水轮发电机组励磁系统1
华光潭一级水电站励磁系统升级改造
华光潭一级水电站励磁系统升级改造摘要：本文介绍了浙江华光潭水力发电有限公司华光潭一级水电站1#、2#机组励磁系统升级改造的相关情况，对新系统的主要特点、主要功能等进行了详细阐述，对同类型水轮发电机组励磁系统的改造、升级具有一定的借鉴作用。
关键词：exc9000；励磁系统；智能化；升级改造浙江光潭梯级水电站位于浙江省临安市分水江干流昌化江上游的巨溪，由两级电站组成。
华光潭一级水电站工程坝址在临安市鱼跳乡华光潭村下游2km，厂址在荞麦岭村的巨溪右岸，距坝址约11km；华光潭二级水电站工程坝址在一级电站厂房下游约1.5km左右的田莆前村附近，厂址在其下游童家山村，距大坝约6.5km。
梯级电站总装机85mw，其中一级电站装机2×30mw，二级电站装机2×12.5mw。
华光潭水电厂在杭州电网调度中承担着比较重要的调峰、调频和事故备用任务。
1原励磁系统基本工作情况华光潭一级水电站励磁设备于2002年与广州擎天实业有限公司（原广州电器科学研究所）订货，采用的励磁设备型号为老exc9000型智能化功率柜励磁系统，设备于2003年到货，2004年、2005年完成设备投运。
投产至今该设备总体稳定，调节和控制性能满足运行要求。
2改造原因华光潭一级水电站励磁系统设备自投运完成后总体运行效果良好，各项技术指标满足电站运行要求。
随着设备长时间运行，华光潭电站励磁系统已进入老龄期，元器件、各板件等因老化等原因使得电站更换励磁系统器件的数量近两年来逐年增加，励磁系统内部can总线通讯所使用的同轴电缆由于长时间运行、机组振动等运行环境的原因，容易造成can总线通讯接口接触不良，引起误发故障。
这些缺陷都有可能会影响电站发电机组的安全运行。
励磁系统作为水轮发电机组的重要组成部分，其运行状况直接影响机组可靠性与稳定性。
3励磁系统的改造方案选择由于华光潭一级电站励磁系统故障点集中在励磁系统内部通讯环节，功率柜、灭磁柜除了部分板件外，其它元件均运行正常，因此此次改造目标是励磁系统内部通讯软、硬件回路的完善与升级。
发电机励磁系统
复励系统
复励系统
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1.直流励磁机励磁系统
多用于七十年代以前的中小型机组。
2.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静止整流器励磁 系统（“三机”励磁系统）
多用于六十年代以后100MW以上的大型火电机组。
3.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-旋转整流器励磁 系统（“无刷”励磁系统）
用于八十年代以后的大中小型机组（用量较少）。
在发电机突然解列、甩负荷时，强行励磁，将励磁电流迅速 减到安全数值，以防止发电机电压过分升高；
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4．提高继电保护动作的灵敏度
当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流 不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小， 且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正确工 作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁 对发电机进行强励，不仅有利于提高电力系统稳定 性外，还因加大了电力系统的短路电流而使继电保 护的动作灵敏度得到提高。
在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时所涉及的主要概念 之一是发电机端电压调差率。所谓发电机端电压调差率是指在自动 励磁调节器调差单元投入，电压给定值固定，发电机功率因数为零 的情况下，发电机的无功负载从零变化到额定值时，用发电机端电 压百分数表示的发电机端电压变化率，通常由下式计算：
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6．改善电力系统的运行条件
因为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
励磁系统常见故障及应对措施
励磁系统常见故障及应对措施摘要：保持励磁系统良好状态，对于水电站安全生产具有十分重要的作用，因此本文对励磁系统工作原理、常见故障及其应对措施进行了探讨。
关键词：故障；措施；励磁系统；水轮发电机励磁系统（excitation system）是向水轮发电机转子绕组提供磁场电流的装置，其主要作用是维持发电机电压在给定水平上、合理分配无功以及提高电力系统运行稳定性[1]。
可见，维护和调试好励磁系统对于保障水电生产的安全运行意义重大。
但是我们也知道任何设备在运行中都可能出现故障，如何针对故障快速诊断和排除是维护人员重要职责和任务，励磁系统自然也不例外，因此本文对水轮发电机励磁系统常见故障与应对措施进行了探讨。
1 水轮发电机励磁系统工作原理1.1 关于励磁方式水轮发电机的励磁方式分他励和自励两大类。
他励主要是以励磁机作为励磁电源的一种励磁方式，自励的励磁电源取自发电机自身。
虽然他励方式不受发电机运行状态影响，励磁可靠性较高，但是结构较为复杂，多出现在旧式励磁系统中，目前基本上采用自励方式。
在自励方式中，应用较多的是可控硅静态励磁方式，它没有旋转部分，维护相对简单。
可控硅静态励磁方式又分为自并励和自复励两种形式，两者比较起来自并励方式从技术、维护、可靠性和造价等方面都更为成熟和适用，因而应用更广泛，故此本文将自并励方式作为讨论的基础。
1.2 自并励系统的原理与构成如图1所示，自并励系统利用接在发电机端的励磁变压器励磁交流电源，通过晶闸管整流装置变换为直流励磁电源。
再结合图2，水轮发电机励磁系统由励磁调节器、励磁整流装置、起励装置、灭磁装置、励磁变压器以及保护、测量等装置组成。
其中励磁系统由励磁调节器与功率灭磁单元构成，励磁调节器根据所检测到的发电机电压、电流等信号，按照一定的控制准则自动调节功率灭磁单元的输出；而励磁控制系统则涵盖了励磁系统和同步发电机，通过励磁控制系统可以实现对发电机电压、电力系统无功分配的控制。
大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置安装、验收规程
大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的安装、验收规程DL490-921992-08-12发布1993-02-01实施中华人民共和国能源部批准1主题内容与适用范围1.1主题内容本规程规定了大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的安装调试及验收准则；安装的条件、方法与要求；验收的分类、条件、方法与要求。
1.2适用范围本规程适用于额定容量为10MW及以上的水轮发电机静止整流励磁系统及装置。
对于10MW以下的水轮发电机静止整流励磁系统及装置，可参照有关条款执行。
2引用标准GBJ232电气装置安装工程施工及验收规范SD299大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件DL489大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程3术语3.1装置性材料装置性材料指本身作为安装对象的元器件或设备以及安装中作为连接与组合所用的材料。
3.2三检制为确保工程质量，对建筑安装工程实行按企业全面质量管理的规定，进行自检、互检及专责质量检查的三级检查制度。
4总则励磁系统及装置是保证水轮发电机安全可靠运行的重要组成部分，对电力系统的稳定运行及发、供电质量起着重要的作用。
为此，对其进行安装调试及验收的各单位主管生产的领导及总工程师，要严格按照本规程及大、中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件和试验规程来组织、督促，检查此项工作。
4.1安装工作准则4.1.1安装人员应具备的技术素质4.1.1.1施工负责人。
a.具有相当于中专毕业及以上的本专业理论水平和3年以上的实际安装经验。
b.熟悉本规程及本规程引用的国家标准与行业标准的有关条文。
c.能正确理解与应用设计单位和制造厂的设计图纸及技术资料。
d.按有关规定及要求编制施工计划，组织施工。
e.能独立解决施工中出现的一般技术问题，并能审核与汇总安装记录。
4.1.1.2一般施工人员a.具有相当于电力技工学校毕业及以上的水平。
b.基本熟悉励磁系统及装置中主要设备的工作原理、用途、安装位置及施工注意事项。
水轮发电机励磁系统常见事故处理方案
水轮发电机励磁系统常见事故处理方案一.空载过压过压 1.20倍(62YJ整定)，自动跳灭磁开关；过压 1.25倍(软件整定)，自动至“切除”状态，逆变灭磁；以上保护失败，需手动跳灭磁开关。
二.过励软件保护：过励动作后切换至“恒流”状态。
如果失控，跳断路器，跳灭磁开关。
三.失磁手动增磁。
如果增磁无效，跳断路器，跳灭磁开关。
四.脉冲丢失起励前出现“脉冲丢失”，属正常；空载或并网后出现“脉冲丢失”，属不正常，用示波器检查励磁输出，观察是否缺相：a.缺相处理：停机，检查可控硅和熔断器是否损坏b.波形正常：可能是调节器误报警，不处理五.逆变失败“切除”状态逆变失败，跳灭磁开关。
六.快熔熔断用示波器检查励磁输出，观察是否缺相，停机，更换快熔。
“快熔熔断”，调节器保护，限制负荷，控制电压限制在9v—4v以内。
七.风机停转“风机停转”，调节器保护，限制负荷，控制电压限制在9v—4v以内。
八.可编程控制器异常现象：增减磁无效；起励过压；状态切换无效。
处理：停机，切调节器电源，延时三分钟，重新投调节器电源(上电复位)。
如果故障仍然存在，维修调节器。
九.起励失败1．“起励失败”灯亮，按下61YJ，使起励电源退出。
按以下方法检查后，再重新起励；2．检查灭磁开关状态合上；3．检查调节器的“切除”和“调试”状态是否退出；4．检查起励电源；5．检查可编程控制器X10灯亮否（调节器判断灭磁开关信号），按“起励”按钮时可编程控制器X12灯亮否（调节器判断起励信号），如果灯未亮，检查相应触点。
(灭磁开关和QLC触点)。
水轮发电机组自并励静止励磁原理及故障处理
水轮发电机组自并励静止励磁原理及故障处理随着我国社会发展进程的不断加快，诸多新型技术得以不断创新和研发，由于电力系统在运行过程中，整体装机容量的不断增加，微机保护也被广泛的加以应用。
对于故障切除的具体时间，更是提出较高要求。
本次研究通过分析水轮发电机组的自并励静止励磁原理，针对水轮发电机组中的具体故障处理措施加以深入分析。
以期本次研究能够为发电机组的运行安全可靠性，提供可参考依据。
标签：水轮；发电机组；励磁原理1.水轮发电机组励磁系统原理及特点在水轮发电机组的自并励静止励磁系统运行中，主要的励磁方式包括了两种，其一就是他励、其二即为自励，在自励中又通常可以将其划分为自并励以及自复励。
自并励静止励磁系统，在运行过程中能够依照其励磁的主要功率，取自静止交流电压源，在静止换流器实现整流之后，可以借助滑环以及电刷共同刷入至发电机的转子励磁绕组中，从而形成了发电机组自并励静止励磁方式。
励磁系统通常包括了励磁变压器设备，以及可控以及不可控的整流装置设备，交流励磁功率能够源于发电机组终端，或者借助厂用变的母线，或同步发电机内的独立绕组。
在近些年来的社会发展中，随着励磁系统整体技术水平的不断提升，具备者更好的调压性能，并且在运行过程中具备较高的安全可靠性，可以较为简单的实现接线维护，并且能够行之有效的将短机组的轴长度加以缩短，且反应速度也相对较快，因此被本工程中得以使用。
自并励静止励磁系统通畅在运行中，发电机组的自并励静止励磁电源，是不经由励磁机设备，主要是借助机端的励磁变压器设备，所实现了整流性装置供电主要方法。
此种励磁装置通常所采用的方法，并无转动设备组成。
发电机自并励静止励磁功率源自发电机的终端设备，借助励磁变压器实现励磁变压，借助三项晶闸管整流器设别，实现了整流供给发电机励磁。
自动励磁调节装备，可以根据其具体的安装发电机出口电流互感设别，以及电压互感设备所采集的电压信号、电流以及其他信号。
进而根据主要的调节准则，实现了三相全控整流的移向脉冲出发，确保能够对发电机的励磁电流给予相应的电流信号，确保发电机设备的电压稳定。
晒谷坪水电站1号机组励磁系统脉冲回路故障分析
（ ｕｅ Ｑｎｎｎ ｏ ，Ｌｄ ， ｉ ａｇ４ ３０ ， ｈｎ ） Ｈ ｂｉ ｉｇｅｇＣ ． ｌ．Ｙｃ ｎ ４ ５ ０ Ｃ ｉ ｈ ａ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅｃｍｐ ｓｉ ｆｔｅｅｃ ａ ｏ ｙｔｍ ｏ ｅ ｅａ ｒＮ ． ｆＳｉ ｐｎ ｙ ｒ ｏ ｅ ｌｎ，ａ ｄ ａ ａ ｒ ｂ ｔ ｃ： ｈ ｏ ｏｉｏ ｏ ｘｉ ｔ ｎｓｓ ｆ ｎｒｔ ｏ １ ｏ ａ ｕ ｉ Ｈ ｄｏ ｗ ｒＰａ ｔ ｎ ｓｍ ｊ ｒ ｔｎ ｈ ｔｉ ｅ ｇ ｏ ｇ ｇ ｐ ｏ
晒 谷 坪 水 电站 １号 机 组 励 磁 系统 脉 冲 回路 故 障 分 析
覃 军
（ 湖北清能有限责任公 司， 湖北 宜 昌 ４ ３０ ） ４ ５０
摘要 ： 介绍了晒谷坪电站 １ 号水轮发电机组励磁系统的结构， 论述了如何排查励磁系统故障和如何处理故障， 提出如何
避免励磁系统故障的建议。
ｐ ｉｔ ｏｎ ｓ，ｔ ｅ ｆｕ ｔｄ ｔ ｃｉｎ ａ ｄ ｔｅ ｔ ｎ ｏ ｈ ｘ ｉａｉｎ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｅ ｐ ａ ｎ ｄ． Ｉ ｄ ｉｉｎ，ａ ｓ ｇ ｅ ｔｏ ｂ ｕ ｏ ｔ ｈ ａ ｌ ｅｅ ｔｏ ｎ ｒ ａ ｍｅ ｔｆｒｔ ｅ ｅ ｃｔｔｏ ｙ ｔｍ ｒ ｘ ｌ ｉ ｅ ｎ ａ ｄｔ ｏ ｕ ｇ ｓｉｎ ａ ｏ ｔｈ ｗ ｏ
的 Ａ Ｄ转换 器 ， 拟信 号转换 为数 字 信号 。在一 个 ／ 将模
周 波 内（ ０ｍ ） ２ ｓ 采样 ３ ２个 点 。将 ３ ２个点 进 行 快速 傅
立 叶变 换 （ Ｆ ） 可 求 出 机 端 电压 基 波 的 幅 值 及 频 Ｆｖ 就 ｒ 率 。为 了能准确 测量 有 功及 无 功 ， 对 电压 及 电流 进 需
２１ ０ ０年第 ５期
发电机励磁系统常见的故障的分析及处理
发电机励磁系统常见的故障的分析及处理发表时间：2018-08-13T16:33:34.577Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：王璐[导读] 摘要：发电机励磁控制具有其自身的独特优势，即经济性良好，稳定性较好。
（新疆伊犁河流域开发建设管理局新疆巩留 835400）摘要：发电机励磁控制具有其自身的独特优势，即经济性良好，稳定性较好。
不同的设施设备在运行过程中，都可能会出现不同的故障，但是励磁系统在运行时，如果发生故障，既会直接影响水电机运行的安全性与稳定性，还会导致发生严重的事故。
所以，想要全面促进水电站励磁系统的安全稳定运行，必须根据励磁系统的常见故障类型和原因等进行详细分析，并据此提出有效的处理措施。
关键词：发电机；励磁；故障；处理一、发电机励磁系统的优势（一）电压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。
无功电流是发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流恒定时，发电机端电压随无功电流的增大而减小。
然而，为了满足电能质量的要求，发电机的端电压应保持不变，实现这一要求的途径是根据无功电流的变化来调节发电机的励磁电流。
（二）无功功率当发电机与系统并联运行时，可视为具有无限电源运行的母线，发电机的励磁电流要改变，感应电位和定子电流也要改变，发电机的无功电流也要改变。
为了改变发电机的无功功率，发电机与无穷大系统并联运行时，必须调整发电机的励磁电流。
发电机的可变励磁电流不是电压调节，而是只改变输入系统的无功功率。
（三）无功负荷发电机的并联运行依据其各自的额定容量，无功电流按比例分配。
大容量发电机应承担更多的无功负荷，而较小的发电机容量将提供较少的无功负荷。
为了实现无功负荷的自动分配，通过高压自动调压励磁装置，可以改变发电机励磁电流以维持相同的端电压，还可以调节发电机调压特性的倾斜度，从而实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
二、发电机励磁系统的常见故障（一）发电机失磁故障转子电流表显示的数值为零或者接近零，校正装置和复励电流会有所增加。
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电磁型复式励磁装置简介
复式励磁装置原理接线图
复式励磁的优缺点及改进
复式励磁能改善发电机端电压水平。有 检测补偿后，电压十分恢复到允许范围。 在复式励磁使用的同时，再配合能直接 反映端电压变化的调节器，才能得到较 好的电压调节质量。 能反映功率因数变化的复式励磁称为相 位复式励磁，它的补偿效果优于复式励 磁。
第提供可调节 励磁电流的装置的全部组合。 其中包括：产生可调节励磁电流的功率 单元“如励磁机”与控制功率单元的励 磁调节器两个主要组成部分，以及相关 的测量仪表、辅助设备等。
励磁功率单元 发电机 励磁调节器 输入信号
电 力 系 统
励磁控制系统结构框图
功率单元的作用：向发电机转子输入可调节的 直流励磁电流，在转子励磁绕组上建立起一个 可控的磁场。 励磁调节器的作用是：根据输入信号控制功率 单元的输出。 励磁电流是同步发电机产生无功功率的来源。 因此，在电力系统运行中，良好的励磁系统对 改善电力系统的运行有着重要的意义。
对励磁系统的基本要求
系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机 电压高低以维持发电机电压在给定水平 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率，为 此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差 系数可以在10％以内进行调整。 励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行 励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运 行条件
2、他励直流励磁机系统 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁 机供电的，比自励多用了一台副励磁机 二、交流励磁机励磁系统 1、他励交流励磁机励磁系统 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁 机供电的，比自励多用了一台副励磁机 该励磁系统多用于水能发电机。
IZTL
他励直流励磁机系统
要求旋转整流器和快速熔断器等有良好 的机械性能，能承受高速旋转的离心力。 因为没有接触部件的磨损，所以也就没 有炭粉和铜末引起的对电机绕组的污染， 故电机的绝缘寿命较长。 长度增加，制造工艺复杂。
三、静止励磁系统（发电机自 并励系统）
静止励磁方式的主要优点是： 励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分， 维护费用省，可靠性高。 不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可 减小基建投资。 直接利用晶闸管取得励磁能量，机端电压与机 组转速的一次方成正比，故静止励磁输出的励 磁电压与机组转速的一次方成比例。而同轴励 磁机励磁系统输出的励磁电压与转速的平方成 正比。这样，当机组甩负荷时静态励磁系统机 组的过电压就低。
转子滑环允许通过的电流目前为：800010000A，当励磁电流超过时应采用无刷 励磁系统 。 无炭刷和滑环，维护工作量大为减少 供电可靠性高。无刷、发电机励磁由励 磁机独立供电。
发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁 实现的，因而励磁系统的响应速度较慢。 发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，因此在 转子回路中不能接入灭磁设备，发电机转子回 路无法实现直接灭磁，也无法实现对励磁系统 的常规检测（如转子电流、电压，转子绝缘， 熔断器熔断信号等），必须采用特殊的测试方 法
第四节半导体自动励磁调节装 置工作原理
第三节励磁系统的换流电路
在各种励磁系统中，除了直流励磁机励 磁系统外，其他类型的历次系统均需要 三相可控或不可控整流电路 一、三相半控桥式整流电路
s1 A
s2 B
s3 L C D2 D R
D4
D6
原理接线图
当触发角为0度时
Ud= 2.34Up
当触发角大于0度有：
Ud=2.34Up（1+cosª) ÷2 ª的可变范围是180度
自动调节器的概念和基本框图 励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电 流，通称为If 功能：一是保持发电机的端电压不变； 其次是保持并联机组间无功电流的合理 分配。
励磁调节器的概念和基本特性
励磁调节过程说明图
人工不断调整RC的大小，以达到维持其 端电压不变的目的。 这种调节称为比例式调节方式。 人工在调压过程中的作用可用下图中的 ab线段来表示 ab线段的斜率可以通过ZTL内部环节调整
自动调节励磁装置
自动调节励磁系统框图
复式励磁——补偿型励磁调节 器
补偿型调节器：采用对扰动量进行补偿 的调节方式。 复式励磁装置是典型的补偿型励磁调节 器。 典型的补偿型调节器为电磁型复式励磁 装置。
复式励磁原理
∑ IRc Ifl 复式励磁 励磁机 If Ia 发电机
Ief
Ut
复式励磁装置框图
二、三相全控桥式整流电路
全控桥在一个工频周期中的触发脉冲数 为6个，各脉冲相距为60度 1、整流工作过程
整流过程只能在触发角小于90度内产生，
Ud=2.34Upcosª
2、逆变过程的分析
全控桥在触发角大于90度时，即直流变 成交流输出。励磁系统中利用逆变来实 现快速灭磁。
二、交流励磁机系统 大容量的发电机多采用交流励磁机经整流器的 励磁系统，因为交流励磁机无整流子，容量可 以造得较大。 根据交流励磁电源整流方式及整流状态的不同， 这类系统又可分为两类： 1、带静止整流器的励磁系统（因整流器位于 静止位置） 分为：他励式与自励式
他励式：
TV
自励式：
2、无刷励磁系统
要求励磁功率单元有足够的可靠性并具 有一定的调节容量 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。
同步发电机的励磁电源实质上是一个可 控的直流电源 按功率单元的不同，可分为直流励磁机 系统、交流励磁机系统及半导体励磁系 统。
同步发电机励磁系统
一、直流励磁机系统 优点：结构简单、运行可靠； 缺点：励磁机为整流子，平时对整流子、电刷 的维护工作量大；当需要的励磁电流很大时， 换向困难。 该系统只能适用于10万KW以下的中小型机组。 1、自励直流励磁机系统 发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电 调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流
电力系统中自动调节励磁系统 的任务
在正常运行条件下维持发电机端或系统某点电 压在给定水平 实现并联运行发电机组的无功功率的合理分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 励磁系统改善电力系统运行条件（1.提高继电 保护动作的灵敏度.2.改善电动机自启动条件3. 允许发电机失磁异步运行） 对于水能发电机应要求能强行减磁