励磁系统常见故障及应对措施

励磁系统常见故障及应对措施

摘要：保持励磁系统良好状态，对于水电站安全生产具有十分重要的作用，因

此本文对励磁系统工作原理、常见故障及其应对措施进行了探讨。

关键词：故障；措施；励磁系统；水轮发电机

励磁系统（excitation system）是向水轮发电机转子绕组提供磁场电流的装置，其主要作用是维持发电机电压在给定水平上、合理分配无功以及提高电力系统运

行稳定性[1]。可见，维护和调试好励磁系统对于保障水电生产的安全运行意义重大。但是我们也知道任何设备在运行中都可能出现故障，如何针对故障快速诊断

和排除是维护人员重要职责和任务，励磁系统自然也不例外，因此本文对水轮发

电机励磁系统常见故障与应对措施进行了探讨。

1 水轮发电机励磁系统工作原理

1.1 关于励磁方式

水轮发电机的励磁方式分他励和自励两大类。他励主要是以励磁机作为励磁

电源的一种励磁方式，自励的励磁电源取自发电机自身。虽然他励方式不受发电

机运行状态影响，励磁可靠性较高，但是结构较为复杂，多出现在旧式励磁系统中，目前基本上采用自励方式。在自励方式中，应用较多的是可控硅静态励磁方式，它没有旋转部分，维护相对简单。可控硅静态励磁方式又分为自并励和自复

励两种形式，两者比较起来自并励方式从技术、维护、可靠性和造价等方面都更

为成熟和适用，因而应用更广泛，故此本文将自并励方式作为讨论的基础。

1.2 自并励系统的原理与构成

如图1所示，自并励系统利用接在发电机端的励磁变压器励磁交流电源，通过晶闸管整

流装置变换为直流励磁电源。再结合图2，水轮发电机励磁系统由励磁调节器、励磁整流装置、起励装置、灭磁装置、励磁变压器以及保护、测量等装置组成。其中励磁系统由励磁调

节器与功率灭磁单元构成，励磁调节器根据所检测到的发电机电压、电流等信号，按照一定

的控制准则自动调节功率灭磁单元的输出；而励磁控制系统则涵盖了励磁系统和同步发电机，通过励磁控制系统可以实现对发电机电压、电力系统无功分配的控制。可见，励磁系统由众

多相互关联的环节所组成，任一环节出现故障都可能影响发电机的运行。

2 水轮发电机励磁系统常见故障与应对措施

2.1 起励失败

起励失败是指励磁系统下达投励指令后，发电机无法建立初始电压的故障现象[2]。由于

水轮发电机励磁系统型号众多，参数设置和信号显示也有所差异，就以EXC9000励磁系统为

例说明，在10s内机端电压仍低于发电机额定电压的10%，调节器显示屏会报“起励失败”信号。造成起励失败的原因非常多，比较常见的有[3-4]：（1）开机检查有疏漏，如功率柜交直

流刀闸、起励开关、灭磁开关、PT高压侧刀闸、同步变压器保险座开关等没有合上。（2）

起励回路有故障，如线路松动或元器件损坏。（3）调节器故障。（4）采用“残压起励”模式，而转子侧剩磁不够。（5）新手操作生疏，按压起励按钮时间太短，不足5s。

解决办法：（1）严格按照程序检查开机状态，复核所有环节，避免疏漏。（2）细心观察，如怀疑起励回路故障，通过观察起励接触器动作、吸合声响判断，无声响可能是回路故障；若是调节器故障，可观察调节器I/O板第9号开关输入指示灯是否常亮，灯不亮依次检

查接线和上位机指令是否发出。（3）设备检修后，检查人机界面起励方式是否合适，通过

调整起励方式或更换通道重新开机。（4）维护检修后的故障，不少是先前操作留下的，耐

心回想一下曾动过什么就能发现一些苗头，如转子与励磁输出的电缆是否接反了。

2.2 励磁不稳定

发电机运行过程中，励磁波动过大，例如励磁系统运行数据增大，但有时又正常，无规

律可循，并且仍可以进行加减磁的调节。可能原因是：（1）移相脉冲控制电压输出不正常。