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摘要：励磁系统是发电机组的重要的控制系统，其性能的好坏直接关系着机组稳定运行，为了保证励磁系统的正常稳定运行，我们只有了解励磁系统经常发生的故障，才能采用可靠的技术措施正确处理，从而保证整个发电机组的稳定运行。
关键字： 发电机 励磁系统故障 稳定运行
Pick to: the excitation system is one of the important control system of generator set, its performance is good or not directly related to the unit stable operation, to ensure normal and stable operation of the excitation system, we only know excitation system faults happens often, can adopt reliable technology measures to deal with, so as to ensure the stability of the generating units in operation.
Key words: the generator excitation system faults and stable operation
中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00
工作原理：以自并励励磁系统为例,该系统的励磁功率来自于发电机本身,通过机端的整流变压器（T1）以及三相可控硅整流桥（KP）向转子提供一个可调节的直流电流，实现自并励励磁。当发电机组处于单机运行时，励磁系统通过不断改变励磁电流的大小,可以维持发电机端电压恒定。其调节过程为：当发电机负荷增大时，电枢反应增强会引起机端电压下降，而机端电压通过电压互感器传送至检测放大单元，在与给定电压进行比较得到一个偏差信号并放大后，产生控制电压信号Ug，再输入移相触发单元，使移相触发脉冲相位随着Ug的增大而前移，控制角α减小，可控硅桥输出增大，即励磁电流增大，发电机端电压相应升高实现了电压的自动负反馈调节，可简单表示为负荷增大→端电压UG降低→控制电压Ug降低→控制角α减小→励磁电流IL增大→发电机端电压升高。若发电机负荷减小，调节过程则相反当发电机并网运行时，可以利用励磁装置调节发电机输出的无功功率大小，从而稳定系统的电压水平。
1、启压不正常
发电机启动至额定转速后，励磁装置下达投励令后，发电机不能建立初始电压，导致启励失败。
首先检查励磁装置是否有输出启励电压。自并激励磁装置的发电机机端初始电压是通过他励的方式,给发电机建立初始电压而产生的。有的励磁装置具有交，直流两种他励供电电源（启励方式），可分别试之。并检查启励回路是否接通，启励电压是否送到发电机激磁回路（转子）上。
励磁装置内部的启励接触器是否工作正常。此项检查工作可以按照启励接触器工作原理图进行电器合、分实验。
检查给励磁装置提供整流电源的励磁变压器的工作回路是否接通。发电机在启励升压后，是依靠励磁变压器给励磁装置提供整流电源，因此要保证励磁变压器原、次端工作回路必须正常。
检查励磁装置的整流情况。现在的励磁装置都具有试验功能。可利用厂用电进行静态调试，可分别检查移相脉冲的控制电压及脉冲的宽度，幅度和相位角度。最后利用示波器观察可控硅的整流波形，整流波形应随着给定值地增加或减少而平稳的上升或下降。
2、励磁波动较大且不稳定
励磁装置从运行数值突然向满刻度方向摆动，时而又正常，其变化规律无常，但当增，减磁时仍然可以进行调节。这是由于移相脉冲的波动引起的。首先应检查脉冲的控制电压U?是否正常。而脉冲的控制电压U?是由励磁量测值（发电机电压或励磁电流）、给定值经PID调节所输出的。因此先检测励磁装置的电源是否正常。再分别检查给定值，励磁量测值两路信号是否正常。可用万用表和示波器检查给定值，励磁量测值（发电机电压，励磁电流）输入及经适配单元后的测量值是否稳定，正常。
当励磁整流波形脉动成分较大时，励磁表记抖动明显。用示波器观察可控硅整流波形，仅能看到4个甚至2个可控硅导通波形。首先可用万用表或专用仪器检测可控硅的性能是否良好。再用示波器观察六个脉冲信号是否存在，检查触发脉冲的形成，预放，及脉冲变压器原、次端的信号是否正常。并可与同步电压进行相位的比较，观察脉冲的移相角度、宽度及幅值是否正常。出现此类现象大部分情况是由于设备在使用过程中由于现场环境温度地变化，震动，氧化作用，使电子元气件的工作特性和焊接状态都受到一定的影响。因此，除了发生故障时及时修复外，还要注意平时定期对励磁装置进行维护、调试，及时更换损坏的元器件。
3、发电机不能正常灭磁
发电机同电网解列后，励磁装置要把励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的程度。有利用可控硅桥逆变灭磁，利用放电电阻灭磁，利用非线形电阻灭磁等灭磁方式。
在逆变的方式下，逆变失败不能有效降低励磁电流。逆变灭磁就是将可控硅的控制角后退到逆变角，使整流桥由“整流”工作状态过渡到“逆变”工作状态，从而将转子励磁绕组中储存的能量消耗掉。引起逆变失败的原因大致有如下几点：
回路工作不可靠，不能适时准确地给可控硅分配脉冲，导致应开通的可控硅不能开通。可控硅控制极故障，失去阻断能力或导通能力。
交流电源异常，励磁变压器相序，相位错误或者在逆变过程中出现断电、缺相或电压过低。
由于逆变时换相的超前触发角β过小，或因直流负载电流过大，交流电源电压过低使换相重叠角γ增大，或因可控硅关断时间对应的关断角δ增大，使换相裕度角不够，前一元件关断不了，后续元件不能开通。
4、励磁电流与励磁电压不成比例
励磁电压正常，励磁电流偏低，并出现局部发热现象。这种故障一般是由于转子回路阻值增大所致。如可控硅整流回路的铜排，分流器，以及转子电缆之间的连接接触不好，导致有高温迹象。另外就是集电环和碳刷有效接触面积减小而使接触电阻增大。励磁电流正常，励磁电压偏高。用示波器观察可控硅整流波形，可看到有交流波形。这是由于整流桥中的个别可控硅短路，把交流成分加到直流輸出端。因此，电压表上显示的是两种电压的叠加值，所以要高于正常励磁电压值
5、发电机并网运行时无功波动大
并列运行的同步发电机，在电力系统无功负荷发生变化时，将引起各机组间无功负荷的重新分配，如果自动调节励磁装置的调差系数调整得当，可以实现无功负荷的合理分配，使无功潮流合理分布，电网损耗最小，实现优化运行。根据励磁系统工作原理，满足机组运行的条件有： 1）机端并列运行的发电机应具有相同的正调差系数，以便合理分配无功负荷； 2）负调差系数的发电机可通过变压器在高压母线上并列运行，但不允许在机端并列运行； 3）在机端并列运行的无差发电机不得多于一台。
故障现象：在发电机并网后，带上一定的无功负荷，如发现随着系统电压的波动，机组的无功调节过于灵敏，且无功功率表、功率因数表、励磁电压表摆动频繁，变化幅度也比其它并列机组大得多，则说明该励磁装置的调差率整定不合理。
处理措施：此时应检查这台发电机是正调差还是负调差，方法如下：先将调差波段开关放置0档，发电机并网后，带上一定的无功负荷（约为额定值的1/4~1/2,少带有功），再将波段开关指到1档或2档，若此时发现发电机所带无功负荷下降，则为正调差，反之为负调差。对于并联在机压母线上的机组，应使用正调差，否则不仅无功变化频繁、变化幅度大，还给机组安全运行带来威胁，如若检验出是负调差，应立即停机更改调差电流互感器极性；若检验出为正调差，并伴有上述情况出现，应增大这台发电机的调差系数，使并列运行机组的无功分配较为合理。
6、总结
励磁系统是保证发电机和电力系统正常稳定运行的重要设备，为减少其故障机率，工作环境必须是干燥无腐蚀性气体的场所；投入运行后，必须定期检修，将插件逐个拔出，清理里面灰尘；停机一段时间或大修后，必须对励磁装置进行开环试验，以确保运行安全。整流桥应选用较好的可控硅器件，如发生击穿，快速熔断器应迅速熔断，使故障可控硅及时退出励磁回路。此外，保证整流三相电源相序正常也是保证励磁装置正常工作的重要前提条件。为防备相位错乱、误操作、失控等引起的励磁装置的异常运行，还应对该装置设置一些必要的如过电压、过励、失磁等保护。
关键字： 发电机 励磁系统故障 稳定运行
Pick to: the excitation system is one of the important control system of generator set, its performance is good or not directly related to the unit stable operation, to ensure normal and stable operation of the excitation system, we only know excitation system faults happens often, can adopt reliable technology measures to deal with, so as to ensure the stability of the generating units in operation.
Key words: the generator excitation system faults and stable operation
中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00
工作原理：以自并励励磁系统为例,该系统的励磁功率来自于发电机本身,通过机端的整流变压器（T1）以及三相可控硅整流桥（KP）向转子提供一个可调节的直流电流，实现自并励励磁。当发电机组处于单机运行时，励磁系统通过不断改变励磁电流的大小,可以维持发电机端电压恒定。其调节过程为：当发电机负荷增大时，电枢反应增强会引起机端电压下降，而机端电压通过电压互感器传送至检测放大单元，在与给定电压进行比较得到一个偏差信号并放大后，产生控制电压信号Ug，再输入移相触发单元，使移相触发脉冲相位随着Ug的增大而前移，控制角α减小，可控硅桥输出增大，即励磁电流增大，发电机端电压相应升高实现了电压的自动负反馈调节，可简单表示为负荷增大→端电压UG降低→控制电压Ug降低→控制角α减小→励磁电流IL增大→发电机端电压升高。若发电机负荷减小，调节过程则相反当发电机并网运行时，可以利用励磁装置调节发电机输出的无功功率大小，从而稳定系统的电压水平。
1、启压不正常
发电机启动至额定转速后，励磁装置下达投励令后，发电机不能建立初始电压，导致启励失败。
首先检查励磁装置是否有输出启励电压。自并激励磁装置的发电机机端初始电压是通过他励的方式,给发电机建立初始电压而产生的。有的励磁装置具有交，直流两种他励供电电源（启励方式），可分别试之。并检查启励回路是否接通，启励电压是否送到发电机激磁回路（转子）上。
励磁装置内部的启励接触器是否工作正常。此项检查工作可以按照启励接触器工作原理图进行电器合、分实验。
检查给励磁装置提供整流电源的励磁变压器的工作回路是否接通。发电机在启励升压后，是依靠励磁变压器给励磁装置提供整流电源，因此要保证励磁变压器原、次端工作回路必须正常。
检查励磁装置的整流情况。现在的励磁装置都具有试验功能。可利用厂用电进行静态调试，可分别检查移相脉冲的控制电压及脉冲的宽度，幅度和相位角度。最后利用示波器观察可控硅的整流波形，整流波形应随着给定值地增加或减少而平稳的上升或下降。
2、励磁波动较大且不稳定
励磁装置从运行数值突然向满刻度方向摆动，时而又正常，其变化规律无常，但当增，减磁时仍然可以进行调节。这是由于移相脉冲的波动引起的。首先应检查脉冲的控制电压U?是否正常。而脉冲的控制电压U?是由励磁量测值（发电机电压或励磁电流）、给定值经PID调节所输出的。因此先检测励磁装置的电源是否正常。再分别检查给定值，励磁量测值两路信号是否正常。可用万用表和示波器检查给定值，励磁量测值（发电机电压，励磁电流）输入及经适配单元后的测量值是否稳定，正常。
当励磁整流波形脉动成分较大时，励磁表记抖动明显。用示波器观察可控硅整流波形，仅能看到4个甚至2个可控硅导通波形。首先可用万用表或专用仪器检测可控硅的性能是否良好。再用示波器观察六个脉冲信号是否存在，检查触发脉冲的形成，预放，及脉冲变压器原、次端的信号是否正常。并可与同步电压进行相位的比较，观察脉冲的移相角度、宽度及幅值是否正常。出现此类现象大部分情况是由于设备在使用过程中由于现场环境温度地变化，震动，氧化作用，使电子元气件的工作特性和焊接状态都受到一定的影响。因此，除了发生故障时及时修复外，还要注意平时定期对励磁装置进行维护、调试，及时更换损坏的元器件。
3、发电机不能正常灭磁
发电机同电网解列后，励磁装置要把励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的程度。有利用可控硅桥逆变灭磁，利用放电电阻灭磁，利用非线形电阻灭磁等灭磁方式。
在逆变的方式下，逆变失败不能有效降低励磁电流。逆变灭磁就是将可控硅的控制角后退到逆变角，使整流桥由“整流”工作状态过渡到“逆变”工作状态，从而将转子励磁绕组中储存的能量消耗掉。引起逆变失败的原因大致有如下几点：
回路工作不可靠，不能适时准确地给可控硅分配脉冲，导致应开通的可控硅不能开通。可控硅控制极故障，失去阻断能力或导通能力。
交流电源异常，励磁变压器相序，相位错误或者在逆变过程中出现断电、缺相或电压过低。
由于逆变时换相的超前触发角β过小，或因直流负载电流过大，交流电源电压过低使换相重叠角γ增大，或因可控硅关断时间对应的关断角δ增大，使换相裕度角不够，前一元件关断不了，后续元件不能开通。
4、励磁电流与励磁电压不成比例
励磁电压正常，励磁电流偏低，并出现局部发热现象。这种故障一般是由于转子回路阻值增大所致。如可控硅整流回路的铜排，分流器，以及转子电缆之间的连接接触不好，导致有高温迹象。另外就是集电环和碳刷有效接触面积减小而使接触电阻增大。励磁电流正常，励磁电压偏高。用示波器观察可控硅整流波形，可看到有交流波形。这是由于整流桥中的个别可控硅短路，把交流成分加到直流輸出端。因此，电压表上显示的是两种电压的叠加值，所以要高于正常励磁电压值
5、发电机并网运行时无功波动大
并列运行的同步发电机，在电力系统无功负荷发生变化时，将引起各机组间无功负荷的重新分配，如果自动调节励磁装置的调差系数调整得当，可以实现无功负荷的合理分配，使无功潮流合理分布，电网损耗最小，实现优化运行。根据励磁系统工作原理，满足机组运行的条件有： 1）机端并列运行的发电机应具有相同的正调差系数，以便合理分配无功负荷； 2）负调差系数的发电机可通过变压器在高压母线上并列运行，但不允许在机端并列运行； 3）在机端并列运行的无差发电机不得多于一台。
故障现象：在发电机并网后，带上一定的无功负荷，如发现随着系统电压的波动，机组的无功调节过于灵敏，且无功功率表、功率因数表、励磁电压表摆动频繁，变化幅度也比其它并列机组大得多，则说明该励磁装置的调差率整定不合理。
处理措施：此时应检查这台发电机是正调差还是负调差，方法如下：先将调差波段开关放置0档，发电机并网后，带上一定的无功负荷（约为额定值的1/4~1/2,少带有功），再将波段开关指到1档或2档，若此时发现发电机所带无功负荷下降，则为正调差，反之为负调差。对于并联在机压母线上的机组，应使用正调差，否则不仅无功变化频繁、变化幅度大，还给机组安全运行带来威胁，如若检验出是负调差，应立即停机更改调差电流互感器极性；若检验出为正调差，并伴有上述情况出现，应增大这台发电机的调差系数，使并列运行机组的无功分配较为合理。
6、总结
励磁系统是保证发电机和电力系统正常稳定运行的重要设备，为减少其故障机率，工作环境必须是干燥无腐蚀性气体的场所；投入运行后，必须定期检修，将插件逐个拔出，清理里面灰尘；停机一段时间或大修后，必须对励磁装置进行开环试验，以确保运行安全。整流桥应选用较好的可控硅器件，如发生击穿，快速熔断器应迅速熔断，使故障可控硅及时退出励磁回路。此外，保证整流三相电源相序正常也是保证励磁装置正常工作的重要前提条件。为防备相位错乱、误操作、失控等引起的励磁装置的异常运行，还应对该装置设置一些必要的如过电压、过励、失磁等保护。