同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置的故障分析與處理

王樹文　任洋　滕巍

摘 要：近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钣秒娦枨螅覈?guó)加大了電力系統(tǒng)建設(shè)力度。而影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素相對(duì)較多，同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置作為電力系統(tǒng)內(nèi)部的重要設(shè)備，其一旦發(fā)生故障就將降低我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。鑒于此，本文首先對(duì)可控硅靜止勵(lì)磁裝置原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并對(duì)同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置常見故障與處理措施展開了詳細(xì)地探討，希望對(duì)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的全面發(fā)展起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī)；靜止勵(lì)磁裝置；故障分析；處理

中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、可控硅靜止勵(lì)磁裝置原理

本文在對(duì)可控硅靜止勵(lì)磁裝置原理進(jìn)行分析的過(guò)程中，以自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為例進(jìn)行了分析。發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)內(nèi)部是產(chǎn)生勵(lì)磁功率的主體，直流電流在被提供給轉(zhuǎn)子的過(guò)程中，需要對(duì)三相可控硅整流橋和整流變壓器進(jìn)行應(yīng)用，其中直流電流具有可調(diào)節(jié)性，在這種情況下，就可以促使自并勵(lì)勵(lì)磁得以實(shí)現(xiàn)。

單機(jī)運(yùn)行是發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的主要狀態(tài)時(shí)，電流的大小就可以被勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，此時(shí)恒定的電壓就會(huì)產(chǎn)生于發(fā)電機(jī)端。具體調(diào)節(jié)流程為：在增大發(fā)電機(jī)負(fù)荷時(shí)，會(huì)增強(qiáng)電樞反應(yīng)，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致下降的現(xiàn)象產(chǎn)生于機(jī)端電壓中，在對(duì)電壓互感器進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，可以有效傳遞機(jī)端電壓，促使其向檢測(cè)放大單元流動(dòng)，在比較這一電壓與給定電壓時(shí)，就可以獲取一個(gè)偏差信號(hào)，將這一信號(hào)進(jìn)行放大處理，就會(huì)促使控制電壓信號(hào)產(chǎn)生，在對(duì)移相進(jìn)行輸入的過(guò)程中就可以對(duì)單元進(jìn)行觸發(fā)，脈沖相位將被移相觸發(fā)，在增大控制電壓信號(hào)時(shí)，將其向前移動(dòng)，就可以減小控制角，增大可控硅橋輸出，此時(shí)隨之增大的還有勵(lì)磁電流，同時(shí)提升了發(fā)電機(jī)端電壓，最終促使自動(dòng)負(fù)反饋調(diào)節(jié)在電壓中實(shí)現(xiàn)。如果減小發(fā)電機(jī)負(fù)荷，那么將產(chǎn)生同上述相反的調(diào)節(jié)過(guò)程。

并網(wǎng)運(yùn)行是發(fā)電機(jī)的主要狀態(tài)，無(wú)功功率在發(fā)電機(jī)輸出過(guò)程中的大小可以被勵(lì)磁裝置進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，在這一過(guò)程中電壓在系統(tǒng)中的穩(wěn)定性將有效提升。同時(shí)，要想促使安全運(yùn)行的狀態(tài)產(chǎn)生于發(fā)電機(jī)組中，應(yīng)將空載低頻保護(hù)、欠勵(lì)限制、空載過(guò)電壓和過(guò)勵(lì)限制設(shè)置在勵(lì)磁系統(tǒng)中。

二、同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置常見故障與處理措施

（一）整流變壓器高壓熔絲熔斷

故障表現(xiàn)：若熔絲熔斷現(xiàn)象產(chǎn)生于整流變壓器高壓側(cè)中時(shí)，將導(dǎo)致原邊缺相現(xiàn)象存在于變壓器中，由于一定的變化產(chǎn)生于變壓器副邊中，嚴(yán)重破壞了同步關(guān)系，此時(shí)調(diào)節(jié)器的功能將喪失，那么就會(huì)促使失控狀態(tài)成為可控硅的主要狀態(tài)，大幅度的下降現(xiàn)象開始在整流橋輸出中形成。

處理措施：一旦上述問(wèn)題產(chǎn)生，發(fā)電機(jī)將無(wú)法機(jī)械正常運(yùn)行，工作人員必須在設(shè)備斷電的基礎(chǔ)上，對(duì)熔絲進(jìn)行更換。

（二）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無(wú)功波動(dòng)大

同步發(fā)電機(jī)處于并列運(yùn)行狀態(tài)下，一定的變化就會(huì)產(chǎn)生于電力系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷中，那么無(wú)功負(fù)荷將在各機(jī)組間被重新進(jìn)行分配。如果調(diào)差系數(shù)在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置中得到調(diào)整，那么合理地分配將產(chǎn)生于無(wú)功負(fù)荷中，此時(shí)合理的分布也是無(wú)功潮流的主要狀態(tài)，最小的損耗將在電網(wǎng)中形成。

從勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理的角度出發(fā)，要想實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)組運(yùn)行，必須滿足以下條件：第一，正調(diào)差系數(shù)在發(fā)電機(jī)機(jī)端并列運(yùn)行中應(yīng)保持一致，為無(wú)功負(fù)荷的合理分配奠定良好的基礎(chǔ)；第二，發(fā)電機(jī)在負(fù)調(diào)差系數(shù)狀態(tài)下可以并列運(yùn)行于高壓母線上，此時(shí)必須對(duì)變壓器進(jìn)行應(yīng)用，但是其不可以并列運(yùn)行于機(jī)端。

故障表現(xiàn)：并網(wǎng)現(xiàn)象在發(fā)電機(jī)中形成以后，一定無(wú)功負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生于發(fā)電機(jī)中，在不斷波動(dòng)的系統(tǒng)電壓下，非常靈敏的無(wú)功調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生于機(jī)組中，此時(shí)頻繁的擺動(dòng)會(huì)在功率因素表、無(wú)功功率表和勵(lì)磁電壓表中形成，同其他并列機(jī)組相比，其擁有更大的變化幅度，那么就充分說(shuō)明不合理的整定存在于勵(lì)磁裝置的調(diào)差率中。

處理措施：在發(fā)生上述問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢查，對(duì)正負(fù)調(diào)差進(jìn)行確定，即促使0檔為調(diào)差波段開關(guān)的位置，促使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，并保證無(wú)功負(fù)荷存在于發(fā)電機(jī)中，在少帶有功的基礎(chǔ)上，將1檔或2檔設(shè)置為波段開關(guān)位置，如果下降的無(wú)功負(fù)荷現(xiàn)象產(chǎn)生于發(fā)電機(jī)中，那么說(shuō)明其處于正調(diào)差，反之則為負(fù)調(diào)差。如果機(jī)組在機(jī)壓母線上并聯(lián)，應(yīng)對(duì)正調(diào)差進(jìn)行應(yīng)用，否則將導(dǎo)致頻繁的變化產(chǎn)生于無(wú)功中，且幅度也相對(duì)較大，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。如果經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，確定其為負(fù)調(diào)差，必須馬上進(jìn)行停機(jī)處理，并對(duì)調(diào)差電流互感器極性進(jìn)行更改；如果經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，確定其為正調(diào)差，那么在相同的情況下，應(yīng)促使調(diào)差系數(shù)在電機(jī)中增大，從而合理地分配運(yùn)行機(jī)組的無(wú)功。

（三）單相可控硅擊穿

故障表現(xiàn)：如果某相可控硅擊穿，在對(duì)負(fù)反饋控制原理進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)保證勵(lì)磁電流不發(fā)生改變，促使恒定的現(xiàn)象產(chǎn)生于無(wú)功和電壓中。在這一過(guò)程中，控硅全開通可以在故障相中實(shí)現(xiàn)，此時(shí)如果108°為控制角的度數(shù)，會(huì)產(chǎn)生最小的故障整流橋輸出，同時(shí)維持較高的勵(lì)磁電壓。此時(shí)控硅一直導(dǎo)通會(huì)在故障相中產(chǎn)生，若將控制較設(shè)置為108°，勵(lì)磁電流將不再受調(diào)節(jié)器控制，其值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定勵(lì)磁電流，而不對(duì)稱的現(xiàn)象將產(chǎn)生于整流橋交流側(cè)三相電流中，同時(shí)直流分量較大，此時(shí)劇增的現(xiàn)象會(huì)在勵(lì)磁變壓器激磁電流中形成，在飽和的鐵芯背景下，將對(duì)高壓繞組絕緣造成威脅，甚至導(dǎo)致設(shè)備被燒毀。發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)是在三相半控橋一相可控硅擊穿的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，此時(shí)將導(dǎo)致異常增大的無(wú)功電流、機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流產(chǎn)生于發(fā)電機(jī)中。如果迅速熔斷現(xiàn)象產(chǎn)生于快速熔斷器中，將導(dǎo)致可控硅退出工作，勵(lì)磁電流會(huì)再次受調(diào)節(jié)器控制，由于自動(dòng)調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)器的主要功能，此時(shí)將降低控制信號(hào)，那么就會(huì)促使開放角在兩相可控硅中自動(dòng)增大，那么發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變或者產(chǎn)生一定程度的下降以后，此時(shí)將導(dǎo)致不平衡的現(xiàn)象產(chǎn)生于整流變壓器付邊三相中，其中一相過(guò)載，那么無(wú)功負(fù)載將在發(fā)電機(jī)中降低。

處理措施：提升可控硅器件質(zhì)量并將其正確應(yīng)用于整流橋中至關(guān)重要，同時(shí)在對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行限制的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)阻容吸收裝置進(jìn)行裝設(shè)。將快速熔斷器應(yīng)用于硅二極管和可控硅元件中，可以發(fā)揮短路保護(hù)的作用，在這種情況下，快速熔斷器在擊穿時(shí)將迅速熔斷，確保故障元件退出工作，同時(shí)在對(duì)熔斷器進(jìn)行裝設(shè)的過(guò)程中，可以對(duì)回路進(jìn)行有效監(jiān)視。選擇整流橋、勵(lì)磁變壓器時(shí)，應(yīng)保證裕度充足，這樣一來(lái)，設(shè)備就不會(huì)在不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)下被燒毀。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，同步發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，很容易發(fā)生整流變壓器高壓熔絲熔斷、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無(wú)功波動(dòng)大和單相可控硅擊穿等故障，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，因此，相關(guān)工作人員必須有針對(duì)性的采取有效措施，加大對(duì)這一裝置故障的處理力度，最終為提升電能輸送可靠性奠定良好的基礎(chǔ)。

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