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[摘 要]励磁系统作为水电站的重要组成部分，其运行状态对于整个水电站的安全、稳定运行有着直接影响。水电站励磁系统运行不可避免会出现各种故障，应深入分析水电站励磁系统故障原因，有针对性地采取有效对策，做好励磁系统的日常管理，使水电站励磁系统始终处于良好的运行状态，提高水电站的社会效益和经济效益。本文简要介绍了水电站励磁系统，分析了水电站励磁系统故障原因分析和有效处理对策，阐述了水电站励磁系统管理策略。
[关键词]水电站；励磁系统；故障原因；对策
中图分类号：TV73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0068-01
水电站励磁系统承担着调节和控制发电机组无功功率和出口电压的任务，一旦发生运行故障，会严重影响水电机的稳定运行，甚至引发水电站弃水、水电机组停运等事故，威胁人们的生命财产安全。为了提高水电站励磁系统的安全性和稳定性，应结合水电站励磁系统故障原因，采取有效解决对策，推动水电站的可持续发展。
一、水电站励磁系统概述
水电站励磁系统主要由励磁功率单元、励磁调节器组成，包括发电机组附属设备和励磁电流电源。励磁系统根据系统设定的调节准则采集信号，在励磁单元输出控制。在水电站励磁系统中由发电机转子产生励磁电流，励磁系统稳定运行有助于保障水电站并网机组的安全、稳定运行。对于水电站机组来说，不同的机组容量采用不同的励磁方式，如水电机组容量小于500kW，设置双绕组电抗器，采用分流自复励方式，机组容量大于500kW的采用可控硅自并励磁方式[1]，投产较早的水电机组采用交流侧串联相复励方式和永磁副励磁机。可控硅整流励磁系统主要由调节柜、辅助柜、非线性电阻柜、直流隔离开关柜、直流灭磁开关、整流柜、交流隔离开关柜、励磁变压器柜等组成。通常情况下，水电站励磁调节器主要是进行自动电压调节，其通过调节PID调节器输出信号，控制发电机励磁电流，以电压给定值和发电机机端电压的偏差作为PID调节器的输入。
二、水电站励磁系统故障原因分析和有效处理对策
1、整流电源故障
某水电站设置了26MW可控硅自并激励机组，但是机组启动后，发电机没有起压，经过检查，励磁装置没有发生异常报警，并且完全满足外部条件。造成这个问题的主要原因主要有两方面，一方面，整流电源装置发生故障；另一方面，可控硅整流装置和励磁调节器电气回路故障。根据这两个可能的原因，首先检查可控硅整流装置和励磁调节器的电气回路，如果没有出现异常，再仔细检查可控硅电源，工作人员发现可控硅电源的输入信号在B相闸刀口间断，导致整流电源缺相，使得发电机无法正常起压。由于B相断裂，不能正常建立励磁同步电压，也使得励磁电流助磁不投，再加上同步电压回路系统的故障报警灵敏度较低，所以没有发出报警信号。
对于这个故障，工作人员可及时更换可控硅电源输入B相闸刀，优化同步电压回路系统设计，提高故障信号报警灵敏度。
2、失磁
失磁是水电站励磁系统的一种常见故障，通过查找和分析励磁系统保护动作时的录波和记录，在发生失磁故障时，录波显示励磁机组转子电压突变量迅速下降，录波起动开始后，转子电压逐渐下降为负值，定子电压和电流剧烈摆动，并且发出失磁保护动作。工作人员进行仔细检查，该水电站离励磁功率电源的S111交流侧开关节点松动，导致电源基础电阻变大发生失磁故障。
为了能够及时发现励磁功率电源开关节点松动故障，可在磁力功率电源交流侧开关节点位置设置故障监控录波器，实现实时监控。同时，工作人员应定期紧固和检查励磁开关辅助接点，确保励磁开关辅助接点的牢固性和可靠性。
3、励磁变高压熔断器爆裂
某水电站发电机组在温升试验完成后，在停机操作时发生爆裂，发电机组跳闸。故障发生后，工作人员仔细检查一次系统和二次系统，对于主变一次回路、二次回路、励磁变、发电机转子和定子绝缘性能、机组调速系统以及励磁系统进行测试[2]，经过检查后发现，该水电站高压侧熔断器、电压互感器和调节器全部炸裂，励磁变B相熔断器爆裂，对其中关键的设备元件熔断器进行检测，发现熔断器质量不达标。
针对这个问题，工作人员应对发电机一次系统、二次系统、转子和定子进行全面检查，防止再发生类似事件，并且用同型号、同类型的高压侧熔断器替换原来的大容量熔断器，做好产品抽样测试，确保熔断器质量合格。
4、发电机非全相运行
某水电站发电机组启动后，在升压到额定值后，又迅速降到0，工作人员以为是风机故障，为了找出故障原因，对发电机组手动起励，结果仍然是电压逐渐升高后迅速下降到0，并且发出异常声响。经过测量，发电机转子和定子绝缘都正常，分别对励磁逆变和发电机进行试验，将机组出口开关设置在正常试验位置，对发电机组升压，结果发现出口电压保持稳定的额定电压。在发电机出口开关推到运行位置时，系统发出报警信号，B相母线出现运行故障，将开关推到试验位置时，报警消失，因此可判断这是发电机出口开关故障，检查开关B相发现触头连杆螺丝松动，在开关分开过程中内部触头实际没有分开。该水电站发电机非全相运行主要是由于开关实际没有断开，导致励磁系统故障。在发电机升压过程中，三相电压不平衡，发电机自动逆变灭磁[3]，甚至引发发电机转子绕圈烧毁，严重影响发电机组的安全运行。
在发生这种故障时，工作人员应及时查阅励磁系统报警记录，仔细分析故障原因，采取有效解决措施，做好开关运行维护和检修工作，完成检修后，进行设备的试验和传动工作。
三、水电站励磁系统管理策略
根据水电站励磁系统实际运行情况，工作人员应密切注意在不同运行工况下的励磁电流，一旦发生故障信息，应仔细核对各柜输出电流和总电流，检查励磁系统是否出现断流信息。由于水电站励磁系统直流和交流侧各功率柜多采用母排连接方式，当某个功率柜出现运行故障时，在发电机组处于运行状态下，应及时退出故障柜，及时切除该功率柜脉冲开关，可启动水电站的应急风机，确保功率柜内部温度不会太高，在发电机组停机过程中，要确保交直流侧隔离刀闸拉开，避免功率柜内部各种元器件受到电压影响。同时，工作人员应做好设备的巡回检查，重点监控水电站励磁系统运行的薄弱环节，一旦发生异常信号或者出现运行故障，应及时进行检查处理。另外，工作人员应定期维护、巡视和清扫功率柜，避免功率柜内部积聚大量灰尘，防止出现短路故障。
四、结束语
励磁系统是水电站的重要组成部分，一旦发生故障，应及时查阅系统操作记录和报警记录，仔细分析励磁系统故障原因，判断故障发生位置，在励磁系统设备检修过程中，严格把关，做好系统设备的检查和试验，检修完成后及时验收，避免励磁系统设备在投运后再次发生故障，全面提高水电站励磁系统的安全性和稳定性，推动我国水电站快速发展。
参考文献
[1] 周加庆.水电站励磁系统故障原因及对策[J].电气技术，2015，01：128-129+132.
[2] 蒲永忠，刘宗琴.公伯峡水电站励磁系统几次故障原因分析[J].青海科技，2010，02：94-96.
[3] 朱太遠.响水坳水电站励磁设备故障原因分析及处理[J].中国高新技术企业，2014，26：90-92.
[关键词]水电站；励磁系统；故障原因；对策
中图分类号：TV73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0068-01
水电站励磁系统承担着调节和控制发电机组无功功率和出口电压的任务，一旦发生运行故障，会严重影响水电机的稳定运行，甚至引发水电站弃水、水电机组停运等事故，威胁人们的生命财产安全。为了提高水电站励磁系统的安全性和稳定性，应结合水电站励磁系统故障原因，采取有效解决对策，推动水电站的可持续发展。
一、水电站励磁系统概述
水电站励磁系统主要由励磁功率单元、励磁调节器组成，包括发电机组附属设备和励磁电流电源。励磁系统根据系统设定的调节准则采集信号，在励磁单元输出控制。在水电站励磁系统中由发电机转子产生励磁电流，励磁系统稳定运行有助于保障水电站并网机组的安全、稳定运行。对于水电站机组来说，不同的机组容量采用不同的励磁方式，如水电机组容量小于500kW，设置双绕组电抗器，采用分流自复励方式，机组容量大于500kW的采用可控硅自并励磁方式[1]，投产较早的水电机组采用交流侧串联相复励方式和永磁副励磁机。可控硅整流励磁系统主要由调节柜、辅助柜、非线性电阻柜、直流隔离开关柜、直流灭磁开关、整流柜、交流隔离开关柜、励磁变压器柜等组成。通常情况下，水电站励磁调节器主要是进行自动电压调节，其通过调节PID调节器输出信号，控制发电机励磁电流，以电压给定值和发电机机端电压的偏差作为PID调节器的输入。
二、水电站励磁系统故障原因分析和有效处理对策
1、整流电源故障
某水电站设置了26MW可控硅自并激励机组，但是机组启动后，发电机没有起压，经过检查，励磁装置没有发生异常报警，并且完全满足外部条件。造成这个问题的主要原因主要有两方面，一方面，整流电源装置发生故障；另一方面，可控硅整流装置和励磁调节器电气回路故障。根据这两个可能的原因，首先检查可控硅整流装置和励磁调节器的电气回路，如果没有出现异常，再仔细检查可控硅电源，工作人员发现可控硅电源的输入信号在B相闸刀口间断，导致整流电源缺相，使得发电机无法正常起压。由于B相断裂，不能正常建立励磁同步电压，也使得励磁电流助磁不投，再加上同步电压回路系统的故障报警灵敏度较低，所以没有发出报警信号。
对于这个故障，工作人员可及时更换可控硅电源输入B相闸刀，优化同步电压回路系统设计，提高故障信号报警灵敏度。
2、失磁
失磁是水电站励磁系统的一种常见故障，通过查找和分析励磁系统保护动作时的录波和记录，在发生失磁故障时，录波显示励磁机组转子电压突变量迅速下降，录波起动开始后，转子电压逐渐下降为负值，定子电压和电流剧烈摆动，并且发出失磁保护动作。工作人员进行仔细检查，该水电站离励磁功率电源的S111交流侧开关节点松动，导致电源基础电阻变大发生失磁故障。
为了能够及时发现励磁功率电源开关节点松动故障，可在磁力功率电源交流侧开关节点位置设置故障监控录波器，实现实时监控。同时，工作人员应定期紧固和检查励磁开关辅助接点，确保励磁开关辅助接点的牢固性和可靠性。
3、励磁变高压熔断器爆裂
某水电站发电机组在温升试验完成后，在停机操作时发生爆裂，发电机组跳闸。故障发生后，工作人员仔细检查一次系统和二次系统，对于主变一次回路、二次回路、励磁变、发电机转子和定子绝缘性能、机组调速系统以及励磁系统进行测试[2]，经过检查后发现，该水电站高压侧熔断器、电压互感器和调节器全部炸裂，励磁变B相熔断器爆裂，对其中关键的设备元件熔断器进行检测，发现熔断器质量不达标。
针对这个问题，工作人员应对发电机一次系统、二次系统、转子和定子进行全面检查，防止再发生类似事件，并且用同型号、同类型的高压侧熔断器替换原来的大容量熔断器，做好产品抽样测试，确保熔断器质量合格。
4、发电机非全相运行
某水电站发电机组启动后，在升压到额定值后，又迅速降到0，工作人员以为是风机故障，为了找出故障原因，对发电机组手动起励，结果仍然是电压逐渐升高后迅速下降到0，并且发出异常声响。经过测量，发电机转子和定子绝缘都正常，分别对励磁逆变和发电机进行试验，将机组出口开关设置在正常试验位置，对发电机组升压，结果发现出口电压保持稳定的额定电压。在发电机出口开关推到运行位置时，系统发出报警信号，B相母线出现运行故障，将开关推到试验位置时，报警消失，因此可判断这是发电机出口开关故障，检查开关B相发现触头连杆螺丝松动，在开关分开过程中内部触头实际没有分开。该水电站发电机非全相运行主要是由于开关实际没有断开，导致励磁系统故障。在发电机升压过程中，三相电压不平衡，发电机自动逆变灭磁[3]，甚至引发发电机转子绕圈烧毁，严重影响发电机组的安全运行。
在发生这种故障时，工作人员应及时查阅励磁系统报警记录，仔细分析故障原因，采取有效解决措施，做好开关运行维护和检修工作，完成检修后，进行设备的试验和传动工作。
三、水电站励磁系统管理策略
根据水电站励磁系统实际运行情况，工作人员应密切注意在不同运行工况下的励磁电流，一旦发生故障信息，应仔细核对各柜输出电流和总电流，检查励磁系统是否出现断流信息。由于水电站励磁系统直流和交流侧各功率柜多采用母排连接方式，当某个功率柜出现运行故障时，在发电机组处于运行状态下，应及时退出故障柜，及时切除该功率柜脉冲开关，可启动水电站的应急风机，确保功率柜内部温度不会太高，在发电机组停机过程中，要确保交直流侧隔离刀闸拉开，避免功率柜内部各种元器件受到电压影响。同时，工作人员应做好设备的巡回检查，重点监控水电站励磁系统运行的薄弱环节，一旦发生异常信号或者出现运行故障，应及时进行检查处理。另外，工作人员应定期维护、巡视和清扫功率柜，避免功率柜内部积聚大量灰尘，防止出现短路故障。
四、结束语
励磁系统是水电站的重要组成部分，一旦发生故障，应及时查阅系统操作记录和报警记录，仔细分析励磁系统故障原因，判断故障发生位置，在励磁系统设备检修过程中，严格把关，做好系统设备的检查和试验，检修完成后及时验收，避免励磁系统设备在投运后再次发生故障，全面提高水电站励磁系统的安全性和稳定性，推动我国水电站快速发展。
参考文献
[1] 周加庆.水电站励磁系统故障原因及对策[J].电气技术，2015，01：128-129+132.
[2] 蒲永忠，刘宗琴.公伯峡水电站励磁系统几次故障原因分析[J].青海科技，2010，02：94-96.
[3] 朱太遠.响水坳水电站励磁设备故障原因分析及处理[J].中国高新技术企业，2014，26：90-92.