水轮发电机励磁系统故障处理实例

水轮发电机励磁系统故障处理实例

龙王潭电站3号机组突然甩负荷，导致飞车。事故停机后，重新启动时，励磁电流表指示为零，机端无电压。经运行人员检查发现励磁机已损坏。更换励磁机后启动发电机仍不能升压。我们在现场看到，更换的是一台闲置已久且标志不清的励磁机。初步判定励磁机引起故障的原因可能是：

①励磁机内部已损坏；②接触不良；③接线错误。

首先，我们对励磁机电枢、磁场线圈进行检查后认定励磁机是完好的；其次，对各个连接端子进行清理紧固，消除可能存在的接触不良；第三，根据励磁机铭牌上的原理接线图(见图1)，设定S1、S2端子后进行接线。接着开机升压，发现指示励磁电流的电流表反偏。立即停机，将F1、F2端子交换。随后开机，调节磁场变阻器，但发电机端无电压指示。于是再次停机，将F1、F2端子接法还原，同时将电流表的正、负极调换连接。再次开机升压，一切正常。随后做带负荷试验。带少量负荷时，整流子上火花较大；满负荷时，功率因数大于1且个别电刷被整流子上火花烧红。立即卸载停机，将H1、H2端子调换连接。开机带负荷，火花消失，机组可满载运行。

图1发电机励磁系统原理接线图

1-发电机转子绕组；2-电刷和滑环；3-励磁机换向极绕组；4-励磁机励磁绕组；5-电枢；RC-磁

场调节电阻

2、故障原因分析

2．1直流励磁系统

直流励磁系统由直流励磁机等组成，见图1。直流励磁机是一台并励式直流发电机。它与同步发电机同轴旋转，通过滑环将发出的直流电供给同步发电机转子绕组作为励磁电流。励磁机的励磁电流则由励磁机自并励电流供给调节励磁机励磁电流就可改变发电机的转子绕组励磁电流，实现

发电机电压调整的目的。

(1)直流励磁机电压的建立：

并励式直流发电机的励磁绕组跨接到电枢的两端，利用自身发出的一部分电能来供给自己的励磁。直流励磁机电压的建立，首先是依靠电机磁极的剩磁。当电枢旋转时，磁极的剩磁在电枢绕组中感应一个不大的电势。当励磁绕组跨接到电枢的接线正确时，这个电势在励磁绕组中产生的电流会产生一个与剩磁方向一致的磁场，使电枢绕组中的感应电势增强，最终建立起稳定的电压，见图2。因此，并励电压的建立必须满足三个条件：①电机磁极有剩磁；②励磁绕组并联到电枢的极性正确；③励磁回路电阻必须小于它的临界值(这在直流电机的设计中给予了保证)。

图2励磁机的自励过程

1-并励发电机的空载特性曲线；2-励磁回路电阻保持不变的场阻线；3-临界场阻线；

(2)直流励磁机换向极的作用：

直流发电机从本质上是一台装有换向器和电刷的交流电机，依靠换向器和电刷的作用把电枢中的交流电变成直流电，通常将这一过程称为换向过程。在换向过程中，电刷与换向器表面之间因换向过程中电磁变化和机械、电化学、电热等现象的共同影响而产生火花。当火花超过一定限度时，会使电刷和换向器很快损坏，从而使电机不能正常工作。为消除电磁原因引起的火花，直流发电机广泛采用换向极来改善换向。换向极装在两个主磁极之间的中性线上，换向极线圈串联在电枢绕组回路中。换向极的作用是利用电枢电流流过换向极线圈产生一个与交轴电枢反应磁场相反方向的磁场，抵消换向瞬间产生的感应电势。因此，换向极必须有正确的极性。

2．2故障分析

(1)开机升压，发现指示励磁电流的电流表反偏：我们开始认为是励磁绕组并联到电枢的极性错误，所以立即停机，将F1、F2端子交换。随后开机，调节磁场变阻器，发电机端却无电压指示，

表明以上处理不正确。根据直流电机电压建立的条件分析，并结合刚才励磁电流的电流表反偏的情况，判断发电机端无电压指示是励磁机磁场线圈极性接反所致。于是再次停机，将F1、F2端子接法还原，同时将电流表的正、负极调换连接。开机升压，一切正常。

(2)当带负荷时，整流子上火花较大：在前面的分析中已知，火花是因换向过程中电磁变化和机械、电化学、电热等现象的共同产生的。换向极的作用就是消除换向过程中，电磁变化产生的火花。现在整流子上火花较大，表明换向极可能没有起作用或换向极的极性错误。所以，将H1、

H2端子调换连接的作法是正确的。

(3)满负荷时，功率因数大于1：为什么会出现这种现象呢?原来，发电机带负荷时在机端电压和励磁电流都保持不变的情况下，有功增加，无功本身就会自动减少，即发电机内感应电势E减小。对于这个问题，只要调节发电机励磁电流就可以解决。但本例中由于换向极绕组反接，就增强了交轴电枢反应磁场的去磁作用，发电机内感应电势E更进一步减小，使发电机此刻工作在送出有功吸收无功运行状态，造成功率因数大于1(又称进相运行)。所以，将H1、H2端子调换连接后，调节发电机励磁电流，进相运行现象消除。

3、结束语

从以上分析中看到，故障的发生主要是检修人员粗枝大叶和对直流励磁机工作原理不熟悉而造成的。为了避免此类故障的发生，应进一步提高检修人员的业务素质，特别是要熟悉厂(站)设备的

工作原理，做到心中有数。