發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)故障快速保護方案分析

周德飛

摘要：靜止勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要配套裝備，良好的靜止勵磁系統(tǒng)對改善電力系統(tǒng)運行有著重要的意義。大中型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)在設計、選型、調(diào)試、運行中需要注意很多問題，才能充分發(fā)揮其響應快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，真正提高機組、電網(wǎng)穩(wěn)定運行水平。?根據(jù)新疆地區(qū)同步發(fā)電機靜止勵磁裝置的運行狀況及其特點，進而分析了該裝置在運行過程中可能出現(xiàn)的故障、判別方法，以及所采取的相應處理措施。從而提出發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)故障快速保護方案。

關鍵詞：靜止勵磁系統(tǒng);故障;保護方案

我國已是世界第一大水電裝機國，其在建水電工程規(guī)模在世界上也遙遙領先。而美國、加拿大常規(guī)水電裝機容量分別世界第二、三位。我國的水電在建規(guī)模超過3000萬kW，規(guī)劃水電站容量超過5000萬kW，均居世界第一。在幾百萬千瓦容量的特大型水電站不斷立項、開工的時候，以綠色能源著稱的小水電在中國也進入了一個新的發(fā)展時期。中國的水電發(fā)展在規(guī)模和速度上已經(jīng)步入世界前列。其主要特點為：大型、特大型水電站建設比例增加，大型機組增多。抽水蓄能電站發(fā)展很快，且多數(shù)是大型機組。中小型水電站發(fā)展加快，但是隨著這些科技化水平的不斷提高，西北地區(qū)的發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)的故障依舊存在著一部分的問題。那么下面介紹出現(xiàn)的故障及保護方法。

1.發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)的故障

1.1整流變壓器高壓熔絲熔斷

當發(fā)電機組處于單機運行時，勵磁系統(tǒng)通過不斷改變勵磁電流的大小，當發(fā)電機負荷增大時，電樞反應增強會引起機端電壓下降。這樣在整流變壓器高壓側(cè)熔絲熔斷，熔斷之后產(chǎn)生的是變壓器的邊緣缺失，使得電源接觸不良。一方面導致調(diào)節(jié)器失效，使得變壓器各種相位發(fā)生變化，電流的運作遭到嚴重的破壞。另一方面造成可控的電路失控，整個電流量的輸出下降。造成整個系統(tǒng)的電流量不穩(wěn)定，這樣長時間的運作，會使得變壓器高壓熔絲熔斷。這樣在有效的運行中，使得整個機器的運轉(zhuǎn)失常。

1.2發(fā)電機并網(wǎng)運行時無功波動大

當并列運行的同步發(fā)電機，由于發(fā)電機的運作機器量較多。所以在電力系統(tǒng)電流的負荷發(fā)生變化時，就會引起各機組間無功負荷的重新分配，這樣的重新分配就會導致發(fā)電機的無功波動大，并網(wǎng)運行時速度減慢。而且如果在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的調(diào)差系數(shù)調(diào)整得當?shù)脑挘涂梢詫崿F(xiàn)無功負荷的合理分配，使得無功負荷合理分布，最終使得整個電網(wǎng)的損耗達到最小，實現(xiàn)發(fā)電機并網(wǎng)運行時的優(yōu)化運行。這樣的調(diào)差會使得整個

1.3起勵回路及相應設備設計問題

在發(fā)電機電壓建立前，勵磁變壓器不能提供勵磁電源，所以在系統(tǒng)設計時必須考慮起勵回路及相應設備。通常方式是首先利用起勵電源對發(fā)電機進行勵磁，待發(fā)電機電壓達到或大于10%時通過切換裝置自動退出起勵回路，轉(zhuǎn)換為勵磁變壓器提供勵磁電源，需要考慮設置起勵電源會相應增加廠用電源容量。發(fā)電機第一次啟動及大修結(jié)束后，需要作發(fā)電機短路、空載試驗，并且需對勵磁系統(tǒng)做全面檢查，此時必須為自并勵系統(tǒng)提供試驗電源，通常做法是從380V廠用電源直接拉電纜至可控硅整流橋以提供整流電源，亦可在發(fā)電機升壓變壓器中取抽頭至勵磁變壓器高壓側(cè)以提供整流電源，但投資相對較大。在系統(tǒng)設計時需考慮到將來試驗時采取何種方案并做相應準備工作。

1.4冷卻風機出現(xiàn)故障

由于天氣的變化，機械設備在室外收到氣候的影響。會使得加強硅整流元件散熱的冷卻風機因故障停轉(zhuǎn)，這個時候應立即打開后門，進行通風處理，然后增加冷風效果，使得快速的冷卻下來;而且在散熱器表面溫度不超過80°的情況下可繼續(xù)運行，但是必須要更換新的風機。這樣才能夠快速的解決冷卻風機出現(xiàn)的問題。

2.發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)故障保護措施分析

2.1整流變壓器高壓熔絲熔斷保護

發(fā)生導致調(diào)節(jié)器失效，使得此時變壓器副邊相位發(fā)生變化，同步關系遭到破壞。而且使得可控硅失控，整流橋輸出下降太大。均無法滿足發(fā)電機繼續(xù)運行的條件時。這時應停機處理，及時更換熔絲。換個熔絲重新運轉(zhuǎn)。

2.2發(fā)電機并網(wǎng)運行時無功波動大問題處理

遇到以上情況，此時應檢查這臺發(fā)電機是正調(diào)差還是負調(diào)差，先通過判斷是正調(diào)差還是負調(diào)差來將波段調(diào)制原處。這樣使得發(fā)電機的檔位在零檔后就會重新設置。重新設置后，使并列運行機組的無功分配較為合理的運行。

2.3單相可控硅被擊穿處理措施

勵磁功率整流橋的接線方式一般為全控或半控整流橋，較普遍采用可控硅全控橋。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，大容量、高參數(shù)的勵磁功率柜相繼問世，其特點是在單個可控硅元件選擇上向大電流、高電壓方向發(fā)展以簡化由過多的串、并聯(lián)元件組成的整流橋，據(jù)有關資料，單個可控硅元件的參數(shù)已達2000?A/4000?V，使得可控硅整流橋得以簡化，方便裝置檢修、運行，同時使各支路均流、均壓問題相對易解決。

可控硅勵磁功率柜中應配置有交流過電壓保護裝置，據(jù)現(xiàn)場情況采用風冷、水冷等不同的冷卻方式，并采取一定措施保證并聯(lián)整流柜均流系數(shù)達到要求。為滿足并聯(lián)功率柜投入和切除操作需要，可在可控硅整流橋支路的交流側(cè)及直流側(cè)設置高絕緣水平刀閘或斷路器（空氣開關多為500?V以下的低壓電器，易發(fā)生開關、整流柜事故）?，F(xiàn)時較多的廠家產(chǎn)品中，通常將兩個甚至三個可控硅橋支路安裝在同一功率柜中，使得在實際運行中，當功率柜中支路發(fā)生故障需退出并檢修時，因該柜其他支路、元件仍處于運行狀態(tài)，且位于發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁回路，運行、檢修人員較難進行有關檢修工作。只能將該故障支路所在的功率柜退出，一定程度上影響了機組運行。如果現(xiàn)場場地條件允許，應盡量讓每個功率柜只安放可控硅整流橋，方便功率柜的投入、切除操作，以利運行、檢修。

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