大型发电机励磁系统辅助强励回路可靠性分析及改进建议

刘刚强

摘 要：介绍某电厂发电机励磁系统辅助强励回路的构成及工作原理，分析该电厂一起励磁机励磁绕组、辅助强励回路直流电源侧设备损坏的异常事件。为提高励磁系统设备的可靠性，基于励磁系统强励功能的分析，提出了有效避免类似故障发生的解决方案，同时对国内外励磁系统强励回路功能设计、参数配置、故障处理等也具有较高的技术指导价值。

关键词：发电机励磁系统 辅助强励 原理 故障 解决方案

Abstract：This paper introduces the structure and working principle of the boosting excitation circuit of the generator excitation system in a power plant，and analyzes the abnormal events of the damage of the stator winding of the exciter and the equipment on the side of the boosting excitation circuit.In order to improve the reliability of the excitation system equipment and based on the analysis of the excitation function of the excitation system，this paper puts forward the effective solution to avoid the occurrence of similar faults.At the same time，it has high technical guidance value for the function design，parameter configuration and fault treatment of the excitation circuit of the excitation system at home and abroad.

Keywords：generator excitation system;boosting excitation;theory;fault;solution

前言

我国各大电网互联、电力系统结构复杂，其中不断接入的大容量机组在提高电力系统稳定性方面起到了重要的作用。同步发电机的运行特性与空载电势Eq值的大小有关，而Eq值是发电机励磁电流Ifd的函数，改变励磁电流就可直接影响发电机在电力系统中的运行特性。电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配;在某些故障情况，要求发电机迅速增大励磁电流，维持电网的电压水平及稳定性。因此，同步发电机励磁系统在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统的运行可靠性方面起着极为重要的作用。在诸多改善电力系统、发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被公认为最有效和经济的措施之一。

1 发电机励磁系统的构成

国内某电厂发电机采用带机端励磁变的自并励无刷励磁系统，主要有励磁变压器、励磁调节器、无刷励磁机、发电机旋转二极管检测装置等组成，其中励磁调节器采用法国ALSTOM公司生产的P320-AVR V2型微机励磁调节器。

正常工况下励磁电源取自发电机机端励磁变压器，发电机机端电压经励磁变降压后提供给励磁调节器晶闸管整流器，经晶闸管整流后送至励磁机励磁绕组。励磁机的转子切割励磁绕组磁场产生交流电流，此交流电流经旋转二极管整流器整流后供给发电机转子绕组以建立发电机磁场。

2 辅助强励回路工作原理

为防止机端发生短路时强励能力不足、继电保护拒动，造成机组和电网严重事故，在发电机励磁系统中配置了辅助强励回路，该回路只允许在自动电压调节及发电机并网运行期间投入，电源取自厂用220V直流系统。

在机组未并网时辅助强励回路自动退出，辅助强励开关LC002JA分闸;机组并网后辅助强励回路自动投入，辅助强励开关自动合闸，辅助强励回路晶闸管关断;当机端电压降至70%Un以下时，由励磁调节器发出脉冲触发辅助强励回路晶闸管导通，由辅助强励电源ZL001JA为励磁机的励磁绕组供电;直流系统绝缘监测仪采用平衡桥测量母线绝缘，平衡桥接入母线正负极;当机端电压恢复至72%Un及以上时，辅助强励开关自动短时断开，迫使辅助强励回路晶闸管关断，经延时后辅助强励开关恢复合闸，允许再次强励。

3 故障分析

該机组并网运行期间，曾出现过ZL直流系统电压异常升高，充电模块黑屏无显示，绝缘监测仪电桥负极回路烧毁，信号采集回路正负极熔丝熔断，工作电源开关跳闸;AVR直流侧励磁电流较大波动，后续检查发现励磁机磁极绝缘低，励磁机定子磁极12点方向（第11磁极）绕组与铁芯之间毛毡和绝缘板有多处间歇性放电痕迹。

经过系统性的分析知，励磁系统辅助强励回路设计不合理。

当机组正常运行时，直流电源（高阻接地系统）与励磁机励磁绕组（不接地系统）通过辅助强励回路负极直接相连，使励磁机定子成为实际上的高阻接地系统，导致两者相互影响。在故障或异常情况下，回路中电气参数发生变化，产生暂态过电压，使系统不稳定，导致故障扩大、设备损毁。

当回路中产生另一个不稳定接地点时，有可能导致回路中产生不稳定的两点接地，从而感应出异常电流;而设计上原本应该分开的不同阻容回路串联到一起，有可能形成特殊频率下的谐振回路。

辅助强励回路上存在不稳定接地点，导致间歇性放电，由于回路存在电感，产生感应电势，又由于并非稳定的接地点，导致回路频繁充放电，产生暂态过电压，导致励磁机定子绝缘薄弱环节被击穿。