试议汽轮发电机汽轮发电机电气启动调试和起励失败处理措施

【摘 要】 本文通过实例介绍了汽轮发电机整套启动时的电气调试过程，并阐述了在启动调试过程中遇到的励磁系统起励升压失败的问题，以及相应的分析与处理方法。供同类型机组的电气调试，故障处理借鉴参考。
【关键词】 汽轮发电机 电气调试 起励失败 励磁波动
1 概述
发电机电气整套启动调试试验其目的是确保机组安全、可靠的投入运行的重要环节。本文以新建汽轮发电机组的整套启动为例，介绍了电气调试的每个步骤及目的。该发电机采用两机无刷自励励磁系统，在试验过程中出现了起励升压失败现象。投入励磁后，正常操作无法调节励磁。励磁电压、励磁电流上下波动，发电机电压不上升。通过励磁检测负载试验和电气设备检查，分析判断造成故障的原因。

2 机组启动前必须具备的条件

发电机组及配套辅助设备安装、单机调试完毕，交接试验数据合格。一、二次电气设备的保护、测量、操作、信号等回路的接线正确，具备投入运行条件。所有安装记录、启动前的试验记录以及主要设备的合格证书齐全。

3 电气整套调试内容

3.1 倒送电源定相试验

此项试验在启机前进行，将发电机中性点母排打开，升压站电源倒送到发电机出口母线。校验各电压互感器

一、二次回路是否完整，电压幅值、相序应正确无误。

3.2 发电机短路试验

准备好试验用励磁电源，将励磁方式由自励改为他励。在发电机出口设置短路点，转速升至额定时，投入发电机励磁。手动增磁，使定子电流上升至10%In（In指发电机额定电流）。检查CT二次电流回路应无开路，检查差动保护、过流保护等保护电流采样应正确。继续增磁，使发电机定子电流分别为：30%In、50%In、70%In、90%In、100%In，绘制短路特性曲线。短路试验的目的是检查三相电流的对称性，电流回路的完整性，并测取发电机参数。在试验过程中应密切观察发电机三相电流是否对称，差动及机组电流保护的电流值采样是否正确。

3.3 发电机空载试验

恢复正常运行方式，使发电机电压升至20%Ue（Ue指发电机额定电压）。测量发电机电压互感器二次电压，幅值和相序及开口角电压应正确。检查保护装置电压采样应正确。然后，将发电机电压分别升至30%Ue、40%Ue、50%Ue、60%Ue、70%Ue、80%Ue、90%Ue、100%Ue，绘制发电机空载上升特性曲线。检查各组电压互感器二次电压，相序应正确，并在发电机出口断路器处进行高压核相试验。降低发电机电压分别至90%Ue、80%Ue、70%Ue、60%Ue、50%Ue、40%Ue、30%Ue、20%Ue，绘制发电机空载下降特性曲线。再次增磁，使发电机电压升至1.3倍额定电压，对发电机进行5min匝间耐压试验。在电压升高过程中，应观察机组电压型保护的电压值采样是否正确。

3.4 励磁系统动态调试

在额定转速下，对励磁调节器参数进行校验和调整。完成手、自动方式互切试验、阶跃试验、零起升压试验、各种限制保护试验。测试并录取发电机的灭磁时间常数，校验灭磁开关的性能。

3.5 发电机零起升压、检测同期试验

断开发电机出口隔离开关，将发电机电压升至额定值，进行检测同期试验。校验同期装置及控制回路接线是否正确，并且熟悉操作步骤。观察同期表，在同步点进行合闸操作，并网开关应能成功合闸。在非同步点进行合闸操作，并网开关应拒动。手动调整发电机频率和电压，使其分别高于或低于系统侧频率和电压。投入自动同期装置，校验自动同期装置的调频、调压性能。在同步点，自动同期装置发出合闸命令，并网开关成功合闸。通过测试，调整自动同期装置的导前时间。

3.6 发电机并网、带负荷试验

合上发电机出口隔离开关，进行自动准同期并网。机组首次并网后，带初始负荷运行。对保护系统，自动装置及测量回路进行检查。进行励磁调节器带负荷试验，手、自动方式互切试验。

4 起励失败问题的分析与处理

4.1 故障现象

在做发电机短路试验时，起励建压后，进行增磁操作。输出励磁电压、励磁电流表针来回摆动，发电机电压不上升。

4.2 故障分析

对励磁装置进行检查。晶闸管、快速熔断器、灭磁开关、励磁变压器、励磁调节器及其接线均无故障。起励电源电压正常，极性正确。对发电机和励磁机进行外观检查，并对发电机励磁回路进行绝缘电阻测试，均未发现异常。进行励磁开环试验，起励建压正常，调节器能正常工作，各指示表计也正常。最终判断起励升压失败的原因，可能为励磁机定子绕组的时间常数太大，造成起励初始电流小于可控硅的擎住电

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流，可控硅无法可靠导通引起。擎住电流是可控硅在开通过程中，撤去门极触发信号时，仍能维持可控硅可靠导通的最小电流。由于励磁调节器脉冲宽度一般仅有100μs左右，在这样短的时间内，要保证可控硅能够可靠触发导通，必须保证流过可控硅的电流有较快的上升率。当做开环试验时，励磁输出所带负载为电阻，在调节器触发脉冲时间内，负载电流迅速增加，并大于可控硅的擎住电流，励磁系统正常输出。但在发电机起励升压过程中，励磁输出所带的负载为交流励磁机的定子。由于励磁机定子的电感大，就会造成电流上升较慢，在触发脉冲终止时，主回路电流还未上升到可控硅的擎住电流以上。从而，引起可控硅无法可靠导通，造成起励升压失败。
解决这一问题的技术手段通常有两种方法：一是增加可控硅的触发脉冲宽度，提高起励初期可控硅电流的上升时间。二是在励磁输出两端并接电阻，为可控硅提供一条电流快速上升的回路。由于励磁调节器脉冲宽度调整范围有限，且受脉冲放大电源和脉冲变的功率限制。所以，常采用的方法是在励磁输出回路并接续流电阻，以提高主回路电流的上升速率，从而保证可控硅的可靠导通。
该两机无刷励磁系统中，虽然已在励磁机定子绕组并接了一个200Ω的电阻，仍然出现起励失败的问题。我们在调试的过程中通过分析可知，并接在两端电阻R的阻值偏大，不能有效的提高主回路电流的上升速率。通过经验计算我们选用120Ω电阻来取代200Ω的电阻。现场实际调试证明：励磁调节柜内的电阻更换后，起励升压、励磁调节器手动、自动调节正常。问题得以解决，提高了发电机励磁系统的可靠稳定性。
5 结语
发电系统电气整套启动调试，是保证机组正确投入以及可靠运行的关键环节。所以，应制定详细的调试大纲和应急预案。在调试过程中，现场比较复杂。应做好每一步骤的安全措施，保证设备及人身安全。