水轮发电机的可控硅励磁
发电机励磁调节器原理解读
水轮发电机励磁的自动调节
1水轮发电机的励磁方式
同步发电机将旋转的机械能转换成为电能,在转换中需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流。
励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式:
¾从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机;
¾从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机。
一般而言,具有直流励磁机的发电机,若调节装置本身的强励作用不够,即需加装专门的强行励磁装置;
采用可控硅整流的他励和自励发电机,通常可不再设专门的强行励磁装置。
强励倍数是指强励时实际可达的最高励磁电压Uex.max与额定电压Uex.n的比值:Kq=Uex.max/Uex.n。Kq值越大越好,采用直流励磁机的强励倍数一般约为1.8—2.0。
强励倍数与励磁机的饱和程度和励磁机励磁回路的电阻等因数有关。
采用可控硅励磁的发电机,其强励磁倍数与他励方式的直流或交流励磁相比,可提高4倍。
2水轮发电机的有关特性和调节励磁电流的方法
由于电力系统电能质量和无功功率的要求,水轮发电机的励磁电流在运行中需要经常进行调节。为了说明调节励磁电流的必要性和实现调节励磁电流的自动调节装置的任务,先作如下讨论:
1水轮发电机的有关特性
调节励磁电流是为了实现电压和无功功率的调节:
发电机失去稳定后,若不及时减小导叶开度τ,则转速将升至很高,可使发电机遭到破坏。同时,由于f G与f sys不同,发电机的定子中将出现很大电流,同样会导致发电机破坏。此外,并列运行的发电机失去稳定,还会给电力系统带来严重事故。
暂态稳定是指系统遭受短时间大扰动后,在第一个摇摆周期内,各同步发电机保持同步而不失步,并过渡到新的稳定状态的能力。
在暂态稳定分析时,认为发电机转速和大轴上的输入力矩为定值。通常对于短路、故障切除、重合闸等,由于机组的转速变化不大,只考虑功角δ的变化,属于暂态稳定问题。
水轮发电机空载下励磁调节器的调整和试验
水轮发电机空载下励磁调节器的调整和试验水轮发电机空载下励磁调节器的调整和试验？1、在发电机额定转速下，励磁处于手动位置，起励检查手动控制单元调节范围，下限不得高于发电机空载励磁电压的20%，上限不得低于发电机额定励磁电压的110%.2、开展晶闸管励磁调节器的自动起励试验。
3、检查励磁调节系统的电压调整范围，应符合设计要求。
自动励磁调节器应能在发电机空载额定电压的70%～110%范围内开展稳定平滑的调节。
4、测量励磁调节器的开环放大倍数。
录制和观察励磁调节器各部特性，对于晶闸管励磁系统，还应在额定空载励磁电流情况下，检查功率整流桥的均流和均压系数，均压系数不应低于0.9，均流系数不应低于0.85.5、在发电机空载状态下，分别检查励磁调节器投入、手动和自动切换、通道切换、带励磁调节器开停机等情况下的稳定性和超调量。
在发电机空载且转速在95%～100%，额定值范围内，突然投入励磁系统，使发电机端电压从零上升至额定值时，电压超调量不大于额定值的10%，振荡次数不超过2、次，调节时间不大于5s.6、在发电机空载状态下，人工参加10%（阶跃量干扰，检查自动励磁调节器的调节情况，超调量、超调次数、调节时间应满足设计要求。
7、带自动励磁调节器的发电机电压一频率特性试验，应在发电机空载状态下，使发电机转速在90%～110%，（额定值范围内改变，测定发电机端电压变化值，录制发电机电压一频率特性曲线。
频率每变化1%（额定值，自动励磁调节系统应保证发电机电压的变化值不大于额定值的±0.25%.8、晶闸管励磁调节器应开展低励磁、过励磁、电压互感器断线、过电压、均流等保护的调整及模拟动作试验，其动作应正确。
9、对于采用三相全控整流桥的静止励磁装置，应开展逆变灭磁试验，并符合设计要求。
水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理探讨张其群
水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理探讨张其群发布时间：2021-10-05T08:16:16.612Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：张其群[导读] 励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。
四川兴鼎电力有限责任公司四川省阿坝州 623500摘要：励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。
励磁系统通过向发电机转子提供可调励磁直流电源，对发电机机端电压恒定进行控制，满足发电机运行和发电需要，提高电力系统稳定性。
在运行过程中，系统运行是否稳定还受到多方面因素影响，导致励磁系统故障问题发生，对于机组安全与经济性都带来了一定的影响。
本文就对水轮发电机励磁系统故障问题进行分析，并提出相应的处理和解决对策，确保发电机组运行正常。
关键字：水轮发电机；励磁；故障原因；处理在水电厂的发电机组中，励磁系统作为其核心的系统，其作用是进行励磁调整，以确保定子电压具有较高的稳定性。
通过合理的分配各台机组间无功功率，可以提高发电厂的发电机组的可靠性、电力系统的稳定性以及电厂的自动化水平。
因此，加强对水电厂励磁系统的研究具有重要的意义。
一、水电站水轮发电机励磁系统简介励磁系统在水电行业的主要作用是管理作用，主要体现在通过各种信号来调控水电站机组的运行使其一直处于较为稳定的状态，而励磁系统的主要运行方式分为自励型和他励型，自励又分为自复励和自并励两种，后续还会根据叠加方式的不同往下继续细分。
而励磁系统的运行原理是在接受到水电站发出的信号后将之转换成电流来确保机组的电稳定性，而后根据电流信号的大小判断使用自复励还是自并励的运行模式或者直接使用他励型来避开与电力系统的影响。
在励磁系统中使用的过程中还需要大量的设备，一般有励磁变压柜、调节器等较为高端的设备且这些设备都发挥着十分重要的作用。
二、水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理水力发电的过程中，除了水轮机、发电机是电力系统的重要组成部分，发电机励磁系统在发电机发电可以发挥决定性的作用，励磁系统的好坏，工作状态是否正常，可以确定发电机产生电能，电能质量、工作状态是否正常。
可控硅励磁基本知
三、恰甫其海电厂励磁系统简介
EXC9000型全数字式静态励磁系统主要特 点是功能软件化、系统数字化。本系统的 数字化不仅体现在调节器，也体现在功率 柜和灭磁柜。励磁系统的各个部分均能实 现智能检测、智能显示、智能控制、信息 智能传输和智能测试 。
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1、调节柜
EXC9000励磁调节器 为双微机三通道调节 器，其中A、B通道为 微机通道，其核心控 制器件是32位总线工 控机，C通道为模拟通 道。
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二、整流原理
通过对以上逆变的分析，我们可以看出： • ①要实现逆变，应使Ud为负值，所以三相全控桥式整流
电路实现逆变的第一个条件是控制角α应在大于90°和小 于180°范围绕内。 • ②要实现逆变，负载必须为电感性，且原先三相桥处在整 流状态下工作，即转子绕组原先励磁具有能量。因而三相 全控桥式整流电路实现逆变的第二条件是负载呈电感性且 原先储有能量，当负载是纯电阻时，三相全控桥电路不能 实现逆变。 • ③逆变就是直流侧电感中储存的能量向交流电源反馈送的 过程，因而逆变时交流侧电源不能消失，这就构成了三相 全控桥式整流电路实现逆变的第三个条件。
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二、整流原理 类似的，作出控制角α=60°时的全控桥整 流输出电压波形如图所示。
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二、整流原理
当60°<α<90°时，晶闸管换相时瞬时值 已为负值，由于电感的作用，导通的晶闸 管继续导通，整流输出出现了负的电压波 形，使整流电压值降低。电感性负载当 α=90°时，在电流连续情况下输出电压波 形的正负面积相等，输出电压的平均值为 零，如图所示。
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二、整流原理 励磁设备是电厂的辅助设备之一，它是把 交流电整流成直流电供给转子磁极，通过 水轮机带动转子转动以形成旋转磁场切割 定子绕组，在定子绕组中感应成电动势， 通过导线向负荷供电。
可控硅励磁装置故障分析与处理
可控硅励磁装置故障分析与处理可控硅励磁装置是一个可自动调节的励磁系统，它把电力系统信号经过一定的变换后，作为调节器的输入信号，并与给定信号相比较，产生相应的脉冲信号去控制功率单元的输出，达到自动调节系统无功功率的目的。
它是水轮发电机组和汽轮发电机组的重要组成部分，其可靠性能的好坏，直接影响机组的并网发电。
目前，大部分小型水轮发电机均采用可控硅励磁系统，但往往因为励磁故障使发电机不能发电。
特别是在汛期，有水不能发电，给电站造成一定的经济损失。
下面结合应用实例，对发生的故障进行简要的分析与处理。
1.基本情况1.1 设备基本情况某水电站可控硅励磁装置。
以1套空压机系统為例，其中同步电动机供电额定电压是6kV、额定功率是550kW的；其转子电阻为0.1378，包括联接导线和滑环电阻时转子电阻为0.1618；额定励磁电压为50V，电流238A。
配套的可控硅励磁装置是KGLF11-300/75型三相桥式全控整流固接励磁电路，双可控硅灭磁，直流输出电压75V，电流300A，整流变压器为Δ/Y-11接法。
1.2 故障情况可控硅励磁装置中可控硅元件温度过热，多次发生可控硅元件、控制及触发电路损坏现象。
同步电动机向电网输送无功（即功率因数超前）运行时，同步电动机也严重发热，迫使同步电动机长期在欠励磁情况下运行。
2.同步电动机经常出现的故障及原因分析经常出现的故障现象有：1、定子铁芯松动、运行中噪声大；2、定子绕组端部绑线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊，导线在槽口处端点断裂，引起短路；3、转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊，绝缘局部烧焦；4、转子线圈绝缘损伤，起动绕组笼条断裂；5、转子磁板的燕尾楔松动、退出；6、电刷滑环松动，风叶断裂等故障。
以上故障现象有的出现在存在于同步电动机仅运行2-3年内，甚至半年内。
一般认为是电动机制造质量问题，但许多电机制造厂，虽对制造工艺中的关键部位加强措施，但没有明显效果，故障现象仍然屡屡发生。
第3章水轮发电机励磁系统
第3章 水轮发电机励磁系统3.1 水轮发电机励磁控制系统的任务和基本要求同步发电机的运行特性与其空载电动势E q 的大小有关，而E q 为励磁电流I E 的函数，改变励磁电流就可以直接影响同步发电机在电力系统中的运行性能。
因此，励磁控制是对同步发电机运行进行实时控制的主要内容之一。
电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响发电机的机端电压和并联运行机组间无功功率的分配。
当电力系统故障时，要求迅速改变励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。
可见同步发电机励磁控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统稳定运行等方面都具有十分重要的作用。
同步发电机的励磁系统由测量单元、励磁调节器和励磁功率单元组成，如图3.1。
励磁功率单元向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流，励磁调节器根据输入信号和给定的调节控制规律控制励磁功率单元的输出，从而达到调节励磁电流的目的。
整个励磁控制系统是由测量单元、励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
图3-1 励磁控制系统框图图3.1 励磁控制系统框图 3.1.1 同步发电机励磁控制系统的任务在发电机正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机安全运行，提供合格电能，而且还能改善电力系统的稳定条件。
1. 调节电压电力系统正常运行时，负荷是随机波动的。
随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端或系统中某点电压在给定水平，所以励磁系统担负着维持电压水平的任务。
为便于分析，下面用最简单的单机运行系统来进行分析，如图3.2所示。
图3.2（a ）是同步发电机运行原理图，图中GEW 是励磁绕组，G U 为机端电压，G I 为发电机定子电流，E I 为励磁电流，E U 为励磁电压。
正常情况下，励磁电流流过GEW 并建立磁场，从而使发电机定子产生空载感应电动势q E ，改变E I 的大小，q E 的值就相应改变。
水轮发电机轴电流的产生和对轴承的保护
51中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.03 （上）水轮发电机在带负荷运行时，会在转子上下两端产生感应轴电压，尽管轴电压数值上不会太大，仅有几伏，但因为主轴电阻很小，一旦轴承油膜遭到破坏，在主轴和轴瓦之间就会产生比较大的轴承回路电流，据有关文献介绍，轴承电密达到或超过0.2A/cm 2时，润滑油膜就会发生碳化，使润滑油润滑效果降低，导致轴瓦温度升高，影响到发电机机组的安全运行，严重的会引起发电机重大运行事故。
目前，对轴电流还缺乏有效的计算分析手段，如乌江三岔河的引子渡电站2#机发现轴电流偏大，发电厂邀请了专家进行分析，但未能分析出轴电流偏大的原因。
一般来说，厂家会根据自身的经验设定最大轴电流报警，一旦发现轴电流偏大或异常变大时，必须停机进行故障排除。
为减少轴电流，防止轴承烧损，一般制造厂家都会在设计上采取一定的防范措施，如设置绝缘、装设轴电流检测装置，可以防止轴承烧损，确保机组的安全稳定运行。
1 轴电流的产生及其危害发电机的轴电流，通常随着发电机负荷变化、励磁电流变化而变化。
产生轴电流的前提条件是主轴两端存在轴电压，轴电压的产生，一般认为有以下主要原因。
（1）定子铁心通常采用较薄的硅钢片叠压而成，片间存在接缝，同时定子、转子之间不可避免的存在一定的偏心，国家有关标准对这个偏心值有硬性要求，定转子各处的实际气隙偏差不得超过定转子气隙的8%。
定转子之间存在偏心，使气隙磁场不均匀，因气隙磁场是旋转的，而主轴中心与旋转磁场中心又不会完全一致，就会在发电机主轴上产生交变磁通，产生交流感应电势，该感应电势就是轴电压。
（2）轴承绝缘的损坏是产生过大轴电流的重要原因，在发电机适当位置设置轴电流绝缘是水轮发电机的基本要求。
绝缘设置位置不当，机组长期运行后，设置在油槽内的绝缘受到润滑油的长期侵蚀而被乳化，降低了绝缘性能，从而不能有效阻断轴电流通过轴承形成回路。
轴电流主要危害：当轴电压形成后，就会在主轴、轴瓦、机架、基础之间形成闭合回路，产生轴承电流。
水轮发电机组励磁系统的现状及发展
段与 ｌ ０年 前 相 比均 发 生 了 重 大 的 变 化 。 可控 硅 自并 励 励
动。
磁 方 式 、干式 励 磁 变 压 器 得 到 了普 遍 采 用 ，数 字式 励 磁 调 因此 ，人们 所 担 心 的 问题 已在 技 术 上 得 到解 决 。 目前 节 和 控 制 已 逐 步 取代 模 拟式 励 磁调 节 和控 制方 式 。 该励 磁方 式在 国内外大 中小型水 电站 发电机上得 到 了普
区外 的故 障 ，设 置 合 适 的 保 护 亦 可快 速 动作 而 切 机 ，此 时
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水轮发电机的可控硅励磁
【摘要】本文分析了同步发电机的励磁系统，介绍了励磁控制部分、励磁功率单元、试验运行中的部分问题。
【关键词】水电站励磁运行问题
发电机励磁系统就是提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。
同步发电机的励磁系统励磁系统一般由两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流，以建立直流磁场；第二部分是励磁控制部分，包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。
整个自动控制励磁系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
第二部分可控硅励磁试验运行中的不正常现象。
一、励磁控制系统
1.电压控制，在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压在给定水平。
2.控制无功功率的分配，提高同步发电机并列运行的稳定性
当发电机并入电力系统运行时，它的有功决定于从原动机的功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关。
在发电机并入大电网运行的情况下，改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都有所改变，但发电机的端电压变化较小，无功输出变化较大。
保证并联运行的发电机组间合理的无功分配，是励磁系统的重要功能。
3.快速灭磁
当发电机或升压变压器（采用单元式接线）内部故障时，为了降低故障所造成的损害，要求这时发电机能快速灭磁。
此外，当机组甩负荷时，发电机机端电压会异常升高，对于水轮发电机尤其如此，当水轮发电机发生甩负荷时，由于机组惯性时间常数较大，发电机会产生较严重的过速，对采用同轴励磁机的发电机来说，它的端电压正比于转速的三次甚至四次方。
因此，甩负荷可能造成发电机
严重过压。
为防止发电机机端电压过份升高危及定子绝缘的程度，也要求励磁系统有快速灭磁能力。
4.改善电力系统的运行条件
维持发电机端电压的恒定有利于维持电力系统的电压水平。
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提高系统电压。
从而可以改善电力系统的运行条件。
（1）改善异步电动机的自起动条件；
（2）为发电机异步运行创造条件；
（3）减少重负荷合闸时的电压下降；
（4）重负荷跳闸时，减少系统电压的上升；
（5）提高继电保护动作的灵敏度。
二、励磁功率单元
在励磁系统中，整流电路的主要任务是将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的励磁需要。
对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥式整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务外，事故时还可以将储存在转子磁场中的能量，经全控桥迅速反馈给交流电源，进行将直流变换为交流的逆变灭磁。
这是三相整流电路有源逆变的一种运行方式，也称可逆整流。
电感负载
当α＝0度时，输出电压的最大值为交流侧线电压的1.35倍；当α＝90度时，输出电压为0；即正常励磁时（整流状态），触发控制角(的移相范围为0－90度。
当α＞90度时，整流桥输出电压为负（逆变状态），此时，励磁功率的传递方向发生改变；当α＝180度时，输出电压为－1.35U2。
利用三相桥式全控整流电路的逆变特性，可以将储存在转子回路的磁场能量返回到电源侧，这就是所谓的逆变灭磁。
在实际中为保证可靠导通和防止逆变颠复，(允许范围为10－150度。
有源逆变时，交流侧出现电源消失、丢脉冲，会引起逆变失败。
三、试验运行中的不正常现象
1.起励过压。
在第一次起励试验时，发电机过压或不正常上升。
出现这种现象的主要原因是励磁电流的相序不对或是励磁调节器发出的触发脉冲与整流桥的可控硅不相对应。
（1）检查励磁变压器至整流桥的接线；（2）检查整流桥至励磁调节器同步信号的接线；（3）检查励磁调节器输出脉冲至可控硅的接线。
若手动(电流)方式时起励正常，而自动(电压)方式起励过压，则有可能是发电机电压互感器信号未引至励磁调节器的测量回路，或TV的保险或刀闸未给出。
2.起励时升不起电压。
对自并励系统，起励时升不起电压的原因主要有：（1）发电机剩磁过低；（2）外加初励电源容量不够；（3）起励回路不能正确动作；（4）初励电源的极性与可控硅整流桥输出电压的极性相反；（5）可控硅触发回路故障；（6）可控硅损坏或快熔断。
对于第一个原因，应将初励回路投入，并检查起励回路的动作正确性。
如是第二个原因，则应加大初励电源容量或减小初励回路中串联的限流电阻。
若为后两个原因则应对损坏部分进行更换
3.自动调节时电压波动较大。
在自动电压调节方式下，若电压波动太大或不稳定，一般为电压调节器的放大倍数偏高。
此时，可通过减小电压调节器的放大倍数予以解决。
4.手动调节时励磁电流波动较大。
在手动电流调节方式下，若发电机电压或励磁电流波动太大或不稳定，一般为电流调节器的放大倍数偏高。
此时，可通过减小电流调节器的放大倍数予以解决
5.多整流桥并联时均流不好。
对于采用多整流桥并联运行的励磁系统，其均流系统应满足一定的要求。
若并联运行的整流桥间电流相差太大，应查明原因。
造成并联整流桥均流不好的主要原因有：（1）整流桥间的阻抗相差较大，如刀闸或开关的接触电阻较大，引线长度相差太大等；（2）某个可控硅触发不好；（3）某个可控硅损坏；（4）某个快熔熔断。
6.运行中，发电机励磁电流大幅度下降，无功功率大幅度下降，发电机进相。
造成这种现象的可能原因有：（1）可控硅元件损坏；（2）快速熔断器熔断；（3）低励限制不能正常工作；（4）调节器电源消失；（5）调节器故障。
7.运行中发电机无功不稳，摆动较大：（1）发电机有功功率波动较大；（2）调节器放大倍数过高；（3）可控硅导通不好；（4）可控硅误触发。
第一种原因，主要是要解决调速器的稳定问题。
如果是无规律的偶然性的摆
动，则可能是第
三、四种原因。
若是经常性，则是第二种原因，可将调节器的放大倍数适当降低。
参考文献：
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