中小型水电站励磁系统故障解决

1、中小型水电站励磁系统故障解决摘要：本文根据水电站励磁系统工作原理，分析了水电站励磁系统故障，结合故障现象及具体成因特征，提出了相应的故障应对及防范策略，旨为同类中小型水电站励磁系统故障的应对及处理提供借鉴及参考。关键词：水库电站；励磁系统；故障解决励磁系统是水电站发电机中极为重要的组成部分，其主要功能在于根据水电站工程需求，实时调整和控制发电机运行中的出口电压和发电机运行功率，保证发电机工作效率最大化。为确保水电站励磁系统正常工作，以防水电机组出现停运故障，本文结合工作实际情况，从中小型水电站工程出发，重点针对本案例中小型水电站失磁、整流电源、自并励、励磁变高压熔断器爆裂及发电机非全相运行故障

2、几种典型励磁系统故障加以分析，寻求行之有效的励磁系统故障解决对策。1 .中小型水电站水电励磁系统工作原理水电站励磁系统结构较为复杂，除了励磁及电气制动两大核心模块外，励磁系统还包括一些辅助性励磁功率单元、励磁调节器以及电磁电流电源设备，它们相互配合协调，共同完成停机过程中的电气制动、正常开机和发电工况下的励磁任务等1。如图1所示，后桥水库电站励磁系统励磁通道调节器主要由测量和操作元件组成，其中A、B自动电压调节通道和手动调节通道C的脉冲回路、测量回路单独存在，在作业过程中，工作人员可采用手动或自动方式，按照规定标准，收集并将水电站信号转化为电流传输，因此励磁系统的平稳运行对于中小型水电站整个电

3、力系统的正常、可靠、安全工作有着重要意义。通常而言，水电机组容量与励磁电流运行方式有关，当其实际容量500kW时，一般采用自并励可控硅励磁，反之则可通过双绕组电抗器分流自复励方式励磁。图1中小型水电站水电励磁系统工作原理示意图2 .应用实例分析2.1 工程背景介绍某水库地处东南沿海晋江中游的柳城办事处上都村，坝址实际地理坐标为东经11822,北纬2453,本工程于1959年10月动工兴建，于1965年10月竣工并正式投入使用，经1977年保坝加固，在2005年1月由南安市水利局委托三明市明兴水利水电勘察设计院对水库进行安全鉴定和评价，通过有关专家审查并由水利部大坝中心复核，鉴定为土类坝”。在规

4、模上，后桥水电站为“坝后式电站”，电站设计水头32.0m,设计流量3.10m3/s,装机2台总容量900kw,水轮机型号为HL702-WJ-50,发电机型号为TSWN99/36-8N,变压器型号为SJ6-1000/1Q电站主要枢纽建筑物分别由大坝、输电线路、厂房、引水系统组成。经电站增效扩容改造，年发电量比改造前平均增加66.7万kwh,总投资272.5万元，确保了电站安全运行，提高了电站社会、生态和经济效益。2.2后桥水库励磁系统故障现象描述作为发电机的励磁功率单元，后桥水库的励磁系统采用的整流装置核心部件为可控硅整流装置，其在设计之初就已设置有多重保护，为防止可控硅在过电压、过热以及过流等

5、不良工况下出现击穿故障，本单位后期又通过冗余配置，针对整流装置分别设置了阻容保护回路、快熔保护回路以及散热器，按照设计方案，在如此严密的防护技术条件下，该水电站励磁功率单元可控硅击穿事故发生的概率极小，即使发生击穿故障，保护系统也能够及时将相应的故障切除，从而保障发电机的励磁系统及整流技术装置稳定继续运行。然而，2019年7月份，工作人员在启动该机组并手动合上灭磁开关以后，水电站机组并网运行监控上发出报警“机组水机保护励磁系统内部跳闸（水机MB+）动作、机组励磁内部故障跳闸、出口开关分闸、励磁灭磁开关分闸、励磁交流隔离开关分闸、调速器急停阀动作，机组机械事故停机操作（流程自启动）”的信号，导致

6、机组无法建压，起励不成功，由此导致水电机组事故停机，一次意外的故障造成了巨大经济损失。在随后开展的现场事故检查中，检修人员打开柜门后，发现水电机组励磁系统1号整流桥已全部烧毁，功率柜冒烟，励磁调节柜故障指示灯一侧点亮，其余元器件工作正常，初步分析判断水电站水电励磁系统故障。为了便于分析，结合可控硅现场检查结果依次针对如下几种可能的故障情况进行一一分析和处理，深入探究其事故原因，以供相关中小型水电站整流装置制造、维护企业参考：表1水库励磁系统可控硅现场故障初步检查结果汇总检查项目外观检查测量可控硅正A相V1表向烧损PN结片未击穿，触发极、内部触发线完好正B相V3外观正常负A相V4表面尢烧痕，故热

7、片与口控硅接触面后烧痕PN结片击穿，触发极、内部触发线完好负B相V6表面尢烧痕，故热片与口控硅接触面后烧痕正C相V5外观正常PN结片击穿，触发极有烧痕、内部触发线损坏负C相V22.3后桥水库励磁系统故障成因分析及处理（1）故障一：失磁故障若水电站励磁系统某部位发生失磁故障，则该区域的电压值会产生突变，同时系统会及时、自动录波。在此故障状态下，从录波开始每间隔一定的时间，系统间隔电压值都会下降一定的数值，且定子电压甚至会变为负值，电流也会发生较大幅度的摆动。针对此种类型的故障，技术人员可查找录波信息，在短时间内找出故障点，分析故障成因。为了防止开关接点部位出现突发故障，除了定期检查励磁开关辅助接

8、点部位外，还需将故障监控录波器安装于该部位，通过实时监控系统异常，增强励磁开关接点稳定性。(2)故障二：整流电源故障后桥水库选用的是可控硅自并励机组，机组励磁装置相关运行条件均满足系统实际需求，且发电机电压无其它异常现象发生，并维持在一定范围内，针对此种情况下的整流电源故障，通常可能有两种情形，一种是整流电源部位异常，另一种是可控硅整流装置与励磁调节器之间产生回路故障。根据可能的故障发生点，技术人员可全面排查可控硅电源部位及可控硅整流装置和励磁调节器，经检测发现闸刀部位断裂，导致整流电源运行异常，同时影响了电机系统正常工作。鉴于此，可通过现场试验的方法，提高电压回路故障报警信号灵敏度，并及时更

9、换可控硅电源输入B相闸刀，当励磁装置达到相关要求后即可正常使用。(1)整流柜正面(2)可控硅及散热片图2水库水电励磁系统整流电源故障现场(3)故障三：自并励故障自并励励磁方式精度值较高，当中小型水电站机组发生短路故障时，其仍可提供一定的电流作支撑，但自并励励磁方式也存在不足，如可能会导致水电站发电机运行波动幅度大，甚至无法正常运行工作。如下图3所示为后桥水库工程选用的双绕组电抗分流励磁回路接线装置，当机组大范围整修重启并增大发电机机组无功负荷后，发现发电机出口电压三相失衡，且励磁电流逐渐减小，从而致使发电机在欠励磁状态下工作。针对此种自并励故障，技术人员应严格把控自并励励磁系统质量关，通过更正

10、双绕组电抗分流励磁回路中的主、副绕组顺序，检查每一个细小的励磁回路接线环节，确保自并励励磁系统平稳运行2o图3水库水电励磁系统双绕组电抗分流励磁回路接线示意图(4)故障四：励磁变高压熔断器爆裂故障水电站机组试验运行毕，经三个可控硅整流桥并联在最大连续运行工况下发生强励时可控硅实际结温核算，实际可控硅结温Tjenp=Tjen+(PTENPPTEN)XZthmaxZ1000108C。该结果显示该水电站两台可控硅整流桥运行完全可以满足励磁系统连续输出1.1倍额定励磁电流的要求，但技术人员在停机操作时机组突然跳闸，同时水电机组控制室伴随一声巨大的鸣响，出现励磁变高压熔断器爆裂故障。发现机组故障异常后，

11、工作人员通过对水电机组相关励磁设备及系统进行全面检查，发现励磁变调节器部位三相熔断器及B相高压熔断器均有不同程度的裂痕现象及运行故障，由此认为该水电机组励磁变熔断器本身存在质量缺陷。针对励磁变高压熔断器爆裂故障，可通过两种措施来解决，一种是更换合格的水电机组励磁变高压侧熔断器，另一种是全面检查水电站机组励磁系统发电机部位。(5)故障五：水电站机组发电机非全相运行故障启动水电站机组后，发现发电机电压由高值逐渐降低至“0”，为了确定具体故障成因，经检测分析，初步判断系统风机出现运行故障，但通过手动起励取代自动起励的机组励磁方式后，系统故障依然存在，且发电机在非全相运行工况之下，电压额定值仍由高值迅

12、速下降至“0”，同时还伴随异常声响。经测量发电机转子和定子，结果显示并无异常；接着，仅将发电机机组励磁开关拉至一定位置，使发电机电压值升高，但系统显示发电机额定、出口电压值相同，当励磁系统处于逆变工况下运行时，试验结果依然正常。当发电机出口开关处于特定工作位置时，其中一条母线相(报警信号)出现金属性接地故障，冉将发电机出口开关拉至实验设定位置，此时系统报警信号消失，据此判定发电机出口开关故障，但经检测其开关出头，显示绝缘正常，且开关出头开口上的B相为“0”，这一现象充分表明开口上的B相位置适当，再检查开口B相内部元件，发现开关在打开过程中缺少动触头连杆螺丝，致使开关未能分开，发电机电压升至额定

13、值后迅速降为“0”。经检测分析，水电站机组发电机非全相运行故障产生的主要成因是未能及时断开开关，所以当发电机升压时，三相电压失衡，由此致使水电站机组中的励磁调节器时效控制，引发故障。针对此种故障，操作人员应及时检修，针对性找出水电站机组发电机非全相运行故障点和具体成因。3.中小型水电站励磁系统故障应对及防范策略3.1 监测监控水电站励磁通道及开关在监控励磁通道时，技术人员应全程记录系统实际运行情况，同时还要监测水电站励磁开关，若励磁系统开关辅助接触点过小，则会使整个励磁系统处于逆状态，再者，继电器接点故障也会使整个励磁系统、励磁调节器发生改变。因此,为了防止因开关问题所引起的励磁系统故障，需采

14、用高速采样监控方式取代常规的变量监控方式，通过对水电站励磁通道及开关进行严密监测，应对及防范励磁系统故障。3.2 定期检查维护开关辅助接点，提高励磁系统稳定性对于中小型水电站整个励磁系统而言，开关辅助接点是关键，具能够控制励磁系统中的很多元件，所以要定期检查维护开关辅助接点，提高励磁系统稳定性。研究发现，水电站励磁系统的开关辅助接点既可逻辑控制系统电流，还可实现切励磁，根据故障录波和实验录波对比，应保证转子电流和电压基本一致，若水电站励磁系统开关辅助接触点足够大时，励磁系统就极有可能发生强烈反应并进入逆变状态3。因此，只有保证水电站励磁系统开关辅助接触点分段01s,才能防止励磁监控系统突变，由

15、此为整个励磁系统正常运行创造良好环境。对此，工作人员应充分做好对水电站励磁系统开关辅助接点的检查维护工作，防范励磁系统故障，控制开关量接点。3.3 合理安排机组运行方式，加强日常巡检合理安排机组运行方式，加强日常巡检是有效防范和应对中小型水电站励磁系统故障的有效措施，日常应检查的回路及设备、元件如下表1所示：表2中小型水电站励磁系统故障回路及设备、元件巡检检查序号检查项目呈现状态1灭磁开关是否闭合2功率柜交流侧/直流侧开关是否断开3灭磁开关是否投入近方/远方逆变控制命令4全部功率柜脉冲J1关心台J1启5同步变压器熔断器是否断开6励磁变副/原隔离开关是否断开7转子回路是否开路8起励电源/开关是否投入与闭合9起励接触器是否误动作10是否接收起励命令，并使调节器I/O板开关量输入指示灯发出指示彳言号11起励电阻/起励二级管是否开路结语:在中小型水电站电力系统中，励磁系统发挥着重要作用，具不仅能够提高电力系统稳定性，而且还可提高发电机运行安全性与可靠性。如果一旦励磁系统在运行中出现故障，则会影响水电站的安全。鉴于此，加强对水电