发电机励磁系统的控制原理及运行维护案例分析

发电机励磁系统的在维持发电机端的电压水平、合理稳定分配发电机的无功功率、提高电力系统稳定性等方面起到关键性的作用。本文在分析发电机励磁系统及其控制原理的基础上， 结合案例对发电机励磁系统运行维护的重要性及措施进行了分析，并给出了有效的处理措施。

一、发电机励磁系统的简介

励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设备的总称，它是发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。励磁系统及其调节对象（同步发电机）共同组成的反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁系统基本功能是维持电压水平、提供无功功率。本文从发电机励磁系统的参数整定和运行维护两个方面对发电机励磁系统的稳定运行进行研究。

二、发电机励磁调节系统原理

发电机励磁系统如下图所示，其由以下几部分构成：自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器）；励磁电源（励磁机、励磁变压器）；整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）；灭磁与转子过电压保护。

三、励磁系统运行维护及案例分析

1.励磁系统的检查

（1）开关量的检查

模拟调节器开关量输出，检查信号是否正确。给调节器发“开机”信号时，PT电压在8S内未达到30%时，发“起励失败”信号；当手动、PT断线、过励限制、强励限制、低频保护、低励限制等信号出现时，均有异常信号发出，并在面板上有相应的指示灯亮调节器功能模拟试验。

（2）模拟量的检测

发电机PT电压测量校正。在端子排上短接励磁PT（LPT）和仪表PT（YPT）（分相端接）以及系统PT（XPT）（有些装置上没有采用）。加入三相正相序的0~120V电压，以额定机组电压为基准值，每隔10V记录测量显示值。修改参数或调整测量回路的电位器，使显示值与实际值（PT二次电压）折算到一次侧的电压值一致。

发电机CT电流测量校正。在端子排上加入三相正相序的0~5A（或0~1A）电流，以额定的定子电流为基准，记录测量显示值。修改参数或者调整测量回路的电位器，使显示值与实际值（CT二次电流）折算到一次侧的电流值一致。

励磁电流（IL）或励磁电压（UL）测量校正。

按照电流传感器的输出电压值或电流值，在端子排上加入的0~20mA（4~20mA）的电流或0~5V的电压信号。按照电流传感器的变比折算到励磁电流的实际值。修改参数或调整测量回路的电位器，使显示值与所加电压或电流折算的实际值（按照电流传感器的变比折算到励磁电流的值）折算到一次侧的电压值一致。

2.案例分析及处理

（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（系统接线方式如下），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。

四、总结

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力不断减弱。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运行维护的重要性及措施，有助于实现电力系统的安全性和稳定性，对于发电机的稳定安全运行具有积极的现实意义。