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小型水电站励磁系统现状分析及改造优化【摘要】随着社会对电力的需求不断上升，一些小型水电站也得到了相应的发展，但小型水电站的励磁系统却存在运行效率较低且故障率高等问题，这大大降低了水电站的效益。
为此，本文详细分析了当前小型水电站励磁系统的运行现状，指出了存在的不足，并介绍了小型水电站励磁系统改造优化的技术措施，有效提高了水电站的效益，可供借鉴参考。
【关键词】小型水电站；励磁系统；现状；改造优化1.小型水电站励磁系统的现状小型水电站的励磁系统也是各种各样的。
具体有三次谐波励磁恒压装置、电抗器移相式相复励励磁装置、电容器移相式相复励励磁装置、磁耦合电抗移相式相复励自励恒压装置、可控相复励自励恒压装置、可控硅自励恒压装置、无刷励磁等。
由于投运年代久远，目前设备大多已老化，基于当时的资金和技术水平，采用的技术都已落后，尤其是没有调差的功能，不能多台机组并网运行，使各机组无功分配不均匀；同时其故障较多，严重影响了机组安全运行，影响了水电站的经济效益，故必须加以更新改造。
2.小型水电站励磁系统的改造优化2.1三次谐波式励磁系统三次谐波励磁发电机的结构简单，使用方便，但在设计该发电机的励磁系统时，即确定三次谐波绕组匝数时，往往要借助试验才能确定，而且波动性较大。
这种发电机在单机孤网运行时，还是不错的，但是不能多台同网运行，尤其是并网困难。
有些发电机是无刷励磁系统，有些发电机是有刷励磁系统，在小容量发电机中，有不少的使用。
2.2三次谐波式发电机的并网（1）并网现象综述因一些小水电站发电机励磁系统性能太差，使发电机不能并网运行，造成便宜的水电不能有效利用；但通过适当的技术改造，可以使小水电站容易并网，补充部分乡镇电网用电。
三次谐波励磁发电机组在单机运行时比较稳定，但与大电网并联时，会出现运行不稳定甚至并不上网的现象。
当机组并入电网瞬间，发电机空载电势低于电网电压uc，并网后发电机将出现向电网吸收无功的现象，在过度欠励状态下，容易发生有功及无功振荡，甚至解列。
水电厂发电机励磁系统控制摘要：励磁系统控制对于水电站安全、稳定运行至关重要。
抽水蓄能机组在运行和启动上较常规水电机组灵活和多样，因此其励磁控制也就更为复杂。
因此本文基于该现实，就其各种情况下的励磁控制进行研究,以期为所有类型的水电厂可靠运行提供借鉴。
关键词：水电厂；发电机；励磁系统；控制1励磁系统1.1励磁系统的概述供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。
励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。
尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
1.2励磁系统的作用(1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。
(2)控制并列运行各发电机间无功功率分配。
(3)提高发电机并列运行的静态稳定性。
(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。
(4)在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。
(5)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
1.3励磁系统的分类1.3.1直流分类直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励、复励四类。
1.3.2整流分类(1)旋转式励磁又包括直流交流和无刷励磁。
(2)静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。
(3)按发电机励磁的交流电源供给方式可以分为：交流励磁(他励)系统由与发电机同轴的交流励磁机供电。
系统又可分为交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器(有刷)、交流励磁机(磁场旋转)加静止可控硅整流器(有刷)、交流励磁机(电枢旋转)加硅整流器(无刷)以及交流励磁机(电枢旋转)加可控硅整流器(无刷)；全静态励磁(自励)系统采用变压器供电，当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上,称为自励励磁方式,把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式。
水电站励磁系统的改造与优化
水电站励磁系统的改造与优化是指针对现有水电站的励磁设备和系统进行升级改造，
提高励磁设备的性能和可靠性，优化励磁系统的控制策略，以提高水电站的发电效率和稳
定性。
水电站的励磁系统是控制水轮发电机的励磁电流的系统，其主要功能是维持发电机的
磁通稳定，保证发电机输出电压和频率的稳定性。
一般来说，水电站的励磁系统由励磁机、自动励磁控制器、电化学励磁装置和励磁电源等组成。
在改造与优化中，首先需要对水电站的励磁设备进行评估和检查，确定哪些设备需要
改造和优化。
主要包括励磁机、励磁控制器和电化学励磁装置等。
励磁机是励磁系统中最
关键的设备，其性能和可靠性直接影响到整个励磁系统的运行稳定性和发电效率。
对励磁
机进行技术改造和优化是重中之重。
对于励磁机的改造和优化，可以采用以下几种方式。
可以通过更换高效率、低耗能的
励磁机来提高系统的整体效率。
可以改进励磁机的控制系统，采用先进的自动调节控制技术，提高系统的响应速度和稳定性。
还可以增加励磁机的保护装置，提高系统的可靠性和
安全性。
除了对励磁设备进行改造和优化，还需要对励磁系统的控制策略进行优化。
励磁系统
的控制策略直接影响到水电站的发电效率和稳定性。
可以采用先进的控制算法和优化方法，实现对励磁电流和发电机输出电压的精确控制，提高系统的响应速度和稳定性。
还可以采
用智能化的控制系统，实时监测和调整励磁系统的参数，提高系统的自适应能力和灵活
性。
水电站发电机励磁系统控制研究励磁系统控制对于水电站安全、稳定运行至关重要。
在实际发电过程中，通过对水电站发电机励磁系统不断地研究发现，励磁系统在运行过程中会出现很多系统故障，针对上述故障出现的原因，作者提出了相应的应对措施，从而确保发电机组的正常运行。
本文着重分析了水电站发电机励磁系统控制原理组成及常见故障及相应处理措施，对于研究水电站发电机励磁系统未来的发展具有十分重要的意义。
标签：水电站；发电机；励磁系统1、励磁系统运行原理水电站励磁系统主要包含调节器、功率单元、励磁电源及其他附属设备等，按照所采集到的数据和设定值之间的差异实施比较，以此對励磁输出进行有效控制，并确保输出的励磁电流质量合格，保证其和整体的电力系统之间形成一定的稳定性。
对于水电机组来讲，其励磁形式呈现多样化，主要可以按照水电机组的容量以及励磁方式来区别。
按励磁方式主要可以将其分为永磁副励磁、双绕组电抗器分流自复励励磁、自并励可控硅励磁等。
现阶段应用最为广泛的就是自并励可控硅励磁，其组成主要有变压器以及隔离开关和非线性电阻等设备，应用自动调压方式来进行励磁的调节，在这当中，对于自动调压方式其主要就是采用PID 调节器实施调节，按照机端电压以及设定值有效比较，确保电压的输出的有效以及稳定。
2、水电站发电机励磁系统常见故障以及应用措施2.1、失磁故障励磁系统融合了先进、现代化技术，当系统在运行时，某个位置发生故障，那么对应的录波会及时记录，此处的电压值也会出现较大的波动，那么维修人员可以观察录波信息，短时间确定出故障所在位置。
一般来说，自录波开始时，每隔一段时间电压值都会有所下降，直至电压值为负值，在此基础之上，电流与定子电压之间也会出现较大的波动，根据该现象可以判断为失磁故障。
失磁故障发生直接导致系统无法继续运行，机组也会受到影响。
对于失磁故障，为了避免开关接点故障，维修人员要提前做好准确，在该位置安装故障监控录波器，对该部位进行实时监督和控制，如果遇到异常和问题，要第一时间采取有效措施进行防范。
重庆市×水电站水轮发电机组及附属设备技改及自动化升级改造方案一、电站基本情况重庆××电站位于，原装机容量2×800+1×160kW，电站于1994年-1995年左右竣工发电。
根据铭牌参数，电站最大水头4.2m、设计水头3.47m，原机组的水轮机型号ZD760-LH-250配发电机SF800-48/3300,为湖南零陵水电设备厂生产，机组额定转速125r/min，单机设计流量26.77m3/s，调速器为老式的机械液压YT-3000型。
机组部份图片如下：机组铭牌参数厂房发电机层水轮机机坑调速器图片小机为1×160kW，因没有铭牌，估计水轮机型号ZD760-LH-120配发电机SF160-20/1430，机组额定转速250r/min，单机设计流量计算为6.5m3/s，由于电站运行年代已久，设备严重老化，机组（大机）一般只能发600多kW，最大只能发700kW左右，因此，根据业主的意愿需要进行技术改造和更新，技改后出力在原基础上提高，至少能保证700kW左右，希望达到800kW出力的要求，同时，电站自动化程度大大提高，达到无人值班、少人值守的要求。
我们根据原电站基本参数以及业主的要求，就技改和自动化升级改造方案作以下可行性分析和计算，并对技改的机电设备作了初步报价，该可行性分析报告现提交给业主和相关部门审核。
二、电站原机组参数的复核计算：三、原电站运行状况的分析和说明我们曾赴现场进行了实地考察和调研，根据现场查看和了解的情况，目前存在诸多问题，归纳起来主要有：1、按照原水轮机铭牌参数，在设计水头3.47m条件下，水轮机铭牌出力765kW，发电机计算出力应为711kW（按发电机效率93%），即原厂家实际按发700kW设计，但是用了800kW机组代用，说明是由于电站本身的水文参数达不到装机2台800kW 的要求。
2、原水轮机型号ZD760-LH-250，其ZD760转轮为上世纪70年代转轮，性能参数十分低下，根据ZD760模型曲线计算，原水轮机额定点理论效率仅84%,再加上机组已运行近三十年，水轮机流道的磨损加大，运行时效率随磨损加大会逐年下降，从目前一般运行在500-600kW来看，实际运行的效率不超过70%.3、原ZD760转轮的模型尾水管为直锥型，而实际电站为肘型，由于模型与实际差异，实际运行效率应降低，原真机效率与模型效率取值一致不加正修正是合理的。
朱庄水电站励磁系统更新改造
摘要：朱庄水电站2#机组于2012年对励磁系统成功进行了更新改造，将原来的kpl-plc励磁控制系统更换为xls-ws励磁控制系统，解决了无法建立励磁电压的故障问题，增强了励磁系统的可操作性和稳定性。
abstract： the excitation system of zhuzhuang hydropower station 2# unit was successfully renovated in 2012， the original kpl-plc excitation control system was replaced by xls-ws excitation control system which solved the problem of the excitation voltage failure and enhanced operability and stability of excitation system.
关键词：水电站；励磁系统；励磁；并网
key words： hydropower station；excitation system；excitation；grid
中图分类号：tm622 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）25-0043-01
朱庄水电站2#机组于2006年正式投入运行，其水轮机型号为南平电机厂生产的hln276-wj-50，与之匹配的是sfwj630-6/990型号水轮发电机和tflw3-22/368型号交流励磁机。
励磁系统主回路采用可控硅三相全控桥式整流电路，励磁变压器的接线采用δ/υ-11接法，灭磁开关为双断口带辅助常闭触头的dm-10型灭磁开关，主回路的监测采用霍尔传感器，工作电源为厂
用交流和厂用直流同时供电。
励磁操作系统各开关量径强弱电隔离后引入plc，通过触摸屏显示运行状态和人机操作，经plc控制操作电气设备。
隔离后通过中间继电器输出，同时保留简洁的常规继电器控制按键操作，当plc 退出运行时，可以进行操作和显示装置状态，各种输入/输出开关量均提供接点给中控室。
kpl-plc可编程序控制器采用西门子s7-200plc，各调节量进入plc前均进行输入调理，机端电压互感器的副边电压接到同步变压器，同步变压器副边三个相电压分别经滤波，整形成同步方波，由集成相控芯片据此产生移项脉冲，径隔离和脉冲放大后去触发可控硅工作。
kpl-plc励磁装置的控制、保护、限制等功能，分别由主程序和中断服务程序实现，后者主要完成实事性强的程序，其余由主程序执行。
正常开机，手动复归调速器，打开ups，plc上电后处于待机状态，接收到开机指令后，按主屏幕操作键“增”按钮打开导叶，当转速达到960r/min时，在自并励状态下可残压自动起励，或外接电源助磁，朱庄水电站采用后种方式自动起励，建立励磁电压，电流，确保机端电压升到额定值。
当转速达到1000r/min时，自动并网，后根据所需负荷调整开度，此时调整开度为调整所需负荷，即可顺利完成开机并网程序。
此励磁系统于2012年进行更新改造，将ktl-plc可编程序控制
器微机励磁装置变更为xls-ws微机智能励磁控制器，此控制器适用于励磁变压器δ/υ-11接法的励磁系统，整流主电路的接线形式为三相半控共阳极全波整流电路，专用于机端电压为400v的无刷励磁发电机组，全压起励无超调，无震荡。
xls-ws励磁控制器，设置有“并网”和“单机”两种工作状态，发电机起励后能自动跟踪电网电压，并网后自动按设定的功率因数值运行，跳闸后电压自动恢复到设定值，防止过电压，自动识别停机过程，并进行灭磁控制。
“单机运行”状态时，自动按设定值电压运行，能保持发电机电压稳定，可以特别针对励磁运行不稳定的机组进行参数设定，设定值密码保护，防止参数被无关人员修改。
安装前检查由发电机出口空气断路器引来的常开辅助接点，保证其接触良好，因此装置不带励磁电压表和电流表，在“调试”状态下，查励磁电路接线和控制器触发电路的工作状态，合上隔离开关，将电源引到励磁控制器，转换开关sa打向“调试”这时励磁电流，电压会有输出，如果输出过小，可以按“增”按钮使励磁电流和励磁电压适当增加，“减”则相反，这说明装置主回路正常，这时，如果启动发电机至额定转速，使用“增”或“减”可改变发电机的电压，然后并网，并网后，增减按钮用于改变发电机的无功负荷。
正常运行时，如果需要人为改变功率因数值，使用“增”、“减”按钮即可，停机时，逐渐减少有功负荷，励磁输出会自动跟随减少，当减少至发电机定子电流接近0时，将发电机分闸解列。
正常开机，手动复归调速器，打开ups，在自并励状态下，开机
后进入主屏幕菜单，按“增”或“减”调整导叶开度，此时调整开度为调整水轮机转速，当转速达到960r/min时，手动按下自动励磁控制器的“起励”按钮，控制器励磁，建立励磁电压、电流。
当转速达到1000r/min时，自动并网，后根据所需负荷调整开度，此时调整开度为调整所需负荷，即可顺利完成开机并网程序。
励磁系统改进后，增强了机组励磁、并网过程的稳定性，可以人为控制励磁转速，使励磁时间更准确，励磁过程更平稳。
参考文献：
[1]kpl-plc励磁控制器使用说明.
[2]xls-ws励磁控制器使用说明.
[3]黄军荣.水电厂发电机组励磁系统改造[j].电工技术，2010（12）.。
