通过所选择的模型实现的，厂家通过离线试验提出试验参数，但这些参数并不一定与水轮发电机实际情况相符，对励磁系统运行参数的设定必须通过现场试验完成，这个环节就是调试工作的核心。可见，励磁系统与维护是水电站设备安装与运行管理工作中的关键环节，因此本文对相关内容进行了分析和探讨。

1水电站励磁系统的调试

1.1调试内容与程序

励磁系统调试分为出厂调试和现场调试两种，前者通常是设备厂家在出厂前所进行的离线试验，后者是设备在现场安装或检修之后所进行的调试，本文不讨论出厂调试，只对现场调试做个介绍。不同厂家设备的调试内容与程序有些差别，但大体可分为静态和动态两部分，也有分为无水和有水两部分[1]。静态部分包括整体检查、操作回路试验和开环试验，动态部分包括短路试验、空载闭环试验和负载闭环试验。无水调试包括励磁系统二次接线校核和静态特性试验，有水调试分为升流与升压试验、励磁系统特性测试。调试的程序也就是先静态，后动态；先无水，再有水。

1.2调试方法

1.2.1整体检查

整体检查主要是检查励磁设备外观、布置、排列、内部接线等是否符合设计要求。通常，励磁系统包括调节器柜、功率柜、灭磁柜等，要检查柜内元器件及回路、同步变压器档位，还要检查外部接线是否正确。

1.2.2操作回路试验

为了避免励磁系统二次接线错误，在系统上电前应采用通灯检查接线的正确性。接入系统的线缆分为信号线和指令线，对这两种线分别进行逐点校核，核实I/O端接线、AI/AO端、电源板接线的定义，以及其他信号采集回路接线的定义。上电后，采用继电保护仪测试系统参数及功能，有些系统可以在信号对点时直接在对应位置模拟实验。检查起励回路时，应切断起励电源，避免向转子回路送电。拉掉灭磁开关后，留意起励极性。

1.2.3开环试验

开环试验是一种手动调节模式，以假负载代替转子负载，考核励磁调节器性能、整流桥输出波形，并模拟故障进行逆变灭磁失败保护试验、脉冲投切回路试验、分灭磁开关脉冲检查等。试验项目包括模拟量校验、开关量校验、小电流试验、调节器功能模拟等。试验前，应断开功率柜交直流刀开关、灭磁开关，并拆除PT接线，确保一次设备不带电。为了防止烧毁励磁装置内部元件，从监控、保护等控制单元接入励磁设备的接点必须是无源接点。

1.2.4短路试验

短路即发电机端短接，此时励磁系统无法通过自励方式采集电源，只能采用他励方式供电。为此，应先了解采用哪种短路试验模式。短路点可能在发动机端近端出口或远端出口。然后按照调试手册方法和步骤进行试验。

1.2.5闭环试验

闭环模式下运行时，发电机组自动控制的给定值必须在所设定的自动控制范围内，否则励磁调节器将视为无效。闭环调节分为机端电压闭环调节、励磁电流闭环调节、无功功率闭环调节、功率因数闭环调节等。闭环试验包括空载和负载两种情况，可按照调试手册要求进行试验。试验内容包括电压给定阶跃试验、自并励模式下调节通道切换试验、过励限制与欠励限制试验、甩负荷试验、PSS试验等。带负荷连续试运行72h正常，完成调试任务。

1.3调试中的故障分析与对策

其一：是机组并网后，转子电流突然消失，无功电流进相运行，有功表与三相电流表剧烈摆动，当三相电流持续增大到保护动作而跳闸。可依次检查转子回路碳刷与滑环接触情况、整流桥桥臂硅元件是否击穿、调压电位器是否虚焊、调差单元电流互感器是否极性接错等[2]。

其二：系统建压后，励磁电压突增，随即发电机灭磁。可依次检查励磁变压器相序是否正确、可控硅是否击穿、励磁调节器是否有故障。

其三：水轮机开度达到额定转速，仍然没办法建压。可依次检查同步电源的同名端是否正确、电压调节板是否损坏、转子回路正负极性是否正确、快速熔断器是否熔断、测量变是否烧毁或开路。

2水电站励磁系统的维护

2.1励磁系统维护的重要性

励磁系统经过调试并网发电后，还要加强维护，否则会因维护不当而引起非计划停机事故，这样的事例很多，下面举两个典型的例子。某水电厂1台机组差动保护动作，经检查功率柜风机停转导致1相可控硅元件击穿，原来是该风机电压监视继电器失灵了。某水电厂在机组启动试验过程中，整流柜被烧毁了，经检查是由其中1个可控硅组件引起的。可见，励磁系统维护工作非常重要，它是保障水电机组安全运行的基础。

2.2励磁系统维护的要求与内容

首先，励磁系统维护必须保障安全，为此维护人员必须经过培训，熟悉安装、检查和维修工作的要领，并对设备工作原理、报警信息、紧急停机非常熟悉，在紧急情况下可以迅速关闭系统。维护人员在励磁系统装置中工作必须有警示，并对高压带电部分保持足够距离。励磁系统维护的内容包括硬件部分和软件部分。硬件部分的维护包括清理除垢及硬件回路优化，软件部分包括系统软件控制优化[3]。

2.3硬件清理与回路优化

硬件包括励磁变压器、整流柜、灭磁柜、调节柜中元器件，应定期检查清理，例如1～3月对外表进行清灰除垢，同时检查温度、噪声、风机风量等参数，清洗或更换风机滤网。硬件回路的优化是对经常出现故障的回路进行详细检查，找出问题原因，研究是否存在制造或设计缺陷，例如整流柜风机电源切换继电器存在接点回路分流不均、单侧过流问题，以致经常出现触点烧坏、粘连现象，经调查该问题已在多家水电厂出现，表明该型号继电器存在安全隐患，更换其他型号继电器问题解决。

2.4软件控制优化

设备厂家的软件虽经过测试，但也不能排除就不存在bug了。例如某励磁系统设计中，存在开机投励磁或投电制动两种工况，但风机电源控制没有针对不同工况进行选择，默认为先投主用电源，当主用电源异常则切换至备用电源，结果每次停机投电制动时都出现“风机电源消失”等报警信号，后来优化了程序，该问题得以解决。

3结语

励磁系统在电力系统电压稳定控制中发挥着举足轻重的作用，而要保障励磁系统的可靠性关键在调试和维护工作的水准，因此每一步调试都必须精准，每一项维护工作都必须到位，唯有如此才能确保励磁系统可靠性与水电站供电的安全性。

参考文献：

[1]巨民尚.三峡右岸电站励磁系统调试[J].水电站机电技术，2013，36（5）：18-20，32.

[2]朱朝晓.水电站静止励磁系统调试分析与对策[J].机械与电子，2013（1）：78-80.

[3]詹坤，刘平.水布垭电厂励磁风机系统维护及其控制系统改进[J].水电与新能源，2015（6）：54-57.