发电机励磁系统的作用、特性及故障处理

随着电力系统规模的扩大，发电机励磁系统故障会导致整个电力系统的无法正常运行。本文通过对发电机励磁系统的故障的分析及处理，只有保证励磁系统良好运行有助于实现电力系统的安全性和稳定性。

一、励磁系统组成

励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。其中，励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。

二、励磁系统主要作用

一般情况下励磁系统的主要作用有：

1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；

2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；

3）提高发电机并列运行的静态稳定性；

4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；

5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；

6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

三、励磁系统的特性

1.电压的调节。自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2.无功功率。发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只是改变了送入系统的无功功率。

3.无功负荷。并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的负则提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置,改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

四、励磁系统的故障处理

（1）励磁机整流输出故障及处理

某电厂励磁方式为无刷励磁式，升压时给起励电流后，发电机电压变化不大，多次实验结果一样，用三相调压器直接加电压至励磁功率回路进行整流，输出至额定电流时发电机电压仍只到30%.励磁装置输出电流正常，达到额定电流后发电机电压仍然升不起来基本可以排除励磁故障。经检查发现励磁机整流部分输出不正常，经检查为整流二极管有故障，解决后升压正常。

（2）励磁PT电压故障及处理

某电厂为可控硅自并激励磁系统，发电机到额定转速后，运行人员在励磁调节柜上操作“开机”开关，发电机开机起励后，发电机电压表指针不动，励磁变副边电压表很快满表，随即保护动作，灭磁开关跳开，检查发现灭磁开关两个触头烧熔，灭磁开关正上方的-C相可控硅散热器被严重熏黑，继续检查发现励磁变压器高压保险（10A）三相由于来不及熔断，本体均被炸飞掉，高压保险柜被验证熏黑。

经检查造成事故的主要原因是PT电压没投入，就以“自动”方式开机升压。由于自动励磁调节器是以PT电压作为反馈量，没有检测到反馈电压，控制角一直保持在最小角度。励磁电流会一直上升，发电机电压一直会上升到饱和点，此时励磁电流继续增加，由于电流的增加率很大，电压会达到1.5倍以上，励磁变压器高压保险的电流和电压均超过额定值，高压保险来不及熔断，熔断时的能量很大，超过了保险管内部吸收的极限，被炸飞掉。保险炸飞后三相之间相互拉弧造成发电机三相短路，最后发电机差动保护动作，跳开灭磁开关。

总之，随着电力系统规模的扩大，以及远距离重负荷输电线路的出现及大型发电机开始采用，由半导体励磁调节器和晶闸管整流功率柜组成的快速励磁系统，使整个电力系统的阻尼不断减弱。当电力系统发生故障或受到其他扰动时，出现长时间低频率振荡，严重影响电力系统安全稳定运行。本文通过对发电机励磁系统的故障的分析及处理，只有保证励磁系统良好运行有助于实现电力系统的安全性和稳定性。