励磁系统常见故障及解决办法分析
励磁系统是同步发电机的重要组成，是同步发电机励磁电源，从电气量转换角度来看励磁系统及时是一套具有一定容量、输出可调节的直流电源装置。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流，建立转子磁场，电力系统的电压调节（一次、二次调压）、无功平衡等要求发电机的励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。另外，发电机的励磁系统必须能适应发电机的变负荷运行、滞相运行、进相运行、不同功率因数运行、允许范围内的电压和频率变化运行工况。对于电力系统事故，足够的励磁顶值电压和电压上升速度和较大的强励能力和快速响应能力以提高暂态稳定和改善系统运行条件也是对励磁系统的要求。近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得励磁系统得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。
励磁系统常见故障与应对措施
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。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：
（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、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。
（2）环境温度变化以及元器件受到振动、氧化等影响出现故障。针对第1种原因，应先检查励磁电源是否正常，应分别检查给定值和经适配单元处理后的测量值（发电机电压或励磁电流）是否正常。对第2种原因，利用示波器观察整流波形是否完整，再用万用表检查可控硅性能是否正常，线路焊接状态和元器件特性发生变化就会出现此类故障，平时应加强维护和调试并及时更换有问题的元器件，可降低此类故障发生几率。
3、灭磁不正常
水轮发电机组与电网解列后，灭磁装置要将励磁装置中的剩磁尽快衰减。灭磁方法有逆变灭磁、电阻灭磁等。逆变灭磁失败的原因有回路原因、可控硅控制极故障、交流电源异常、逆变换相超前触发角角过小等。而EXC9000励磁系统有时会出现灭磁开关多次合闸不成功的故障，其主要原因是直流磁场断路器开关卡涩引起的。由于EXC9000采用了ABB公司的直流磁场断路器，该断路器分闸回路与合闸回路通过机械连杆闭锁，在分闸不到位的情况下，无法通过操作按钮正常合闸。而合闸拒动的原因多半是机构内积灰和弹簧拉力减小，因此解决办法是加强日常维护，定期清理设备内的灰尘，再对灭磁断口、灭弧栅等部位涂抹导电膏，以防止机构卡涩。
4、励磁变压器相序不正确
励磁系统对可控硅同步信号的要求非常严格，励磁变压器相序、相位都不能弄错。某水轮发电机调试过程中，成功起励、建压后，继续增磁时发电机过压，灭磁开关跳开，经检查确认是励磁变压器接线有误。原来该励磁变压器采用Y/△11接法，输入端三相电缆接线相序为C、B、A，安装人员误以为输出端的相序也必然为C、B、A，忽略了该励磁变压器采用Y/△11接法的要求。按照要求调整输出端的接法，励磁系统也就恢复正常了。另一个例子是调试励磁系统时，由于A、C相反接，虽然励磁装置升压、并网都正常，但不能实现软起励，发电机升压太快，而在调整接法后故障消失，这是因为相序错误导致可控硅触发脉冲与其阳极电压不同步所致。采用示波器、相序表和万用表可查出此类错误。采用万用表的方法是检测母线与励磁变压器输入端电压差，同相电压差应为零。
5、其他常见故障
一般微机励磁装置，出现故障时调节柜显示屏上会有故障警示，仍以EXC9000为例，冷却风机故障显示“1#（或2#）功率柜风机电源故障”，电压互感器PT断线会显示“1（或2）PT故障”，REC站通信故障显示“REC1（REC）2站通信故障”等，按照信号提示检查一般都可以发现故障根源，进而消除故障。风机故障的原因包括风压限位开关损坏、交流进线电源消失、过流保护的固态继电器损坏、风机接线松动或损坏等，其中以风压限位开关损坏原因居多，不论哪种原因适当准备一定数量的备件都是必要的。
PT断线故障原因可能是PT回路二次接线松动、PT高压侧保险丝熔断及模拟量总线板、调节器DSP板故障等，一般以外部接线松动原因居多，所以应先排查外部原因，再考虑内部器件问题。REC站通信故障主要原因有通信故障、智能板保险松动或损坏、智能板损坏等，如果是通信故障只需复位智能板并重启程序就能消除故障，而智能板损坏应更换同型号备板。
励磁电流和励磁电压都低导致电机运行无力是什么情况？
大多数龙门刨床主电机控制方式都是电动机带动直流发电机发电然后供给直流电动机，但随着随着电子技术广泛应用以来，晶闸管整流直接控制直流电动机成为现在的标准，但还有广大老机床采用原来的控制方式
B2016A型龙门刨床的励磁机是平复励自励发电机，通常在龙门刨床上使用和新安装的电机一般不会设有剩磁，那可能由于控制柜内部接线松动或炭刷接触不良也可能是由于并励绕组和电枢绕组极性接反而致使不发电。若是由于没有剩磁而引起不发电，可以用约100V的电压，充磁2~3min。有时励磁机发电极性相反，须检查并励绕组和电枢绕组的极性。
另一个龙门刨床励磁机常见故障是励磁机空载电压偏高。若电刷位置在中性线上，一般是励磁机性能与调节电阻(RT-G2)数值配合不好，现采用两块188Ω的板形电阻。
若龙门刨床励磁机空载电压正常，加负载后电压明显下降，在带负载起动时，接在电枢两端的电压表指针动一下，立刻回到零。常是由于龙门刨床励磁机串励绕组极性反接，可调换串励绕组线头试验。另一个原因就是龙门刨床励磁机换向极反接，同时换向不良，火花随负载增加而加大，可以调换换向极线头。
请教：励磁系统SCR故障
励磁装置使用中的故障分析及处理
例1：运行中，励磁电流比正常值低了。
故障现象：励磁装置正常运行过程中，励磁电流减小，励磁电压约有升高，电机运转正常，没有报警和其它异常。
原因分析：根据欧姆定律I=U/R，励磁电压Uf基本恒定条件下，引起励磁电流If减小的原因是励磁输出回路电阻R增大了，由正常励磁绕组直流电阻rf变成了rf＋ri，ri即是导致If降低的故障电阻。输出回路最容易产生ri的地方是电刷与滑环之间的接触面，具体说有下列几种情况引起：
（1）
电刷弹簧松动、压力不足，或电刷磨损变形，减小了与滑环的有效接触面积，按R＝ρL/S(式中R为电阻，L为导线长度，S为导电横截面积，ρ为导电材料在20℃时的电阻系数，碳在20℃的值ρ＝10欧mm2/米)，接触面S减小，输出回路电阻就会增加，比rf大一些，相当于回路中出现了一个附加电阻ri。另一方面，S减小后，接触面电流密度增大，电刷温度升高，碳是正温度系数材料，按R2=R1[1+α(t2-t1)]（式中R1是低温t1时的电阻，R2是高温t2时的电阻，α为导体材料的电阻温度系数，碳在0～100℃范围内温度系数值α＝00005/℃），电刷温度升高也会使ri有所增加。
（2）
电刷与滑环接触面上粘上了润滑油或油与尘土混合成的油垢，在接触面上形成有碍导电的油污层，相当于导电回路串入了一个接触电阻ri。
（3）
电刷与滑环接触面间打火。滑环由于磨损，外圆不圆，表面粗糙，或者电刷跳动等原因，使电刷与滑环接触面有间隙，根据E＝Βv/d（式中E是电压V加在间距为d的间隙上形成的电场强度，β是微小尖端产生的场增强因子，当尖端高度与尖端底之比为8时，β达到100），当间隙中某一点E较强，尤其存在微尖端情况下，就会因空气电离而产生火花。严重时火花强度达到2级、3级，甚至发展为弧光。弧光电流密度大，达470A/cm2，温度高，容易把转动中的滑环烧伤成糙面，糙面上新形成的微尖端又会产生新的火花点，将火花蔓延成片。火花、弧光虽然能导电，但存在阻抗，即在励磁输出回路中串入一个附加电阻ri。
（4）
励磁输出电缆连接处氧化层产生接触电阻。
绝大多数同步电机励磁绕组的直流电阻rf<05Ω，因上述原因产生的附加电阻ri与rf在励磁输出回路中是串联的，因此励磁电流If减小。
处理办法：在励磁输出回路中找准故障点，若是油污、氧化层引起的，仔细清除。若电刷弹簧松动应重装，因磨损、电刷与滑环接触面小于70％或者更换新电刷后，需要用00号细砂纸研磨电刷，使它能与滑环有良好的吻合。若是滑环有磨损、烧伤、表面粗糙，外圆不圆，对于凸凹程度比较严重（低于平面1mm以上），应先车削比较轻微的损伤可用油石或板锉转动情况下研磨，然后用00号细砂涂上一层薄薄的凡士林油进一步抛光，使滑环表面呈现金属光泽，光洁度达32？级以上。
本例提示：是故障点在电刷与滑环部位，而故障表现为励磁电流指示减少几十安培，让人误以为是励磁装置有问题，在励磁柜上找原因，而忽视了故障的本来出处。
例2：电机启动时不投励跳闸
故障现象：电机为280KW的TK280－14/1180型同步电动机，负载为空气压缩机，全压空载启动。合高压开关DL后，经过几秒钟，励磁装置不投励，且高压跳闸。
原因分析：励磁装置设计了滑差、计时两种投励方式。由于电机小，采用全压空载启动，高压合闸后转子转速升至亚同步时前，电机本身凸极效应拉入同步运行，不像大电机那样靠投励来拉入同步。进入同步前，检测转子感应信号的滑差均小于设定值，靠凸极效应进入同步后，转子感应信号消失了，所以滑差投励方式不具备条件。只有靠计时投励方式来投励了。计时投励时间设为4秒，完全能满足计时投励要求，实际却没按此投励。经查，电机综合保护系统中有一个限时环节，时间为4秒，它的作用是从合闸起计时，经4秒仍未投励就跳闸，若在4秒内投励了就不跳闸。这个保护时限值与励磁装置的计时投励时间4秒相同，使投励、跳闸同时动作。时间相同会造成动作配合问题，若投励快于跳闸，因励磁装置设有投励后遇跳闸就灭磁环节，刚投励就灭磁，加上表计指针机械惯性，还没看出励磁电压Uf、电流If指针动作，Uf、If就因灭磁变为零了。若跳闸快于投励，高压开关的辅助接点送入励磁指针，依该接点反映的状态励磁柜就不会投励了，这样自然没有Uf、If指示了。
处理办法：电机启动前，弄清楚是否有高压保护时限，若有，应协商调整，让高压综保时限适当大于励磁装置计时投励设定值，大于1秒以上即可。
本例提示：（1）现不少厂家没有不投励跳闸时限，容易忘记或忽视两者之间的配合；本例中的不投励是高压跳闸造成的，但人们容易把注意力放在励磁的Uf、If没有指示上，认为是励磁柜本身质量造成的不投励，并因该不投励引起跳闸。
例3：电机启动时，引起同母线上运行的另一台同步电动机跳闸。
故障现象：两台相同的3500KW同步电动机接在同一段6KV母线上，该两台电机不能同时运行，因其中一台启动时已投运的另一台就会跳闸。但该母线上的其它电机不受启动影响仍正常运行，唯独这两台不正常。
原因分析：经分析认为，在电机启动时，由于6KV母线电压下降导致运行中的3500KW同步电动机脱出静态稳定造成失步所致。为什么同母线上其它同步电动机仍能维持同步，唯独该台电机会失步呢？这是与电机静态稳定的能力及负载率有关。
同步电机保持静态稳定的条件为：
Pm＝Mm·EU/Xd·sinδ
上式中：Pm－为同步电机的极限稳定能力，其值大于电机负载率时，才能保持电机的稳定同步运行。
Mm－电机的最大同步力矩倍数，其值≥18为佳。
E－励磁电流感应至定子的电势，其值与励磁电流成正比。
U－电机定子侧电压。
Xd－电机同步电抗，标幺值以11～13左右为宜。
δ－电机功角，稳定极限值～900，超出900，电机将脱出稳定而失步。
经查，这两台3500KW电机的Xd＝157，Xd值较大，故电机稳定能力差。且电机负载重，励磁柜电源亦由同一段母线供电，故当电机启动母线电压下降时，U、E都同时下降，因而造成失步跳闸。
处理办法：按上分析，可将励磁电源改接至另段母线上，这样在电机启动时，仅U下降，E不会下降，使Pm仍大于负载功率，保持电机同步。按此改后再没有发生过启动跳闸事故，本方案的缺点是：如供励磁电源的母线故障，会引起停机，增加故障率。对此，可采用双电源供电自切方案，以提高可靠性，即励磁380V侧的主电源由另段母线供电，同段母线的380V电源作为备用电源，当主电源失电时自动切换至备用电源，切换时间约为80ms，不会影响励磁及电机的正常工作，在主电源恢复正常后，备用电源又自动切换至主电源。现国内双电源自动切换开关已有成熟产品，需要时可采用。
如客观条件限制，实施本方案有困难时，可采用另一措施，不过效果差一些，即电机失步前，将运行电机的励磁电流调升到额定励磁电流的12倍，过励报警值调至大于12倍。电机启动母线电压下降时，只U下降，E从12倍处下降后仍能 保持较高值，对防止电机失步跳闸也有较好效果。启动结束后，即刻恢复改过的参数，两相比较，以前述方案优先。
本例提示：（1）不同厂家生产的电动机，保持静态稳定能力差别较大，同等条件下，质量好的不易失步跳闸，我们采取措施只是利用启动励磁输出的稳定来弥补电机固有缺陷（Xd较大）造成的稳定能力差，但不能改变Xd值。（2）励磁装置具有失步再整步功能，因电机稳定能力差，转子丢转明显超过再整步临界滑差，致使再整步失败，为终止失步运行，保护电机安全，励磁装置发出跳闸信号。现场运行人员往往一看跳闸信号是由励磁柜发出的，且有故障声光报警，就误认为问题在励磁柜上，励磁柜质量差，一启机就跳闸，而忽视了电机设计制造上留下的隐患。
例4：投运一段时间后，人机界面无响应。
故障现象：励磁装置设有良好的人机界面，也有状态指示灯，投运一年多来很正常，稍后一段时间，发现状态指示灯异常，操作人机界面无响应，也没有报警信息，设备仍正常运行。
原因分析：现代励磁装置基本采用微机控制，自动化、智能化方面，适应了现代工业控制的发展趋势。同时，微机又是弱信号低电压（如±12V、±5V等）条件下工作的设备，要求电源稳定性好。在本例中，就是＋5V逐渐降至＋475V致微机内依靠＋5V工作的集成器件不能完全正常发挥功能，表现为人机对话窗口操作无响应，或状态灯指示错误。经查，是插拔式开关电源PWR2插头上＋5V输出口敷铜箔表面氧化了，该氧化层构成＋5V输出插头与插槽簧片之间的接触电阻，输出电流会在接触电阻上产压降，阻值越大电压降落越多，这样集成器件实际得到的电压，为＋5V扣除接触压降后的4V多了。在48V～5V之间器件能正常工作，当低于475V及以下就不正常了。
插拔式电源有使用方便，接触可靠的优点，但插头上的敷铜箔导电截面小，故电流密度大，铜箔温度高于环境温度，加速了铜箔氧化速度。如湿度大，有腐蚀气体也促使形成氧化层。
处理办法：可使用下列方法之一：
（1）
停机时将PWR2拔出来，用00号砂纸去除插头敷铜箔及插槽簧片表面上的氧化层，呈光亮金属表面，再用823固体润滑防护剂（喷罐式）摇匀对准揩亮的金属表面喷涂一遍，形成防护膜。这种膜的特点是压接处是导电的，未压接处是绝缘的，且附着力强，耐候性好，润滑、防氧化作用显著。经此处理，PWR2推入插槽后，人机界面及状态灯完全正常了。
（2）
最好励磁装置投运前，喷涂823固体防护剂，或者由励磁柜生产单位出厂前喷涂，防于未然，更有意义。
本例提示：出现人机界面故障时，先检测微机工作电源：＋5V、＋12V、+24V等。对于本例故障，大多认为是微机部分存在硬件或程序故障而忽略电源，即使检测到电压偏低，也认为是电源内部故障引起，谁知氧化层才是故障元凶。
例5：励磁装置的“调节方式”钮ZA在“手动”位运行正常，一打“自动”位电机就跳闸。
故障现象：启动同步电动机，一般先将励磁装置的调节装置钮ZA打“手动”位，再电机启动、投励、带载运行。在此情况下，把ZA打“自动”位，电机马上就跳闸停车。
原因分析：ZA在“自动”位时，励磁装置有三种方式供选择，使用者根据负载性质选择相适应的一种，即：
A恒功率因素：这种方式对绝大多数负载都适用，比如气体压缩机、风机、水泵、球磨机等。恒功率因素设定值一般按电机铭牌确定为超前09，当电机负载变化时，励磁装置自动调节励磁输出，使电机的功率因数保持在设定值。
B恒励磁电流：当励磁绕组阻值改变（阻值与温度有关）或～380V电源电压改变时，励磁装置将自动调节励磁电压，使输出的励磁电流保持恒定。恒励磁电流设定值一般确定为正常负载率时的励磁电流值。
C．恒无功功率：这种方式仅用于补偿有功功率快速变化的负载，如轧钢机负载，一般负载不宜使用。
对于新励磁装置，第一次ZA打“手动”位启动投励正常后，“自动”位的调节方式（上述三种之一）选择方法为：按说明书关于人机对话界面操作方法，通过界面操作将显示屏上的“Δ”对准与负载相应的方式（如恒功率因数），双击”OK”键予以确认。若确认成功，状态指示灯中的“手动”灯灭，“自动”灯亮。此时，励磁装置已经按所确认的方式进行自动调节了。再把ZA从“手动”位打“自动”位。
只要第一次选好了自动调节方式，微机会“记住”你的选择，以后再开机把ZA打“自动”位即可。
如果第一次电机启动后没有选择和确认自动调节方式，很可能微机内原有方式不是所需要的恒功率因数，而是恒励磁电流（且设定值又很低）。这种情况下，将已在“手动”位启动并带正常负荷运行的励磁装置上的ZA打“自动”位，励磁装置就会按恒励磁电流设定值调小励磁电流If。If减小的同时，功率因素COSΦ表指针偏向滞后，根据电机定子电流特性曲线Id＝f（If），或U形曲线可知，COSΦ＝1时，Id值最小，COSΦ指针偏离1越远，Id增大越多。当COSΦ指向滞后而致Id增大到过流保护设定值，就会跳闸停车。
如果第一次选择确认自动调节方式时，由于操作不当选错了，其结果仍是打“自动”跳闸停车。
处理办法：根据负载性质选择自动调节方式，并按上述正确的人机界面操作步骤予以确认即可，进一步的细节详见说明书。
本例提示：ZA一打“自动”就跳闸，认为励磁装置有故障，但该故障不是装置本身固有的。而是操作使用人员暂时不熟悉或疏忽造成的。
例6：有励磁电流，没有励磁电压。
故障现象：电机启动、停机灭磁都正常，但运行过程中励磁装置只有励磁电流If指示，没有励磁电压Uf指示。
原因分析：从励磁装置原理图可知，励磁电流表指针所需信号从分流器FL两端获取，励磁电压表指示所需信号从启动回路的KQ//ZQ两端获取。由于有If指示，说明主桥回路工作正常，有Uf输出。电机启动正常，说明启动时，启动回路畅通。灭磁正常，说明停机灭磁时启动回路附加电阻RF能正常发挥灭磁功能。在此情况下，励磁电压表指示为零，有两种原因引起，一是励磁电压表坏了，二是KQ//ZQ中有一个坏了（短路）。如果KQ//ZQ坏了，造成没有Uf指示，自然RF也带电发热，手靠近RF就有明显热感。
RF有电流流过，则继电器RFJ就会动作而闭锁主桥触发脉冲，所以主桥处于失控运行状态，励磁输出电压Ufs＝0675U2l（U2l为励磁变压器二次侧电压），励磁电流Ifs＝0675U2l/rf（75℃）≈07Ife（Ife为额定励磁电流）。设计时，一般取RF＝5～8 rf（75℃），且RF//rf，故流经Rf的电流是rf的1/5～1/8倍，当电机正常负载率不高时，本例故障不影响电机运行。
处理办法：停机断电后，仔细检查，确认并更换Uf表，KQZQ三者中的损坏件。
本例提示：虽然本例故障对电机运行影响不大，但仍要及时处理，因为RF长时间带电发热可能引发新问题。
例7：励磁电压Uf与理论计算值相差悬殊
故障现象：励磁装置投运后，调节仪表板上的增磁、减磁，发现可调范围小，或者调节过程中跳变，励磁电压值奇高、奇低。
原因分析：励磁装置主回路一般采用半控桥电路，它的同步信号和励磁变压器均按Δ/Y－11接线，其输出电压满足关系式：Uf＝135U2l（cosα＋1）/2
式中：U2l－励磁变压器二次侧线电压
α－可控硅控制角
Uf－主桥输出的直流电压，即加给电机转子绕组的励磁电压。U2l为定值时，Uf就是α的单值函数，从显示屏读取α值就可以算出相应Uf。反之，读取Uf值就可以算出α，即
α＝cos－1〔 －1〕
〔2〕
对于增磁减磁调节异常的情况，应读取一组数。供计算比较之用，比如有一台励磁：U2l＝93V，Ufe＝92V，调试时发现异常情况如下表所列：
读
数
α
1400
750
继续调小α值
Uf
75V
>100V
同左不变化
按〔1〕式
计
算
α
1400
750
150
Uf
147V
79V
1234V
按〔2〕式
计
算
Uf
75V
α
790
通过上表比较及实践经验可知：
A．
当读取的Uf值显著大于按（1）式计算值，即75V>>147V，说明依同步信号发出的触发脉冲控制角α比励磁变压提供的线电压U2l相位超前了，超前量从α读数与按（2）式计算的α值相减1400－790≈600。根据差值600就知道励磁变压接线不是Δ/Y－11，而错接为Δ/Y－1。
B．
同理，当读取的Uf值显著小于按（1）式计算值，则为触发脉冲滞后了，若α读取与（2）式计算值相差～600，那励磁变压器就错接为Δ/Y－9。（未列数据）
C．
另一种情况是励磁变压器接线错为逆序，其表现为α差值不为600，变化不定，α>1200及α<200的某一个值，Uf跳变；200<α<1200,可连续调节不跳变。
A～C是比较常见的励磁变压器接线错误。除了上述方法判断外，也可用示波器观察典型波形来综合判断。只有判断清楚属于哪一种错线类型，才能针对性采取纠正措施。
处理措施：停机断电后，励磁变压器接线更正：对Δ/Y－1，原边
A、C相互换，副边a、c相互换；对Δ/Y－3，副边a、c相互换后，再b、c相互换；对逆序，在原边A、B、C三相中任选两根线对调。
更改完接线后，再通电检查，直至励磁变压器接线为Δ/Y－11为止。
本例提示：（1）虽然错在变压器接线，却表现为励磁输出异常，容易认为是励磁装置本身有问题，张冠李戴；（2）有时接线没有错，但上一级A、B、C相别不对，也会形成逆序，送电时应予检查。
例8：电机启动投励后，功率因素表指示异常。
故障现象：励磁装置仪表盘上装功率因数cosΦ表，合高压断路器DL后cosΦ表指针滞后满偏，投励后指针应从滞后摆向超前，但有时发现投励后指针严重滞后。
原因分析：电机的电子电压、经PT线引入～100V至励磁柜，定子电流经CT变换成～5A也引入励磁柜，两者直接送入cosΦ表端子。所以cosΦ表直观反映定子电流Id、定子电压Ue之间的相位关系。又由于定子、转子之间的磁场耦合，使励磁电流If与Id、cosΦ三者满足“U”型曲线变化关系。要cosΨ表指示正常，要重视两方面：
A．
送入cosΨ的CT、PT信号应满足下列三者之一（通常选（1）较多）：
（1）CT为A相电流，PT为B、C相电压。
（2）
CT为B相电流，PT为C、A相电压。
（3）
CT为C相电流，PT为A、B相电压。
BCT、PT的接线端子位置应准确。如以（1）为例，A相有头端（亦称正极性端）和尾端两根线，不能接错位置；B、C相各有一根线引入励磁柜端子，也不能接错位。
电机启动后还应通过cosΦ状态指示来判断上述引入信号及接线是否有错。正确的状态是：If增加时，cosΦ指针从超前方向移动；If减小时，cosΦ指针向滞后方向移动；cosΦ超前时，无功功率Q前为“－”，cosΦ滞后时，Q前为“＋”；当cosΦ为1时，Id值最小，当cosΦ偏离1时向超前或滞后移动Id都增大。
当接线错位就会出现投励后，cosΦ表指示异常。
处理办法：当cosΦ表指示异常，应检查CT、PT接线，找出接错点。最好停机后换线，因开机时，CT线不能开路，PT线不能短路。
本例提示：有时也会发现接线完全正确的情况下，cosΦ表指示不对，经查是cosΦ表内部接反了，虽然这种情况比较少见，也应留意。
水电站的电气设备所经常性出现的故障？
IGBT开关式自并激微机励磁系统的原理及应用中国电器工业经济信息网添加时间：2006-4-1223:49:09[摘要]本文以HWKT—09型微机励磁调节器为例，详尽地阐述了IGBT开关式自并激微机励磁系统的基本原理，并重点讨论了IGBT在开关励磁中的应用。给出了开关励磁系统中励磁装置的基本输入输出关系，为更深入地掌握和理解该系统打下良好的基础。[关键词]IGBT占空比开关励磁自并激系统微机励磁调节器1概述HWKT—09型微机励磁调节器是武汉洪山电工技术研究所研制的新型的由IGBT作为功率输出器件的自并激微机励磁调节器。它的最大特点是结构简单，主控回路只需一块面积为25×20(cm2)的印制电路板，以Intel公司准16位单片机（8098）为核心，加上外围接口芯片组成的控制系统。该装置于2000年12月在我站#1、#5机上成功投运，目前运行良好。2IGBT自并激励磁系统的组成及主回路原理21励磁系统组成及接线方式自并激励磁系统也就是直接励磁系统或称静态励磁系统。我站的HWKT—09型IGBT自并激励磁系统由励磁变压器、三相不可控整流桥及IGBT功率单元、灭磁单元、控制单元四部分组成。交流励磁电源取自发电机端（也称机端变压器）励磁变压器，励磁变压器的付方输出经三相不可控全波整流桥整流输出的直流电压给发电机励磁绕组励磁，励磁电流的调节经串接于发电机励磁回路的IGBT以直流斩波的方式实现。IGBT如同一只电子开关，在自动励磁调节器AVR的控制下，连续处于导通或截止状态，以达到调节励磁电流的目的。我站#1、#5机励磁系统由控制部分和功率部分构成。控制部分由两台HWKT－09型微机励磁调节器及各种信号输入、输出转换控制环节构成一个励磁调节器柜（标准屏）;功率部分三相不可控全波整流桥加一组IGBT开关控制单元及相应滤波和保护回路构成功率柜（标准屏），此外系统另包括发电机灭磁柜。因此整个发电机励磁系统由机端励磁变压器、励磁调节器HWKT－09、HKL－02功率柜、HMC－02灭磁柜及其它单元组成。开关式自并激励磁系统接线方式如图一所示。22功率单元的组成和原理IGBT器件结合了双极型晶体管的功率特性和场效应管控制简单的优点，将其应用于励磁领域可使功率部分简化，也消除了SCR晶闸管可控整流方式的一些弊病。使系统的经济性和可靠性得到了提高。功率单元主要由两部分组成:整流、滤波装置和功率开关。前者将交流励磁电源变换为直流电源后供功率开关使用，并滤除大的纹波、毛刺和均衡三相电源的负载。后者受控于调节器，调节功率开关的闭合时间即可控制励磁电流的大小。也就是说，调整功率管的导通时间即可对发电机的励磁输入功率进行控制。23励磁调节器主回路IGBT励磁系统主回路原理图如图二所示。把IGBT作为一只电子开关，跨接在发电机励磁绕组两端。VIN为来自励磁变压器的三相交流电压，L1为转子绕组，当1K闭合后，三相交流励磁电源通过D1～D6三相整流及电容C1滤波，得到直流电压UE，当1K闭合IGBT导通时，二极管D7截止，UE通过绕组L1、IGBT使L1中电流增加;当IGBT截止时，L1中电流减小，产生的感应电压使D7导通，给L1续流。当IGBT导通期间，L1中的电流增加量大于在截止期间电流的减小量时，L1中的平均电流增加，反之L1中的平均电流减小。当增加量等于减小量时，L1中的平均电流不变，达到稳定运行工作状态。24励磁电压、励磁电流的计算设三相整流滤波后的直流电压为UE，IGBT导通时间为TON，截止时间为TOFF。导通时，转子两端压降为UE;截止时，转子电压等于续流二极管D7管压降，忽略为零。如图三所示。由此可见，我们根据发电机机端电压、转子电流或无功负荷等因素的变化改变KC，亦即改变IGBT驱动方波的占空比，即可改变励磁绕两端的电压，从而达到调节发电机输出电压、无功的目的。25IGBT的驱动条件及方法251IGBT的输入特性要求其驱动电路满足以下条件:（1）IGBT导通时提供12V——18V栅极电压;（2）IGBT截止时提供0V——（-18V）栅极电压（为保证可靠截止，一般为-5V）;（3）IGBT开关瞬间提供足够大的电容充放电电流;（4）和控制电路隔离;（5）完成IGBT过流保护。252驱动方法到目前为止，IGBT有多种驱动方法，基本上是由混合集成电路组成。日本富士电机公司生产的厚膜集成电路如EXB840/841、EXB850/851是专为IGBT设计的驱动模块，符合上述所有驱动条件，是理想的驱动电路模块。HWKT—09型微机IGBT开关式励磁装置采用了这种专用芯片。驱动模块的原理框图如图四所示。VCC、VEE为(±20V供电电源，光耦PC1提供控制电路和IGBT的隔离。Dz为5V稳压管，在IGBT截止时提供－5V反向偏压。当15脚到14脚有4mA电流通过时，光耦PC1导通，通过放大器G使输出三极管T1导通、T2截止，VCC通过T1、R8、IGBT的栅极G、射极E，稳压管Dz给IGBT栅极提供+15V正向偏置，IGBT导通;当15脚到14脚无电流时，PC1不通，T1截止、T2导通，稳压管DZ上+5V电压通过IGBT的射极E、栅极G、R8、T2使IGBT栅极电压为－5V，保证其可靠截止。当IGBT过电流时，VCE增加，通过检测二极管D使过流保护动作，关闭放大器G，起到护作用。26灭磁及转子过电压保护该回路由高能氧化锌压敏电阻组件和专用快速直流开关为主组成。灭磁及转子过电压保护原理接线图如图五所示。图中YMR表示氧化锌压敏电阻，它是一种非常优良的非线性元件，其电压与电流关系可用下式描述:与此相对应的伏安特性如图六所示。可以将伏安特性划分为两个工作区域:I是小电流区，II是大电流区，A称为转折点。由于YMR与FLQ是并联连接，当正常工作时，FLQ两端电压较低，YMR工作在小电流I区，流过它的电流较小，仅为数百微安，称为泄露电流。它既不能消耗能量，也不影响被保护对象的工作状况。一旦有过电压发生，氧化锌压敏电阻本身无任何延时，其响应时间大约为100毫秒，因此，它立即过渡到大电流II区工作,使得过电压得到限制并被吸收，保护了发电机转子免受过电压侵袭。当需要灭磁时，指令快速直流开关FMK分断，它很快切断转子绕组与励磁电源的联系。转子作为一个大电感，使di/dt上升，即励磁绕组两端电压急剧增加，当超过氧化锌压敏电阻件的转折电压时，YMR立即工作在II区而呈现低阻状态，转子电流从FMK转移到压敏电阻上，迅速完成换流过程。转子能量得以通过压敏电阻释放，实现灭磁。在灭磁过程中，YMR两端亦即转子电压几乎为一恒定值。因此，这种灭磁方式接近于理想灭磁状态。从FMK开断到安全建压仅需要数毫秒，而整个灭磁过程经历的时间大约为400毫秒。可见，这种新型的灭磁方式确实具有操作简单，灭磁速度快，开关容量大，过电压保护水平可控等独特优点。3IGBT励磁系统控制单元31硬件控制电路HWKT－09型微机励磁调节器的控制回路由主控电路、键盘显示电路、测量电路、同步电路、开关量输入电路、调宽脉冲输出电路、信号输出电路、电源等部分组成。在设计HWKT－09的主控电路时，充分利用该单片机的一些独特之处，使得这样一块小小芯片能充分、合理的控制一套复杂的励磁系统。运行经验表明，它功能完善、性能可靠。现举几例说明HWKT－09如何充分应用单片机所拥有的资源。◆四通道10位模数转换器(A/D)，可以十分方便地用于数据采集系统。在装置中，直接采集四路模拟信号:发电机励磁PT电压UFL、发动机仪表PT电压UFY、发电机定子电流IF及励磁电流IL。◆四路高速输入通道HSI0、HSI1、HSI2、HSI3，可用以记录外部事件。在本装置中，利用HSI1通道测量同步脉冲信号，利用HSI0通道测量功率脉冲信号。◆六路高速输出通道HSO0、HSO1、HSO2、HSO3、HSO4、HSO5。在本装置中利用这些输出通道输出IGBT器件的触发信号。◆WATCHDOG功能，使得系统在故障情况下能够自动恢复正常工作。◆数据通讯功能，可根据用户的需要，增加与电厂监控系统的通讯。另外，该单片机指令系统极其丰富，采用寄存器-寄存器结构，增设了乘、除法指令，使编程简洁方便。另外，CPU能接收17个中断源信号，使中断系统简练适用。一只CPU芯片几乎包含了一台计算机的所有部件。再经过有针对性的设计，使HWKT－09系列微机励磁调节器较国内其它厂家常用的八位Z80CPU、Intel8031以及8086CPU等，在用于实时控制方面，功能更强，性能更优，抗干扰性能更好，可靠性更高。由于全部采用了进口大规模或超大规模集成电路芯片，及其它工业级器件，可靠性得到保证。由于硬件极其简单，给调试及维护带来极大的方便。另外输入、输出信号经过多重全隔离，采用了高质量的双套开关电源电路，又采取了有效的抗干扰措施以及严格的制造工艺，使得本装置不仅有很高的可靠性，而且性能优良。311主控电路的组成由单片微机（8098）CPU、程序存储器（EPROM）、工作参数存储器（E2PROM）、石英晶体等组成。312键盘显示电路该电路由键盘显示控制芯片、8位数码管、数码管译码驱动芯片、16位键盘、键盘译码芯片等组成。通过特殊按钮的开关信息和键盘中断来实现调节器参数设置、显示切换、(10%阶跃试验等功能。313测量电路发电机电压UFY、系统电压UFL、发电机电流IF、励磁电流IL四路模拟量经降压(或变流)整流，再经运放缓冲放大、送入单片机的A/D转换器。通过对电压、电流相位的检测来计算功率因数角及有功、无功。314同步电路直流励磁系统中，通过单片机内部电路产生一组同步信号，分别发送到另一套调节器，经过逻辑判断，形成脉宽调制脉冲的同步信号。315开关量输入电路共有八路开关量输入，均经抗干扰处理及光电隔离，再送到相应的检测芯片。八路开关量分别是:增加励磁接点、减少励磁接点、风机位置接点、手动接点、油开关位置接点、灭磁接点、关机接点、开机接点。调节器面板配设相应的按钮，能“就地”、“单套”调节以及模拟发电机的运行状态。316调宽脉冲输出电路由CPU的高速输出口HSO输出单相脉宽调制矩形波，经光电隔离、功率放大输出，可以直接驱动IGBT功率器件。矩形波上升沿小于5us，幅值约15V，瞬态输出电流500mA。317信号输出电路共有14路信号输出，调节器面板上有对应的14只发光二极管指示，共用4个光字牌信号输出，并可接至中央控制室。这14路输出信号分别是:+12V电源、-12V电源、+5V电源、24V电源、风机故障、手动运行、油开关状态、灭磁、低频、过励、低励、PT断线、试验及开机;其中过励限制、顶值限制、过励保护共用过励指示信号，另还有正组脉冲指示、反组脉冲指示。当过励保护、PT断线保护动作，调节器输出设备故障信号节点，同时在调节器面板上驱动相应指示信号;当风机故障（功率单元温度过高）、手动、灭磁、低励限制、过励限制、顶值限制等动作，调节器输出设备异常信号，同时在调节器面板上驱动相应指示信号;另设正组脉冲、反组脉冲两路信号指示。318电源电源采用双路输入双路开关电源并联工作方式。输入电源采用交流220V整流后与直流220V并联，输入到两套独立的开关电源，开关电源的输出并联。此设计方式充分考虑了设备工作的基础--供电电源的可靠性和冗余度，为整个设备的正常工作提供坚实的基础。输入:DC220V±20％;AC220V±10％~20％，输出:+5V/10A;+12V/2A；-12V/2A;+24V/1A;24V与其它三路电源电气隔离，用作开关信号输入、输出和脉冲功放电源。32控制软件主程序原理流程图控制软件程序包含各功能子模块程序、显示、给定调节、开关量保护判断、采集、功率计算、自动PID、手动PID、低励PID、控制方式选择、手动跟踪自动、自动跟踪手动、PSS、恒无功等、键盘处理子程序、高速输入中断、高速输出中断等。主程序原理流程图如图七所示。33励磁调节器基本功能◆保持发电机端电压恒定◆正负调差率可以选择◆发电机恒励磁电流运行◆PID及PI控制调节，附加PSS或EOC调节（可选），可变参数自适应调节及非线性最优调节◆强励顶值限制◆过励反时限限制◆低励限制◆V/F限制◆八位数码管十进制显示多种参量，循环或定点显示◆励磁/仪表电压互感器断线检测及保护◆全数字调节◆电源、硬件、软件故障信号以及其它各种故障信号输出◆与其它自动化仪器仪表及计算机监控系统的通信接口◆空载过压保护◆零起升压可跟踪系统电压◆正常运行时键盘封锁◆两套完全独立的并列运行方式◆双套电源供电，面板测量及指示◆模块化软件结构◆全部参数均用十进制数字显示◆十六只薄膜键盘在线修改控制参数◆完备的硬、软件自诊断功能◆开机电压自动置位，关机电压自动清零◆状态信号显示◆正反组脉冲输出双层隔离，面板测量及指示◆掉电数据保护34励磁控制系统方框图IGBT开关式自并激微机励磁控制系统方框图如图八所示。图中A1、A2、A3分别是控制回路、励磁功率回路及发电机的输入输出特性。其中UKZ是控制环节A1的输出，它的大小和占空比KC成正比。为了方便分析，假设:UKZ=KCUgl是功率环节A2的输出（平均值）。我们由图二及分析知:在IGBT开关励磁中，输入、输出及占空比的关系为:Ugl=135UINKC由此可知，Ugl及KC是线性关系，因而系统具有很好的线性度和稳定性，降低了控制的复杂性。4结束语IGBT开关式励磁调节器成功地将新型功率复合电子器件——绝缘栅双极性晶体管IGBT运用于励磁控制领域。由于IGBT同时具备承受高电压、大电流和工作速度快、控制功率低的特点，使得开关式励磁调节器结构简单、性能价格比大大提高。我们相信，随着大功率规格的IGBT的出现，以IGBT作为功率器件的开关式励磁系统将会得到更加广泛的应用。
水电站的电气设备所经常性出现的故障具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。
1、励磁装置的出现故障
励磁装置作为水电站电气设备的重要组成部分之一。其一般要求在正常运转上具有电流较小。使电压得到增加的特点。从相关理论来讲。只有这样才能为发电机的正常运行提供保证。从而减少异常问题与报警情况的出现。目前，从实际工作的总结经验可知。励磁装置所出现故障的原因较为复杂。比如由于集电环中的弹簧零件出现松动、压力相对变小、磨损变形等，最后造成碳刷和滑环的接触面积逐渐的降低。进而使滑环在运转时受到严重的磨损变得相对粗糙。而粗糙平面上的尖端在摩擦的过程中会出现火花的现象。最后导致励磁装置损坏。另外，励磁装置中的电气盘柜在进行安装工作时。由于施工人员安装工作的不标准，把接地线弄混，进而导致正常工作时出现故障。最后造成励磁装置出现烧坏的现象。
2、调速器出现的故障
目前，水电站的调速器出现故障的表现主要集中在三个方面。下面进行简要的列举：
（1）电液转换器故障的出现
电液转化器故障的出现一般可以从两方面进行排查：①对调速器进行上电的过程中；②相关机器在进行正常的运转工作时，当电液转换器出现不动作的现象时。对命令液压进行控制与操作的随动系统将无法得到响应。而出现这样故障主要可以从两方面进行排查：a机械故障；b电气故障。其中出现机械故障的原因是由于电液转换器在长期运行工作的过程中没有进行定期的维护而逐渐损坏，另外自身异物的阻塞同样影响到其正常运转。分析它们出现问题一般可以看电液转换器是否动作而进行排查。而电气故障的出现则由于电器断线或主控部件失效等原因而导致的。
（2）主控单片机故障的出现
调速器在运转时。如果单片机出现死机的现象，而显示屏中的信息又显示出异常的问题，这时电液的转换器也无法进行动作。从而造成调速器在运转工作时出现异动的现象。而这种故障出现一般可以排查单片机复位控制电路。
（3）开度和开限的反馈表指示不相符合的状况
调速器在正常工作的过程中，出现开度和开限的反馈表指示不相符合的状况可能是由以下几个原因造成的：①调速器在进行自动的运转工作时，开度所指示的相关信息要求与导叶实际的开度存在差异，而水头的下开度与出力同样存在差异。进而造成平衡的指示表不能够保持平衡的状态；②是调速器进行人工手动控制运转工作时。出现开限、开度的指示不一致的现象，水头的下开度与出力有着明显的差异。但是这时，导叶开度与开限在信息指示则保持着一致。从相关实际经验得知。出现这种故障的原因可能是机械部件的失效而导致的。
3、变压器出现故障
（1）变压器的声音出现异常
变压器作为一种机械进行运转。其在进行工作的过程中。必然会伴随着一定的声音。而异常声音的出现则可以说明其出现了故障。例如，变压器出现负荷过重时，一般会出现“嗡嗡”的沉重声：变压器出现内部接触不良与绝缘出现损坏时。一般会出现“噼啪”或“吱吱”的清脆声，同时，我们听到这些声音的异同一般是由于距离听觉所导致的：另外。变压器的单相接地与谐振过电压时。变压器则会发出极为尖锐的声音。
（2）变压器的绝缘陶瓷套管出现损坏
变压器绝缘陶瓷套管出现故障的问题。从实际实践工作得知最大可能是由材质质量、螺母与垫片等零件出现松动等问题引起的。从而导致套管密封性不严。使绝缘体出现潮湿而造成耐压强度降低。目前，在各大水电站所使用到的绝缘陶瓷套管一般属于电容式。而电容式则存在着一大缺陷，就是在绝缘体的缝隙内可能出现不同程度的游离放电。一旦陶瓷套的管面被其他物体污染后，绝缘陶瓷套的管会将会受到不同程度的损坏，进而造成瓦斯出现动作的现象。当放电出现不断的扩散与蔓延时，将会造成极大的安全事故。
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