励磁装置故障诊断与日常维护

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总机（027）84898876传真（027）84896740第一页，共三十五页。励磁装置日常维护与故障诊断HEST第二页，共三十五页。目录第二部分日常维护第三部分典型案例分析及处理励磁系统初步检查及调试工具准备开关量检查模拟量测量校正第一部分励磁系统原理简介HEST第三页，共三十五页。励磁系统的组成与分类自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器）励磁电源（励磁机、励磁变压器）整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类：直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类：慢速励磁系统快速励磁系统高起始励磁系统HEST第四页，共三十五页。

交流励磁机系统（三机它励）组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。

优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡同轴HEST第五页，共三十五页。交流励磁机系统（二机它励）组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。

优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢同轴HEST第六页，共三十五页。自励系统（并励、复励）自并励励磁系统组成：励磁变压器、大功率可控硅整流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、自动电压调节器优点：结构简单、响应速度快缺点：强励时系统电压变化复杂交流侧串联自复激励磁系统励磁电压变压器ZB（并联变）的副方电压与励磁电流变压器GLH（串联变）的副方电压相联（相量相加），然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载情况变化时，例如电流增大或功率数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式具有相复励作用。静止HEST第七页，共三十五页。无刷励磁系统

组成：主励磁机（ACL）电枢是旋转的，它发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥整流后直接送发电机转子回路。无刷励磁系统中的副励磁机（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题旋转HEST第八页，共三十五页。

励磁调节器原理图

移相触发器原理：Ut＋Uk＝触发脉冲

模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相

AVR（自动）恒电压闭环自动电压调节器

ECR（手动）恒电流闭环励磁电流调节器电压给定Ugref电流给定IfrefPID调节计算限制功能控制电压Uk恒无功闭环：AVR的辅助控制HEST第九页，共三十五页。

励磁调节器构成HEST第十页，共三十五页。

励磁调节器功能简介无功补偿（调差）强励电流限制（快速限制）过励限制（励磁电流慢速、反时限）欠励限制（P-Q）定子电流限制（过无功限制）伏赫限制（V/HZ、U/F）（过激磁）软起励功能PSS功能电制动功能PT断线保护HEST第十一页，共三十五页。第二部分日常维护随着励磁系统控制部分集成度越来越高，及功率部分器件数量减少，现励磁系统可靠性得到了较大地提高。当出现故障时，找到故障部分进行整体更换，维护量也相对较少，为此，找到故障点就显得比较重要了。由于我公司产品在出厂前进行了严格地测试，并且现场投运时要重新做静动态调试，装置内部接线在未做过调整时故障可能性较小。可通过如下常规检测找出故障点：HEST第十二页，共三十五页。励磁系统初步检查及调试工具准备一般励磁系统所处的位置震动较大，需要对励磁回路线路进行检查，重点电源回路、外围接线回路是否正确，功率部分及端子排是否有松动而引起接触不良的现象。准备工具：继电保护测试仪、三相调压器、示波器、万用表、试验电阻（20Ω/1000W以上）、扳手、一字起、试验导线若干。HEST第十三页，共三十五页。开关量检查1.操作回路试验发电机励磁调节器开关量校验（A/B通道同时进行）1.1模拟开关量输入，检查输入是否正确a.按本盘/远方“开机”按钮，给定电压Ug值置位；b.按本盘/远方“增磁”按钮，给定电压Ug值上升；c.按本盘/远方“减磁”按钮，给定电压Ug值下降；d.按本盘/远方“灭磁”按钮，给定电压Ug值置零，并且面板上灭磁指示灯亮；e.按本盘“手动”开关，面板上的手动灯亮，并有异常信号发出；f.按”切脉冲”开关或拨码开关，脉冲功放板无脉冲输出；HEST第十四页，共三十五页。开关量检查1.2模拟调节器开关量输出，检查信号是否正确a.给调节器发“开机”信号时，PT电压在8S内未达到30%时，发“起励失败”信号；b.当手动、PT断线、过励限制、强励限制、低频保护、低励限制等信号出现时，均有异常信号发出,并在面板上有相应的指示灯亮；c.模拟功率柜快熔熔断，功率柜“快熔熔断”指示灯亮；（选做）d.模拟功率柜脉冲消失，功率柜“脉冲消失”指示灯亮；（选做）HEST第十五页，共三十五页。开关量检查1.3调节器功能模拟试验a.低频保护动作试验：b.逆变灭磁试验c.PT断线保护试验改变PT电压的频率，降至45HZ以下时，低频保护动作，调节器逆变灭磁；加入PT电压，发电机在空载情况下，然后按下灭磁按钮，电压给定值Ug清零；加入PT电压，在负载侧接上电阻，然后形成一个电压环的闭环控制，突然断开一路PT，负载侧电压无明显变化；HEST第十六页，共三十五页。开关量检查1.3调节器功能模拟试验d.空载过压保护试验：e.起励回路试验：f.低励限制试验:当PT电压加到额定电压的130%时，调节器发“空载过压”信号，并跳灭磁开关；给调节器发“开机”令，给定电压值置位，灭磁柜起励接触器动作；在端子排上加入三相正相序的电压100V（或105V），同时加入三相正相序的3.5A（或0.75A）电流，改变电流与电压间的相位角，使无功为负值。调整低励限制的参数，使其动作，观察“低励限制”动作后，给定电压值上升；HEST第十七页，共三十五页。模拟量测量校正2.1调节器测量校正试验根据发电机的PT、CT副边参数、电流传感器、电压传感器的输出，在端子排上加入参考值，校正显示值与实际加入值，使之一致。HEST第十八页，共三十五页。模拟量测量校正a.发电机PT电压测量校正在端子排上短接励磁PT（LPT）和仪表PT（YPT）（分相端接）以及系统PT（XPT）（有些装置上没有采用）。加入三相正相序的0~120V电压，以额定机组电压为基准值，每隔10V记录测量显示值。修改参数或调整测量回路的电位器，使显示值与实际值（PT二次电压）折算到一次侧的电压值一致。依次填入下表：输入电压304050607080901001101201301#LPT(KV)1#YPT(KV)1#XPT(KV)2#LPT(KV)2#YPT(KV)2#XPT(KV)HEST第十九页，共三十五页。模拟量测量校正b.发电机CT电流测量校正（HWJT-08D,09C型调节器适用）在端子排上加入三相正相序的0~5A（或0~1A）电流，以额定的定子电流为基准，记录测量显示值。修改参数或者调整测量回路的电位器，使显示值与实际值（CT二次电流）折算到一次侧的电流值一致。依次填入下表：测试电流（0~5A）或（0~1A）1#通道电流（KA）2#通道电流（KA）HEST第二十页，共三十五页。模拟量测量校正c.发电机功率测量校正（HWJT-08D,09C型调节器适用）在端子排上加入三相正相序的额定定子电压，同时加入三相正相序的额定定子电流，改变电流与电压间的相位角。每个10◦记录一次测量显示的功率值（有功P，无功Q）以及电流角度值。依次填入下表：电流角度值（◦）-10◦010◦20◦30◦40◦50◦60◦1#通道有功显示1#通道无功显示1#通道角度显示2#通道有功显示2#通道无功显示2#通道角度显示HEST第二十一页，共三十五页。模拟量测量校正d.发电机功率测量校正（HWJT-08C型调节器适用）在端子排上加入三相正相序的额定定子电压，同时加入三相正相序的额定定子电流，改变电流与电压间的相位角。每个30◦记录一次测量显示的功率值（有功P，无功Q）。依次填入下表：（或根据装置在额定运行时，按照额定定子电流输入）记录试验数据如下表：PT=

VCT=

AΦ整定cosΦ有功P显示（MW)A通道B通道无功Q显示（MVAR)A通道B通道HEST第二十二页，共三十五页。模拟量测量校正e.励磁电流（IL）或励磁电压（UL）测量校正按照电流传感器的输出电压值或电流值，在端子排上加入的0~20mA（4~20mA）的电流或0~5V的电压信号。按照电流传感器的变比折算到励磁电流的实际值。修改参数或调整测量回路的电位器，使显示值与所加电压或电流折算的实际值（按照电流传感器的变比折算到励磁电流的值）折算到一次侧的电压值一致。依次填入下表：说明：有些励磁系统中有独立的第三通道（纯手动调节通道），所测量的值为励磁电流值，其测量校正值也填写在下表中。输入电流值（mA）1#输入电流值（mA）2#或输入电压值（V）1#或输入电压值（V）2#1#通道电流值或电压值2#通道电流值或电压值纯手动通道电流值HEST第二十三页，共三十五页。模拟量测量校正f.功率回路小负载试验（接线时注意断开励磁变副边及转子侧）在功率回路的输入端加入三相（）V（一般100V）交流电压（根据实际励磁频率），灭磁柜输出端接入（）的负载电阻（一般20Ω/1000W或类似电炉丝代替）。改变控制角，用示波器测量负载电阻两端的波形；用万用表测量负载电阻两端的电压，观测输出电压是否是线性上升，并记录在下表中：（分别用单个控制通道和单个功率桥做小负载试验，如果是IGBT功率柜，将控制角（◦）改为占空比（H））控制角（◦）或占空比（H）输出电压（V）HEST第二十四页，共三十五页。第三部分典型案例分析及处理案例一现象：某电厂励磁方式为无刷励磁式（系统接线方式如下），升压时给起励电流后，发电机电压变化不大，多次实验结果一样，用三相调压器直接加电压至励磁功率回路进行整流，输出至额定电流时发电机电压仍只到30%.问题分析及处理：励磁装置输出电流正常，达到额定电流后发电机电压仍然升不起来基本可以排除励磁故障。经检查发现励磁机整流部分输出不正常，经检查为整流二极管有故障，解决后升压正常。HEST第二十五页，共三十五页。案例二现象：某直流励磁机系统（系统接线图如下），开机时先用磁场变阻器升压后至60%额定后，投入调节器按增磁，发现当调节器有输出时机端电压逐渐下降，调节器输出到100%后电压降至15%左右。问题分析及处理：现场检查发现功率部分出现错误，应该并接在磁场变阻器上的输出线将励磁机的线圈也并接进去，导致增磁后，励磁功率部分将励磁机线圈上的电流分流加大，从而使发电机得到的电流减小电压下降，改线后升压正常。HEST第二十六页，共三十五页。案例二附：电压调节式中：（1＋T1S）／（1＋βT1S）为滞后环节（积分环节）；（1+T2S）／（1＋γT2S）为超前环节（微分环节）；T1为积分时间，范围：1～2s，微机励磁调节器（HW系列）一般为:2s；β范围为：5～20，微机励磁调节器（HW系列）一般为：10；T2为微分时间，范围：0.05s～1s，微机励磁调节器（HW系列）一般为：0.25s；γ范围为：0.05～0.2，微机励磁调节器（HW系列）一般为：0.2；UG为机端电压给定，范围为标幺值的0～120%；Uf为机端电压反馈，范围为0～120%。Hz为IGBT自动输出占空比，正常情况下占空比越大，励磁电压越高。=HzHEST第二十七页，共三十五页。案例三现象：某电厂为可控硅自并激励磁系统，机组第一次升压时，给定30%起励后过压，接线与同步电源均正常。问题分析及处理：检查机端至励磁柜各铜排连接正确，测量残压相序发现相序错误，最终确定为发电机定子接反，导致出口三相相序不对，换相后问题解决。HEST第二十八页，共三十五页。案例四现象：某电厂为可控硅自并激励磁系统，发电机起励升压，给定为95%，KP在12000，只能升压到70%，再手动增一点磁，电压突然升至94%左右。问题分析及处理：电压在70%以前，调节器内部积分环节并未投入，所以电压升不到给定附近，增磁后电压超过70%。积分投入后放大能力加强使电压升至给定附近。修改参数给定值到100，KP到15000，再次升压，电压正常升至给定。HEST第二十九页，共三十五页。案例五现象：某电厂为可控硅自并激励磁系统，并网后机组无功一直向上加。问题分析及处理：励磁装置无异常信号，且模拟量显示正常，后检查发现监控系统测到的无功值为负，与实际不符，导致自动增加无功。将监控用CT同名端调换后显示正常，问题消失。HEST第三十页，共三十五页。案例六现象：某电厂为可控硅自并激励磁系统，发电机到额定转速后，运行人员在励磁调节柜上操作“开机”开关，发电机开机起励后，发电机电压表指针不动，励磁变副边电压表很快满表，随即保护动作，灭磁开关跳开，检查发现灭磁开关两个触头烧熔，灭磁开关正上方的-C相可控硅散热器被严重熏黑，继续检查发现励磁变压器高压保险（10A）三相由于来不及熔断，本体均被炸飞掉，高压保险柜被验证熏黑。HEST第三十一页，共三十五页。问题分析及处理：经检查造成此次事故的主要原因是PT电压没投入，就以“自动”方式开机升压。由于自动励磁调节器是以PT电压作为反馈量，没有检测到反馈电压，控制角一直保持在最小角度。励磁电流会一直上升，发电机电压一直会上升到饱和点，此时励磁电流继续增加，由于电流的增加率很大，电压会达到1.5倍以上，励磁变压器高压保险的电流和电压均超过额定值，高压保险来不及熔断，熔断时的能量很大，超过了保险管内部吸收的极限，被炸飞掉。保险炸飞后三