发电机励磁系统常见故障原因及处理方法

摘要：励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。因此，励磁系统运行的安全性、稳定性与可靠性对发电机以及电力系统运行安全与稳定具有直接影响作用。本文结合康明斯公司工作经验，对发电机励磁系统常见故障及其处理方法进行了分析，以期为相关工作人员提供有益参考，保证发电机励磁系统作用的较大化发挥，提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性。

一、励磁系统控制组成和原理

      随着社会经济的不断发展，人们用电需求得到了大幅度提升。在此背景下，电力系统运行的安全性、稳定性得到人们越来越多的关注。发电机作为电力系统重要组成部分，如何保证其励磁系统运行的稳定性与安全性，成为维护电站电力系统安全运行关注的主要内容之一。因此，明确发电机励磁系统常见故障并采用行之有效的方法进行解决与改善，具有重要现实意义。

      无刷励磁控制系统由永磁机、主励磁机、励磁调节器、励磁功率单元等几部分助成。工作原理见图1。

      副励磁机FL是一个永磁式中频发电机，其发出的三相交流电经功率单元的晶闸管全控桥整流后，直接送到发电机的转子回路作励磁电源，因为励磁机的电枢与发电机的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件，这就实现了无刷励磁。主励磁机的励磁绕组JLLQ是静止的，是一个磁极静止，电枢旋转的同步发电机。静止的励磁机励磁绕组便于自动励磁调节器实现对励磁机输出电流的控制，以维持发电机端电压保持恒定。

      总之，相比过去励磁方式，它革除了滑环和碳刷等转动接触部分。由于与转子回路直接连接的元件都是旋转的，因而转子回路的电压电流都不能用普通的直流电压表、直流电流表直接进行监视，转子绕组的绝缘情况也不便监视，二极管与可控硅的运行状况，接线是否松脱，熔丝是否熔断等等都不便监视。因而在运行维护上不太方便，但随着科技的发展，监视问题正在得到逐步解决。

      同步发电机采用无刷励磁是同步电机结构上的重大变革，它不仅取消了直流机励磁系统中的机械整流部分，而且也取消了以往半导体励磁中的炭刷和集电环。发电机转子励磁回路成为全部无触点的电路，提高了励磁效率和可靠性。

      励磁装置是发电机的主要辅机，其性能好坏直接关系到电力生产的可靠性。随着计算机技术的迅速发展，微机型励磁装置在同步发电机上得到了广泛的应用。对于**发电机能够稳定地运行，起到了关键的作用。微机励磁装置的调试和维护对保证电力生产的安全运行具有十分重要的意义。本文针对励磁装置现场调试和检修以及运行过程中常见的问题进行了分析和探讨，并提出了解决方案。

发电机无刷励磁系统原理图

二、有刷发电机励磁系统常见故障

1、发电机电压升不起

      在发电机励磁系统中，励磁电压的建立是以剩磁为主导元素得以具体实现的。因此，一旦发电机励磁系统中缺乏或没有剩磁后，励磁系统将无法实现励磁典雅的建立，故出现发电机升不起电压问题。

（1）原因分析

      通常情况下，在多数新安装的发电机中，很容易发生该故障，其主要原则在于新安装的发电机励磁系统的剩磁相对较少，很容易发生励磁消失问题，从而引发故障。

      与此同时，在对发电机励磁系统中各设备运行情况进行检修时，如果操作不当，出现“接线错误”时，将导致发电机励磁系统中励磁机励磁绕组的电流磁通与原有铁芯剩磁通形成逆向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，甚至致使剩磁消失，进而出现发电机升不起电压故障费。

      此外，在对发电机励磁系统进行“直流电通电试验”时，如果没有将励磁回路进行断开处理，就进行直流电阻测定试验或励磁系统自动调整装置调整试验，则将导致系统中形成的电流磁通与剩磁通出现反向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，出现发电机升不起电压现象。

（2）处理方法

      对此，针对上述问题可通过以下方法进行处理，避免发电机升不起电压故障的发生。其一，在更新发电机时，需对其进行剩磁检查。例如，启动发电机至额定转速，进行升压、励磁电阻减小等操作，并对其运行情况进行观察，如果发电机出现升不起电压问题，则需进一步对励磁回路接线情况、电刷位置等进行检查口。在此过程中，如果各项检测结果皆不存在问题，同时励磁电压表上存在细微变化，那么表明发电机励磁系统中的励磁组存在“接线方向接错”问题。其二，在进行发电机检修养护时，应保证检修工作的严禁性，避免励磁回路按线方向错误的产生，对此可采用标识管理法进行管理。其三，加强测量电阻试验的有效管理，注重起励电源、电刷与换向器接触情况、功率柜运行情况、电刷位置、整流桥触发脉冲开关断开情况等的有效管理。

2、发电机励磁系统失磁

      发电机励磁系统失磁故障是发电机励磁系统常见的故障之一，主要是指发电机运行过程中励磁电流消失，从而出现转子磁场消失，致使发电机出现运行故障。

（1）原因分析

      发电机励磁系统直流励磁机而言，当出现发电机失磁故障时，具体体现在以下几方面：其一，发电机断电电压、发电机母线电压出现下降，电压值摇摆不定；其二，转子电压出现异常，电压表或下降（转子短路）或上升（转子开路）;其三，转子电流出现异常，电流表指针无线接近于零（励磁回路开路）或直接为零（转子回路断路）,且复励电流相对于正常值要高；其四，在发电机励磁系统中，功率表指示不正常，其中有功表出现不稳定现象，且指示相对低于正常指示值，而无功表的指示直接显示为负。

（2）处理方法

      对此可采用以下方法对发电机励磁系统失磁故障进行处理：通常情况下处于电网中的发电机，当其容量所占比重相对较多时，当发电机出现失磁故障，将导致电网电压出现问题，即电网电压下降甚至崩溃，从而导致电力系统出现运行故障，发生停电问题。对此需将立即解除发电机与电网的连接，并停止发电机运行，对其进行精细化检修。当处于电网中的发电机容量所占比重相对较小时，可对发电机失磁问题进行联网检修，即不必将解列发电机与电网，可执行三十分钟以内的异步运行操作。

3、发电机励磁系统励磁机碳刷有火花

      在发电机运行过程中，励磁机碳刷出现火花是较为常见的一种励磁系统故障。该故障的发生将在一定程度上严重影响励磁系统相关设备使用寿命，如换向器、励磁机等，严重时将导致设备损坏，影响发电机组的正常运行。

（1）原因分析

      追其原因发现，导致励磁机碳刷出现火花的原国主要有三点：

其一，电磁问题引发火花，即当励磁机电磁存在换向问题，将致使部分碳刷出现电流密集问题，当电流密集达到一定程度使会出现火花；

其二，机械设备问题，换向器在长期使用过程中会出现损耗，当磨损到一定程度时或换向片绝缘出现凸出问题时，将导致碳刷过程中出现火花。同时，刷握位置安装不合理、碳刷型导不匹配，也会出现火花问题；

其三，电化学问题，即在进行碳刷过程中，碳刷与换向器表面发生电解反应从而导致换向器表面出现破损，出现火花。

（2）处理方法

对此，应较强日常维修检修工作，注重换向器表面的清洁与养护，并采用采取压降法对碳刷运行情况进行检查。同时注重设备材料的科学选用。

4、发电机转子两点接地

      发电机转子两点接地故障是汽轮发电机励磁系统运行过程中常见的一种故障。该故障主要表现为发电机断路器跳闸等，其原因主要在于：滑环、引线、转子槽口等的绝缘损坏，转子铜线存在灰尘堆积或变形。因此，针对该故障进行处理时，应及时找到故障点，并针对故障点存在的问题进行科学处理，用以保证发电机组运行的安全与稳定。

三、无刷发电机励磁系统常见故障及处理

1、电压测量故障

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息，运行主通道切至备用通道。

（1）故障原因：

① 发电机TV回路断开（开关断开、端子接线松、TV断线故障）。

② 励磁调节器检测定子电压的检测回路故障。

（2）处理方法及过程：

① 检查励磁系统定子电压接线回路是否有开关断开、TV回路熔丝故障或端子接线松的情况，如果开关跳开或端子接线松，则合上开关或紧固端子；如果熔丝故障，则更换熔丝，检查电压测量回路正常。

② 若励磁调节器定子电压的检测回路故障，则更换电压测量板件。

2、励磁调节器电源开关跳闸报警

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息。

（1）故障原因：

① 励磁调节器电源开关跳开或开关故障。

② 可能是相关回路短路过电流或小开关偷跳。

（2）处理方法及过程：

① 根据具体情况试合跳开的电源开关。

② 若试合电源开关不成功，则寻找短路点，并排除短路故障。

3、励磁调节器通道故障

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息，运行主通道切至备用通道。

（1）故障原因：

① 电压测量回路故障。

② 触发脉冲故障。

③ 通道电源故障。

④ 其他有关硬件故障。

（2）处理方法及过程：

① 检查从通道运行正常。

② 检查电源开关是否在正常位置。

③ 检查具体故障信息，对应查找相关故障原因。

4、励磁电流过励磁限制动作

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息，发出无功功率增大信息。

（1）故障原因：

① 机端电压下降，励磁电流达到较大值，较大励础限制器动作。

② 可能TV、TA内外回路有接触不良现象。

（2）处理方法及过程：

① 观察发电机组运行情况，尤其励磁电流、定子电压运行情况。

② 观察集电环碳刷，待停机后，检查励磁回路有无元件故障。

③ TV、TA内外回路是否有接触不良现象，检查并处理。

5、发电机无功功率波动较大

       励磁调节器显示无功功率波动大。

（1）故障原因：

① 励磁调节器机端电压采样波动较大。

② 电网电压波动较大。

③ 有功功率输出变化较大导致PSS输出波动。

④ 附加调差系数设置不合适。

（2）处理方法及过程：

① 确认电网电压是否波动较大。

② 检查励磁调节器机端电压样是否波动较大，检查TV或TA回路是否正常。检查励磁调节器板件采样是否正常，板件故障需更换板件。

③ 检查PSS输出是否过大，检查有功功率是否波动，若有功功率波动较大，则需查明有功功率波动原因。

④ 确认发电机组附加调差系效设置是否合适。

6、晶闸管快速熔断器故障

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息

（1）故障原因：

① 短路造成晶闸管整流桥臂的熔断器熔断。

② 晶闸管故障或晶闸管过电压阻容回路故障造成晶闸管桥臂的熔断器熔断。③晶闸管过负荷造成桥臂上的熔断器熔断。

（2）处理方法及过程：

① 查明过电流原因（励磁电流过大或各桥臂电流分配不均）。

② 检查晶闸管和晶闸管过电压阻容回路，如故障则进行更换。

③ 若仅是熔断器熔断，则更换熔断器。

7、整流装置温度高

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息

（1）故障原因：

① 磁场绕组过负荷。

② 整流装置风机或其控制回路故障。

（2）处理方法及过程：

① 调整磁场电流，使整流装置温度降低。

② 检查整流柜运转是否正常，电源切换回路是否正常，若故障则视情况检修。

③ 检查风道进出风口滤网是否堵塞。

④ 检查励磁控制室空调或通风设备是否正常工作。

⑤ 若发电机组解列，则对整流装置进行全面检查。

8、励磁系统交流过电压保护动作

      励磁调节器人机界面显示相应的报警信息

（1）故障原因：

① 系统造成励磁交流侧电压过高。

② 压敏电阻过电压保护设备动作。

③ 整流桥交流过电压保护中的二极管或电容故障。

（2）处理方法及过程：

① 检查电阻、电容有无损坏，更换击穿电容和熔断器。

② 检查压敏电阻过电压保护，若故障则需停机更换。

9、发电机绕组一点接地故障

      绕组接地保护动作

（1）故障原因：绕组或灭磁开关到绕组之间电线存在接地情况。

（2）处理方法及过程：

① 检查磁场绕组电缆回路，如有接地点应设法排除。

② 测量磁场绕组对地电压并换算成绝缘电阻值，确定保护装置是否正确动作。

总结：

      本文通过分析励磁装置现场调试和检修以及运行过程中常见的问题，提出了解决方案。随着技术的发展，产品也在不断的更新换代升级，这些问题也会得到逐步解决，设备的智能化减少人为的干涉机及检修投入，无刷微机励磁调节系统大幅度提升发电系统稳定性。总而言之，励磁系统运行的安全与稳定对发电机以及电力系统运行的安全性、可靠性具有直接影响作用。因此，维护发电机励磁系统运行安全，针对其存在的问题进行维护养修，已成为维修工作人员工作的重点内容。本文旨在通过对发电机励磁系统常见故障的分析，进一步认知故障原因，提升故障解决能力与水平，为发电机以及电力系统运行的安全与稳定提供**。