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摘要：发电机中包含的励磁系统属于同步发电机的关键构成部分，该系统能够针对发电机的具体运行状态进行分析，向相应的励磁绕组发出直流励磁电流，此类电流通常具备可调节的特点，能够保证发电机实现不同方式的运行。静止自并励磁方式通常在接线操作上都比较简便，其主机轴系通常比较短，而且不会产生过多造价，在实际运行维护工作上也比较简易，能够获取较快的反应速度等，该系统在现阶段的电力电网运行中运用的越来越普遍。鉴于此，本文主要分析发电机静止励磁系统故障快速保护。
关键词：发电机；静止励磁系统；故障
1、静止励磁系统的组成及其保护配置
发电机静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调节器、励磁绕组及各设备间连接装置等组成｡静止励磁系统包括励磁变压器、励磁装置和发电机励磁绕组三部分。而励磁系统的故障除了励磁变压器的短路故障以及励磁绕组的接地及过负荷故障之外，励磁装置也有多种类型的故障形式，既包括因过电压或电压（流）上升率过大而引起的整流器件损坏，也包括因器件失效、主回路断臂、滑环短路、触发脉冲丢失而引起的整流主回路异常运行。系统接线如图1所示｡图中：KZ为可控硅整流装置；LB为励磁变压器；FLQ为励磁绕组；H为滑环；TA和TV分别为电流和电压互感器｡
图1发电机静止励磁系统接线图
目前，发电机励磁系统的保护主要有励磁变压器差动保护、励磁变压器过流保护、励磁绕组过负荷保护和转子接地保护等。
励磁变压器差动保护是励磁变压器的主保护，只能对励磁变压器本身及其引线的相间故障做出反应，而无法对整流主回路的故障做出反应。
励磁变压器过流保护作为励磁变压器的后备保护，一般装设在励磁变压器高压侧，配备两段过流段：Ⅰ段为速断段，为保证选择性，其定值按保护范围不伸出变压器低压侧的原则整定；Ⅱ段为带延时段，为保证灵敏度，其定值只需躲过发电机最大强励电流，因此同时也可兼顾整流主回路的故障，但其延时必须躲过强励运行时的暂态过程，一般取0.5~1.0s｡
励磁绕组过负荷保护对励磁绕组的平均发热状况做出反应，一般采用反时限动作判据，根据发电机转子承受过负荷的能力曲线进行整定。由于一般装设在励磁变压器高压侧或低压侧，因此可对整流主回路的故障做出反应，但延时一般较长。
2、发电机静止励磁系统故障及快速保护措施
2.1、励磁装置调差率故障及解决措施
发电机实现并网以后，通常能够形成一些无功负荷。系统电压在运行过程中可能会出现波动，机组在无功调节方面表现出很大的灵敏度，同时，针对无功功率表以及励磁电压表等仪器，其摆动频率以及具体变化明显高于别的并列机组，这种情况下，励磁装置会出现严重的调差率问题。
针对该故障问题，建议通过以下途径将故障及时解决：
发电机启动后如出现以上现象，应针对该发电机开展全面检查，确定其属于正调差或是属于负调差。首先，针对调差波段相对应的开关进行科学设置，使其处于0档位置，待发电机完成并网之后，产生无功负荷，再针对波段开关进行调节，放置1档，也可以选择2档。在此过程中认真观察发电机无功负荷情况，如出现下降变化，应判断为正调差，如上升，则判断为负调差。避免无功变化出现过多，变化过明显，而给整个机组造成不良影响，降低运行的有效性及安全性。假如检验结果显示为负调差，建议马上暂停运行并对调差电流互感器的具体极性实施调整改正，假如检验结果显示为负调差，同时出现以上表现，建议针对其具体调差系数实施增大处理，保证并列运行机组能够实现合理的无功分配。
2.2、励磁变高温绝缘故障及解决措施
在正常气温下，励磁变的温度不会出现异常现象，甚至在夏季正常运行过程中，其温度均处于正常范围。如果环境温度升高或者无功负荷出现骤增，励磁变很容易会发生温度上的异常改变，可能会突然升高到一个温度，导致励磁变出现严重的损耗问题，并造成励磁变外部绝缘出现损伤，绝缘性能大大削弱，不利于保证电网的正常运行，给励磁变运行带来极大的安全隐患。
针对该故障问题，建议采用以下方法进行解决：
综合分析发电机无功功率运行的相关要求以及标准，应确保相关指标处于规定范围内，切忌高出标准界限。其次，要进一步强化对周围环境以及温度等指标的观察及监测，保证通风性的提高，为励磁变创造良好的运行环境。最后，在夏天，应该高度重视励磁小间空调的观察及维护，了解其具体运行状况，针对其具体环境温度进行控制。
2.3、相可控硅击穿故障及解决措施
故障表现：如果某相可控硅击穿，在对负反馈控制原理进行应用的过程中，应保证励磁电流不发生改变，维持发电机电压与无功恒定。在这一过程中，控硅全开通可以在故障相中实现，此时如果180°为控制角的度数，会产生最小的故障整流桥输出，同时维持较高的励磁电压。此时控硅一直导通会在故障相中产生，若将控制角设置为180°，励磁电流将不再受调节器控制，其值将远远高于额定励磁电流，而不对称的现象将产生于整流桥交流侧三相电流中，同时直流分量较大，此时剧增的现象会在励磁变压器激磁电流中形成，在饱和的铁芯背景下，将对高压绕组绝缘造成威胁，甚至导致设备被烧毁。发电机强励是在三相半控桥一相可控硅击穿的基础上产生的，此时将导致异常增大的无功电流、机端电压和励磁电流产生于发电机中。
处理措施：提升可控硅器件质量并将其正确应用于整流桥中至关重要，同时在对过电压进行限制的过程中，应对阻容吸收装置进行装设。将快速熔断器应用于硅二极管和可控硅元件中，可以发挥短路保护的作用，在这种情况下，快速熔断器在击穿时将迅速熔断，确保故障元件退出工作，同时在对熔断器进行装设的过程中，可以对回路进行有效监视。此外，在选择整流桥、励磁变压器时，应保证裕度充足，这样一来，设备就不会在不对称运行状态下被烧毁。
2.4、冷却风机故障
发电机组的励磁系统在正常运行时，出现过由于冷却风机故障而导致发电机组解列的事故发生。为了避免这种事故再次发生，当用于加强硅整流元件散热的冷却风机因故障停转时，应检查备用冷却风机联启正常，同时立即打开后门，以增加其自然冷却效果;若备用冷却风机未联启，5min内处理不好风机故障，则机组将解列灭磁，否则手动将发电机组解列。为避免冷却风机三相电源保险一相熔断继续运行造成电动机烧毁，应装设风机断相保护，以便在断相时切断风机三相电源并发出信号并联启备用冷却风机，保证励磁系统的运行安全。
总之，励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其安全对发电机的正常运行至关重要。结合对某大型电厂机组励磁系统事故案例的分析，指出目前励磁变压器保护配置缺乏可依据的规程，导致出现配置方案无法对发电机静止励磁系统整流主回路故障进行快速保护的问题。
参考文献：
[1]陆家桂.探析发电机静止励磁系统故障快速保护[J].科技展望,2015,25(08):107.