励磁系统改造过程中存在问题的分析

励磁系统改造过程中存在问题的分析
发表时间：2018-05-10T10:42:38.167Z 来源：《电力设备》2017年第36期作者：杨国富王伟[导读] 摘要：励磁系统是水轮发电机组的重要组成部分。

励磁系统的技术性能和运行可靠性对机组和电力系统的供电质量、继电保护可靠动作和安全稳定运行都有重大影响。

（华能澜沧江水电股份有限公司云南昆明 650000）摘要：励磁系统是水轮发电机组的重要组成部分。

励磁系统的技术性能和运行可靠性对机组和电力系统的供电质量、继电保护可靠动作和安全稳定运行都有重大影响。

关键词：水电站；励磁系统；直流系统绝缘全数字工控励磁装置，调节器由模拟式集成电路组成。

随着运行时间的增加，设备技术相对落后，元器件老化现象日趋明显，故障日益增多，对电站的安全生产造成严重威胁，因此决定对机组励磁系统进行改造。

经过市场调研比选，采用了EXC9000型全数字式静态励磁装置，并结合电站机组大修对励磁系统进行了改造调试。

在改造调试和运行过程中先后遇到一些问题，本文旨在分析查找这些问题的原
因，并进行及时、有效的处理。

1励磁装置未投运时转子引线带电 1.1故障现象
新励磁系统的调节柜、功率柜和灭磁柜按要求安装到位，励磁系统内部及对外接线、对线工作完成；励磁变压器还处在检修状态，励磁系统的交直流电源全部断开。

机组检修工作基本完成，准备将励磁转子引出线固定到发电机集电环上时，安装人员有触电的感觉，立即停止工作进行检查，用仪表测量发现转子引出线正、负极对地都有约70V的交流电压。

1.2故障分析及处理
可能引起转子引出线带电的有整流桥、起励回路、电压和电流变送器以及转子一点接地装置等。

因励磁变还处于检修状态，整流桥就不可能使转子引出线带电，而励磁系统交直流电源全部断开，使得起励回路、电压和电流变送器引起带电的可能性也被排除。

机组投运前，转子一点接地装置与励磁系统是直接相连的，因此，引出线带电最有可能是转子一点接地装置引起的。

据电气二次工作面负责人汇报，为检验其检修效果对机组电气二次设备进行通电试验，其中也投入了转子一点接地装置工作电源。

但是转子一点接地装置怎么会使转子引出线带电的呢?电站采用的LD-3型转子一点接地继电器是用转子的绝缘电导作为判断依据，测量转子接地电阻并进行监视，它与转子的接地电容无关，只随着电机的温升和容量而变化，这样，继电器就具有很高的灵敏度。

转子一点接地继电器在转子绕组与大轴(即大地)之间加有一个电压，而在转子绕组不接地的正常情况下，绕组对地有容性阻抗。

这样，如果W1的电压不发生变化，通过调节可变电阻r1和r2，使流过W8与转子绕组的电流为定值；并且保持W4，W5，W6与W7，W8，W9所组成的平衡桥的平衡，从而保证出口继电器JJ不动作。

而一旦转子绕组发生接地，绕组对地容性阻抗消失，会引起W8与转子绕组回路电流发生变化，破坏了上述平衡桥的平衡，使得出口继电器JJ得电动作，发出接地报警。

这就是转子引出线带电的原因。

断开转子一点接地装置电源后，测量转子引出线无电压，从而完成励磁转子引出线固定工作。

2开机起励时报转子接地故障 2.1故障现象
各系统都投入正常工作位置，发电机组处于热备用状态，运行值长下令2号机至空载位置。

2号机开机流程开机至95%额定转速，稍微停顿后机组建压，此时，发电机保护装置报转子一点接地故障。

现场指挥下令停机检查，发现转子一点接地装置出口继电器JJ并未动作，并且发电机保护装置的转子接地故障报警能复归。

断开灭磁开关QFG检查转子各部，并未发现接地迹象。

而再次下令开机，又发生上述接地现象。

2.2故障分析及处理
根据故障现象，转子接地报警只是瞬时发生，随后便消失。

同时查看机组开机流程，发现接地报警发生时发电机只进行了投励磁的动作，那么投励磁为何会引起转子一点接地故障呢？EXC9000励磁系统采用机组残压起励和外部辅助电源(即直流)起励2种起励方式。

残压起励功能可以通过调节柜触摸屏上的功能键进行投退，正常情况下，采用快速脉冲列技术以实现残压起励。

在起励过程中，晶闸管整流桥的输入端仅需10V～20V的电压即可正常工作。

但起励时的机组残压值也不能太小，否则将不能维持晶闸管的持续导通。

在10s内残压起励失败时，励磁系统可以自动启动外部辅助电源起励回路。

测量发现晶闸管整流桥的输入电压仅有5.9V，不能满足厂家10V～20V的要求。

断开机组直流起励电源后开机至空载，机组无法正常建压，由此可知，2号机残压无法正常起励，开机起励是通过启动外部辅助电源回路(即直流起励)方式来实现的。

直流起励就是直接给转子绕组激磁，在发电机电压升高至能使晶闸管触发导通、整个励磁系统进入正常工作状态时，外加起励电源即退出。

直流起励时，将全厂直流系统的控制母线电压加到转子绕组，直流系统绝缘不好也可能引起转子一点接地故障报警；而起励完成后，直流系统与转子绕组断开，接地故障消失，报警就能复归了。

而长期以来，由于部分设备运行环境结露、潮湿，电站公用直流系统负母线对地电阻偏低，直流系统绝缘不符合要求，因此，在励磁系统直流起励时，导致转子一点接地报警。

全厂直流系统绝缘降低这个故障一时难以彻底解决。

为防止机组起励时再报转子一点接地故障影响机组正常开机，只能在起励时暂时将转子一点接地装置退出，待起励完成后再投入。

于是，在转子绕组与一点接地继电器之间串入起励接触器Q61的常闭接点。

起励时转子一点接地报警就被屏蔽了，而机组正常运行时检测功能却能投入工作。

当然，要彻底解决该问题，还必须将直流系统接地故障排除。

3灭磁开关跳闸后不能电动合闸 3.1故障现象
发电机励磁系统正常运行近4个月，1号机带满负荷正常运行时，线路由于遭受雷击而开关跳闸。

致使1号机过速达150%，机组紧急停机，跳开发电机开关、灭磁开关。

待1号机停机完成后，检查机组各部无异常，准备合灭磁开关，待线路恢复后继续发电，但在操作灭磁柜上按钮时灭磁开关无法合闸。

检查灭磁开关确实在分闸位置，但分闸位置指示灯却未亮，查看调节柜触摸屏，发现报“直流控制电源消失”故障。

3.2故障分析及处理
灭磁开关控制及信号回路如图4所示。

根据描述，结合直流电源指示以及灭磁开关状态回路，可以明确判断出继电器KTP并未动作。

利用仪表测量KTP线圈的电压为直流43.8V(该控制回路的操作电压为DC 110V)；而利用继电器校准仪器测出继电器KTP的动作电压约为
45V。

也就是说，加在KTP两侧的电压并未达到其动作值。

正常情况下，灭磁开关跳闸后，其位置常闭接点QFG闭合，而合闸接触器QCL的辅助常闭接点也应接通，再通过电阻R65，合闸接触器QCL线圈；使601和602端子的DC 110V电压加在继电器KTP线圈、电阻R65、合闸接触器QCL线圈上。

此时，继电器KTP动作，使其触点1，9接通，短接旁路电阻R65。

由于电流并未达到接触器QCL的动作值，QCL并不动作合灭磁开关。

这样看来，灭磁开关跳闸后继电器
KTP不动作是虚线箭头回路存在问题。

查该回路中灭磁开关QFG常闭接点、合闸接触器QCL常闭接点闭合。

测量电阻R65两侧电压约为DC 57V，断电后测量其阻值为4kΩ，查看厂家元器件明细表发现其阻值为2kΩ。

询问厂家设计人员了解到，R65在操作电源为DC 220V时阻值应为4kΩ，DC 110V时阻值应为2kΩ。

也就是说，电站DC 110V操作电源回路误用了4kΩ的电阻。

在这种情况下，即使按下左侧的“远方”或“现地”按钮将继电器KTP线圈短路，由于R65的阻值过大，通过合闸接触器QCL线圈的电流也不足以使之动作。

因此，现地电动合灭磁开关失败。

将电阻R65阻值更换为2kΩ后，加在继电器KTP线圈的电流足以使之动作，其触点1，9接通，灭磁开关位置显示正常。

此时，按下左侧的“远方”或“现地”按钮，DC 110V全都加在合闸接触器QCL线圈上，电流足以使之动作，合灭磁开关成功。

初步分析，认为电阻R65并不起什么作用，是否可以去除呢？但深入分析发现，如果将电阻R65去除，一旦电容C65被击穿短路，合闸接触器QCL就将吸合、分断往复动作。

因此，电阻R65不能去除，它的作用是在电容C65一旦被击穿后对接触器QCL限流。

4结语
在励磁系统的改造、调试、运行中，应注改造调试过程中应充分了解各设备的性能、原理，注意不同设备之间的内在联系。

各个不同工作面应加强合作与协调，操作过程中应认真分析、规范操作，避免人为事故发生。

参考文献：
[1]水轮发电机组励磁系统研究[J]. 杨超杰，丁鈺. 吉林水利. 2017(08)
[2]机组励磁系统增加智能均流功能可行性研究[J]. 许超伟，李园. 设备管理与维修. 2017(07)。