水轮发电机的可控硅励磁

水轮发电机空载下励磁调节器的调整和试验水轮发电机空载下励磁调节器的调整和试验？1、在发电机额定转速下，励磁处于手动位置，起励检查手动控制单元调节范围，下限不得高于发电机空载励磁电压的20%，上限不得低于发电机额定励磁电压的110%.2、开展晶闸管励磁调节器的自动起励试验。

3、检查励磁调节系统的电压调整范围，应符合设计要求。

自动励磁调节器应能在发电机空载额定电压的70%～110%范围内开展稳定平滑的调节。

4、测量励磁调节器的开环放大倍数。

录制和观察励磁调节器各部特性，对于晶闸管励磁系统，还应在额定空载励磁电流情况下，检查功率整流桥的均流和均压系数，均压系数不应低于0.9，均流系数不应低于0.85.5、在发电机空载状态下，分别检查励磁调节器投入、手动和自动切换、通道切换、带励磁调节器开停机等情况下的稳定性和超调量。

在发电机空载且转速在95%～100%，额定值范围内，突然投入励磁系统，使发电机端电压从零上升至额定值时，电压超调量不大于额定值的10%，振荡次数不超过2、次，调节时间不大于5s.6、在发电机空载状态下，人工参加10%（阶跃量干扰，检查自动励磁调节器的调节情况，超调量、超调次数、调节时间应满足设计要求。

7、带自动励磁调节器的发电机电压一频率特性试验，应在发电机空载状态下，使发电机转速在90%～110%，（额定值范围内改变，测定发电机端电压变化值，录制发电机电压一频率特性曲线。

频率每变化1%（额定值，自动励磁调节系统应保证发电机电压的变化值不大于额定值的±0.25%.8、晶闸管励磁调节器应开展低励磁、过励磁、电压互感器断线、过电压、均流等保护的调整及模拟动作试验，其动作应正确。

9、对于采用三相全控整流桥的静止励磁装置，应开展逆变灭磁试验，并符合设计要求。

水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理探讨张其群发布时间：2021-10-05T08:16:16.612Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：张其群[导读] 励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。

四川兴鼎电力有限责任公司四川省阿坝州 623500摘要：励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。

励磁系统通过向发电机转子提供可调励磁直流电源，对发电机机端电压恒定进行控制，满足发电机运行和发电需要，提高电力系统稳定性。

在运行过程中，系统运行是否稳定还受到多方面因素影响，导致励磁系统故障问题发生，对于机组安全与经济性都带来了一定的影响。

本文就对水轮发电机励磁系统故障问题进行分析，并提出相应的处理和解决对策，确保发电机组运行正常。

关键字：水轮发电机；励磁；故障原因；处理在水电厂的发电机组中，励磁系统作为其核心的系统，其作用是进行励磁调整，以确保定子电压具有较高的稳定性。

通过合理的分配各台机组间无功功率，可以提高发电厂的发电机组的可靠性、电力系统的稳定性以及电厂的自动化水平。

因此，加强对水电厂励磁系统的研究具有重要的意义。

一、水电站水轮发电机励磁系统简介励磁系统在水电行业的主要作用是管理作用，主要体现在通过各种信号来调控水电站机组的运行使其一直处于较为稳定的状态，而励磁系统的主要运行方式分为自励型和他励型，自励又分为自复励和自并励两种，后续还会根据叠加方式的不同往下继续细分。

而励磁系统的运行原理是在接受到水电站发出的信号后将之转换成电流来确保机组的电稳定性，而后根据电流信号的大小判断使用自复励还是自并励的运行模式或者直接使用他励型来避开与电力系统的影响。

在励磁系统中使用的过程中还需要大量的设备，一般有励磁变压柜、调节器等较为高端的设备且这些设备都发挥着十分重要的作用。

二、水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理水力发电的过程中，除了水轮机、发电机是电力系统的重要组成部分，发电机励磁系统在发电机发电可以发挥决定性的作用，励磁系统的好坏，工作状态是否正常，可以确定发电机产生电能，电能质量、工作状态是否正常。

可控硅励磁装置故障分析与处理可控硅励磁装置是一个可自动调节的励磁系统，它把电力系统信号经过一定的变换后，作为调节器的输入信号，并与给定信号相比较，产生相应的脉冲信号去控制功率单元的输出，达到自动调节系统无功功率的目的。

它是水轮发电机组和汽轮发电机组的重要组成部分，其可靠性能的好坏，直接影响机组的并网发电。

目前，大部分小型水轮发电机均采用可控硅励磁系统，但往往因为励磁故障使发电机不能发电。

特别是在汛期，有水不能发电，给电站造成一定的经济损失。

下面结合应用实例，对发生的故障进行简要的分析与处理。

1.基本情况1.1 设备基本情况某水电站可控硅励磁装置。

以1套空压机系统為例，其中同步电动机供电额定电压是6kV、额定功率是550kW的；其转子电阻为0.1378，包括联接导线和滑环电阻时转子电阻为0.1618；额定励磁电压为50V，电流238A。

配套的可控硅励磁装置是KGLF11-300/75型三相桥式全控整流固接励磁电路，双可控硅灭磁，直流输出电压75V，电流300A，整流变压器为Δ/Y-11接法。

1.2 故障情况可控硅励磁装置中可控硅元件温度过热，多次发生可控硅元件、控制及触发电路损坏现象。

同步电动机向电网输送无功（即功率因数超前）运行时，同步电动机也严重发热，迫使同步电动机长期在欠励磁情况下运行。

2.同步电动机经常出现的故障及原因分析经常出现的故障现象有：1、定子铁芯松动、运行中噪声大；2、定子绕组端部绑线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊，导线在槽口处端点断裂，引起短路；3、转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊，绝缘局部烧焦；4、转子线圈绝缘损伤，起动绕组笼条断裂；5、转子磁板的燕尾楔松动、退出；6、电刷滑环松动，风叶断裂等故障。

以上故障现象有的出现在存在于同步电动机仅运行2-3年内，甚至半年内。

一般认为是电动机制造质量问题，但许多电机制造厂，虽对制造工艺中的关键部位加强措施，但没有明显效果，故障现象仍然屡屡发生。

第3章 水轮发电机励磁系统3.1 水轮发电机励磁控制系统的任务和基本要求同步发电机的运行特性与其空载电动势E q 的大小有关，而E q 为励磁电流I E 的函数，改变励磁电流就可以直接影响同步发电机在电力系统中的运行性能。

因此，励磁控制是对同步发电机运行进行实时控制的主要内容之一。

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响发电机的机端电压和并联运行机组间无功功率的分配。

当电力系统故障时，要求迅速改变励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。

可见同步发电机励磁控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统稳定运行等方面都具有十分重要的作用。

同步发电机的励磁系统由测量单元、励磁调节器和励磁功率单元组成，如图3.1。

励磁功率单元向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流，励磁调节器根据输入信号和给定的调节控制规律控制励磁功率单元的输出，从而达到调节励磁电流的目的。

整个励磁控制系统是由测量单元、励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。

图3-1 励磁控制系统框图图3.1 励磁控制系统框图 3.1.1 同步发电机励磁控制系统的任务在发电机正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机安全运行，提供合格电能，而且还能改善电力系统的稳定条件。

1. 调节电压电力系统正常运行时，负荷是随机波动的。

随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端或系统中某点电压在给定水平，所以励磁系统担负着维持电压水平的任务。

为便于分析，下面用最简单的单机运行系统来进行分析，如图3.2所示。

图3.2（a ）是同步发电机运行原理图，图中GEW 是励磁绕组，G U 为机端电压，G I 为发电机定子电流，E I 为励磁电流，E U 为励磁电压。

正常情况下，励磁电流流过GEW 并建立磁场，从而使发电机定子产生空载感应电动势q E ，改变E I 的大小，q E 的值就相应改变。

51中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.03 （上）水轮发电机在带负荷运行时，会在转子上下两端产生感应轴电压，尽管轴电压数值上不会太大，仅有几伏，但因为主轴电阻很小，一旦轴承油膜遭到破坏，在主轴和轴瓦之间就会产生比较大的轴承回路电流，据有关文献介绍，轴承电密达到或超过0.2A/cm 2时，润滑油膜就会发生碳化，使润滑油润滑效果降低，导致轴瓦温度升高，影响到发电机机组的安全运行，严重的会引起发电机重大运行事故。

目前，对轴电流还缺乏有效的计算分析手段，如乌江三岔河的引子渡电站2#机发现轴电流偏大，发电厂邀请了专家进行分析，但未能分析出轴电流偏大的原因。

一般来说，厂家会根据自身的经验设定最大轴电流报警，一旦发现轴电流偏大或异常变大时，必须停机进行故障排除。

为减少轴电流，防止轴承烧损，一般制造厂家都会在设计上采取一定的防范措施，如设置绝缘、装设轴电流检测装置，可以防止轴承烧损，确保机组的安全稳定运行。

1 轴电流的产生及其危害发电机的轴电流，通常随着发电机负荷变化、励磁电流变化而变化。

产生轴电流的前提条件是主轴两端存在轴电压，轴电压的产生，一般认为有以下主要原因。

（1）定子铁心通常采用较薄的硅钢片叠压而成，片间存在接缝，同时定子、转子之间不可避免的存在一定的偏心，国家有关标准对这个偏心值有硬性要求，定转子各处的实际气隙偏差不得超过定转子气隙的8%。

定转子之间存在偏心，使气隙磁场不均匀，因气隙磁场是旋转的，而主轴中心与旋转磁场中心又不会完全一致，就会在发电机主轴上产生交变磁通，产生交流感应电势，该感应电势就是轴电压。

（2）轴承绝缘的损坏是产生过大轴电流的重要原因，在发电机适当位置设置轴电流绝缘是水轮发电机的基本要求。

绝缘设置位置不当，机组长期运行后，设置在油槽内的绝缘受到润滑油的长期侵蚀而被乳化，降低了绝缘性能，从而不能有效阻断轴电流通过轴承形成回路。

轴电流主要危害：当轴电压形成后，就会在主轴、轴瓦、机架、基础之间形成闭合回路，产生轴承电流。

一.概述同步发电机可控硅装置是一种励磁功率直接取自于发电机定子电压和电流，无须交直流励磁机的直接静止励磁装置。

它可与几百至几千瓦的汽轮机、水轮机、柴油发电机配套、在大电网、孤立电网等各种电网条件下均能安全、可靠、持久的运行。

即适于发电机、也适于调相机；可作新机组配套，也可作老机组技术改造之用。

二. 可控硅励磁装置的工作原理KGLF—11F可控硅励磁装置可分为励磁主回路和控制回路两部分。

励磁主回路的工作原理如下：整流变（ZB）将发电机出口端电压10KV降至---V作为发电机的励磁电流。

三只可控硅（1Kz、2Kz、3Kz）与三只二极管（1Z、2Z、3Z）组成三相桥式整流，将ZB次级的交流电变成直流电，经电刷引入发电机转子绕组，提供励磁电流。

通过控制回路改变可控硅（1Kz、2Kz、3Kz）的导通角，就可以改变整流桥的输出电压（即发电机的励磁电压），从而改变发电机的感应电势（即发电机的空载电压）和接入系统运行时的出口电压。

控制回路分为调差、整流滤波、检测放大、移相触发、自动调节（手动调节）以及空励限制和过励限制几个部分：调差单元：电压信号取自发电机出口端电压互感器YH。

电流信号取自发电机出口端电流互感器1LH，经调差电阻1—10Ra，接入三相桥式整流电路，使整流桥的输出电压不但与发电机端电压成正比，而且与发电机输出的无功功率成正比。

起到无功补偿器的作用。

改变调差电阻的位置，就可以改变发电机的调差特性（即发电机端电压变化时，发电机无功的变化特性）调差率在10%范围内多可调。

整流单元：由7Db—12Db组成，7R与1C组成L型滤波，除掉杂波干扰。

输入信号加到检测桥上与1W整定值相比较，得出差值信号，差值信号再经过放大监测限幅，输出至移相触发单元。

移相触发单元的作用就是根据差值信号的大小来调整可控硅触发脉冲的相差，当发电机电压升高或无功输出减少时，可控硅的触发后移使主励磁主回路的电压下降。

反之当发电机电压降低时或无功输出增加时，可控硅触发脉冲前移使主励磁主回路的电压上升。