摘  要  本文通過對(duì)煉鐵1#高爐TRT同步發(fā)電機(jī)幾次端電壓失壓的故障現(xiàn)象，闡述了該故障產(chǎn)生的各種原因及分析處理辦法，最后使發(fā)電機(jī)組得以順利運(yùn)行。同時(shí)將實(shí)例記錄下來權(quán)當(dāng)引玉之舉，以促進(jìn)同行之間相互學(xué)習(xí)與交流。

關(guān)鍵詞  同步發(fā)電機(jī)  勵(lì)磁系統(tǒng)  PT柜  滅磁電阻單元

1  前言

節(jié)約能源是當(dāng)今世界的一種重要社會(huì)意識(shí)，是指盡可能的減少能源的消耗、增加能源的利用率的一系列行為。而作為企業(yè)的具體做法，則是將一切可利用的能源——如余壓、余熱等白白被消耗的能量進(jìn)行回收，通過同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成清潔的電力能源，從而達(dá)到降本增效、清潔能源的經(jīng)濟(jì)目的和社會(huì)目的。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，自發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的體系，從使用到的能源介質(zhì)來看，包括了水、電、風(fēng)、氣、油；從包含的子系統(tǒng)來看，一般有渦輪主機(jī)、閥門系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，除此之外余熱自發(fā)電還包括鍋爐系統(tǒng)、補(bǔ)燃爐系統(tǒng)等。但無論是壓力能，還是熱能，其基本模式是通過控制這些能量驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)，利用電磁感應(yīng)的原理，最后產(chǎn)生電能。

2  同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及特性

同步發(fā)電機(jī)是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛應(yīng)用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電、柴油機(jī)發(fā)電及余能發(fā)電等場(chǎng)所。按結(jié)構(gòu)可分為旋轉(zhuǎn)電樞和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種。

通常大多數(shù)同步發(fā)電機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)磁極式，即磁極在轉(zhuǎn)子上、電樞在定子上。其中從轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)又可分為隱極式和凸極式：隱極式的繞組為分布式結(jié)構(gòu)，多應(yīng)用在3000轉(zhuǎn)/分的高速同步發(fā)電機(jī)上，如蒸汽渦輪機(jī)、煤氣余壓渦輪機(jī)等機(jī)組；凸極式的繞組為集中式結(jié)構(gòu)，多應(yīng)用在中、低速的同步發(fā)電機(jī)上，如水輪機(jī)、風(fēng)輪機(jī)的機(jī)組等。我廠的幾臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組都屬于高速同步發(fā)電機(jī)。

而旋轉(zhuǎn)電樞式的同步發(fā)電機(jī)，其磁極在定子上、電樞在轉(zhuǎn)子上。應(yīng)用場(chǎng)合一般在小容量發(fā)電機(jī)或者是某些特殊場(chǎng)合，比如發(fā)電機(jī)組同軸旋轉(zhuǎn)的主勵(lì)磁機(jī)就屬于這種類型。

表征同步發(fā)電機(jī)性能的主要是空載特性和負(fù)載運(yùn)行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機(jī)的重要依據(jù)。由于端電壓失壓的現(xiàn)象是并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的故障現(xiàn)象，在此只討論空載特性。

發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行。此時(shí)發(fā)電機(jī)定子的三相繞組只有勵(lì)磁電流If感生出的空載電動(dòng)勢(shì)E0（三相對(duì)稱），其大小隨If的增大而增加（在額定值范圍內(nèi)基本成線性比例關(guān)系）。但是隨著勵(lì)磁電流進(jìn)一步增大，發(fā)電機(jī)磁路鐵心開始有飽和現(xiàn)象，二者的關(guān)系就開始不成正比反映空載電動(dòng)勢(shì)E0與勵(lì)磁電流If關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。

3  勵(lì)磁系統(tǒng)的分類及組成

同步發(fā)電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個(gè)直流磁場(chǎng)，而產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的直流電流，稱為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。按勵(lì)磁電流的供給方式可分為有刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式和無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式。

通常有刷同步發(fā)電機(jī)是在凸極式轉(zhuǎn)子上應(yīng)用，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流通過同軸旋轉(zhuǎn)的集電環(huán)與碳刷接觸直接由外部整流控制柜供給，適用于中、低轉(zhuǎn)速且無防燃防爆要求的場(chǎng)所，如水輪發(fā)電機(jī)組；其優(yōu)點(diǎn)是勵(lì)磁方式簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是因?yàn)樘妓⒁惺艽箅娏?，刷架和碳刷的?shù)目自然就很多，因此也造成其維護(hù)量很大。

而無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式又分為三種：

3.1  自并勵(lì)勵(lì)磁方式

GS是旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，起發(fā)電作用；EXC是主勵(lì)磁機(jī)，同時(shí)也是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)，主要起將勵(lì)磁電流進(jìn)行擴(kuò)大的作用；這兩者之間帶方框二極管符號(hào)的是旋轉(zhuǎn)整流器（三相全波橋整），主要是將主勵(lì)磁機(jī)的電樞發(fā)出的三相交流電整成直流，提供給同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁極激勵(lì)。虛線框內(nèi)的部件隨整個(gè)軸系同步旋轉(zhuǎn)，從而取代了集電環(huán)節(jié)。

整個(gè)勵(lì)磁環(huán)節(jié)中，勵(lì)磁裝置是控制中心，其勵(lì)磁電源通過勵(lì)磁變壓器T1從發(fā)電機(jī)機(jī)端取得，所以稱其為自并勵(lì)勵(lì)磁方式，但正是由于這種方式（電源取至自發(fā)電源），在還沒有發(fā)電時(shí)，初始勵(lì)磁建立不起來，因此還要有一套起勵(lì)裝置。通常這種方式只適用于沒有電力網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

機(jī)端是否有電壓、電流產(chǎn)生，則靠TV2（勵(lì)磁電壓互感器，必配）或者是TV1（儀用電壓互感器，選配）來檢測(cè)機(jī)端電壓，TA（機(jī)端電流互感器，必配）來檢測(cè)機(jī)端電流。

3.2  廠用AC400V電源他勵(lì)勵(lì)磁方式

這種勵(lì)磁方式除了勵(lì)磁電源不同外——是從廠用的低壓供配電系統(tǒng)提供的，其它結(jié)構(gòu)與自并勵(lì)勵(lì)磁方式相同。我廠燒結(jié)18MW同步發(fā)電機(jī)和焦化兩臺(tái)15MW同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式采用的都是這種勵(lì)磁方式。

3.3  永磁副勵(lì)磁機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁方式

這種勵(lì)磁方式又發(fā)生了一點(diǎn)變化，其勵(lì)磁電源不依靠廠用低壓供配電系統(tǒng)，而是增加了一套永磁副勵(lì)磁機(jī)（PMG）發(fā)出三相交流電提供給勵(lì)磁裝置作為電源。其優(yōu)點(diǎn)是勵(lì)磁電源不受廠用電源的影響，進(jìn)一步提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的安全性。煉鐵1#TRT和2#TRT同步發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)采用的都是這種勵(lì)磁方式。

4  端電壓失壓的故障現(xiàn)象及處理

同步發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，其端電壓為零或是投勵(lì)后達(dá)不到額定值的95%，都屬于端電壓失壓現(xiàn)象。但是造成端電壓失壓的原因卻是多種多樣的：有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路短路或斷路的，有勵(lì)磁機(jī)鐵芯消磁的，有PT斷線的，有勵(lì)磁裝置問題的……下面將根據(jù)一些實(shí)例來具體分析。

4.1  轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路短路引起的端電壓失壓

2016年5月份，煉鐵1#TRT系統(tǒng)計(jì)劃?rùn)z修，同步發(fā)電機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆解清洗的維護(hù)保養(yǎng)工作。檢修完成后準(zhǔn)備投運(yùn)，在沖轉(zhuǎn)過程中，機(jī)端電壓表的讀數(shù)一直為零，當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后啟動(dòng)投勵(lì)，機(jī)端電壓表讀數(shù)仍舊為零，勵(lì)磁裝置報(bào)“勵(lì)磁PT斷線”故障，同時(shí)封鎖勵(lì)磁的輸出。

根據(jù)勵(lì)磁裝置報(bào)出的故障，待機(jī)組靜止下來，檢查勵(lì)磁PT柜，電壓互感器一次側(cè)和二次側(cè)保險(xiǎn)都完好，各接線端子無短路、斷路、接觸不良的情況，而且檢修過程中，勵(lì)磁PT柜并沒有動(dòng)過，應(yīng)該不會(huì)突然出問題。初步分析：有可能是發(fā)電機(jī)沒有進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，機(jī)端電壓本來就沒有建立起來；進(jìn)一步往前推導(dǎo)，機(jī)端電壓建立不起來，說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極沒有建立，磁極沒有建立是因?yàn)槔@組中沒有激磁電流通過，激磁電流沒有很可能是勵(lì)磁機(jī)在回裝過程中有某些地方裝配有問題。

根據(jù)初步分析，對(duì)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行重新解體測(cè)量：因?yàn)樾D(zhuǎn)整流器將勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相交流電整成直流后，是通過軸內(nèi)的導(dǎo)電桿將直流勵(lì)磁電流傳遞給轉(zhuǎn)子磁極繞組的，這中間有一對(duì)絕緣檢測(cè)滑環(huán)各自并聯(lián)在正負(fù)極上而檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)連接片都接到一個(gè)滑環(huán)上了，因此造成了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路短路的故障，轉(zhuǎn)子磁極繞組沒有激磁電流流過，所以發(fā)電機(jī)就沒有端電壓出現(xiàn)。將連接片按正確的方式連接后，發(fā)電機(jī)端電壓恢復(fù)了正常。

4.2  勵(lì)磁機(jī)磁極鐵芯消磁引起的端電壓失壓

2017年12月份，煉鐵1#TRT同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)因前期“飛車”事故，大修后重新投運(yùn)，在啟機(jī)沖轉(zhuǎn)的過程中，機(jī)端電壓表的讀數(shù)一直為零，額定轉(zhuǎn)速后啟動(dòng)投勵(lì)，讀數(shù)仍沒有變化，同時(shí)勵(lì)磁裝置馬上報(bào)出“勵(lì)磁PT斷線和勵(lì)磁故障”的信息，并封鎖勵(lì)磁輸出。

初步分析：因?yàn)閯?lì)磁機(jī)大修過，除了勵(lì)磁小軸沒有更換，所有的鐵芯、繞組都更換過，而且出廠時(shí)都做過電氣試驗(yàn)，也都合格。通常發(fā)電機(jī)在沖轉(zhuǎn)過程中，即便不投勵(lì)磁，因?yàn)閯?lì)磁機(jī)的磁極鐵芯被“磁化”，機(jī)端仍舊可以出現(xiàn)幾百伏的電壓。大修過的勵(lì)磁機(jī)，磁極鐵芯是新制造的，沒有被“磁化”過，而且“磁化”是需要施加一定電流達(dá)到其磁化時(shí)間。

根據(jù)分析，將勵(lì)磁裝置切換到“手動(dòng)”狀態(tài)，強(qiáng)行給磁（其間勵(lì)磁裝置仍報(bào)故障），經(jīng)過3次給磁→勵(lì)磁被封鎖→再給磁，機(jī)端電壓表終于見到壓。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)端電壓只有額定電壓值的60%―70%，達(dá)不到并網(wǎng)的要求。與發(fā)電機(jī)廠家的設(shè)計(jì)人員溝通，會(huì)不會(huì)是返廠修復(fù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后，對(duì)變形的槽口、槽楔經(jīng)過車削，更換了新護(hù)環(huán)（因重新加工了轉(zhuǎn)子鐵芯槽口部位，新護(hù)環(huán)比原設(shè)計(jì)要長(zhǎng)30mm，材料為不導(dǎo)磁材料），從而改變了發(fā)電機(jī)的空載特性？設(shè)計(jì)人員表示不存在這種因素。又與勵(lì)磁裝置廠家的技術(shù)人員溝通，看能否提供一個(gè)暫時(shí)解決問題的辦法？勵(lì)磁裝置廠家技術(shù)人員計(jì)算后答復(fù)，將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中“空載勵(lì)磁電流”參數(shù)由1.5安培增加到2.0安培，消除“欠勵(lì)”的現(xiàn)象。將參數(shù)更改生效后，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恢復(fù)正常。

4.3  勵(lì)磁裝置問題引起的端電壓失壓

因?yàn)樯洗味穗妷菏旱母驹虿]有真正查找出來，在運(yùn)行的幾天時(shí)間內(nèi)，對(duì)比2#TRT勵(lì)磁柜與1#TRT勵(lì)磁柜的工況時(shí)發(fā)現(xiàn)，打開1#TRT勵(lì)磁柜后面的柜門后，明顯有一股熱浪傳出來，檢查溫度的來源是其中一個(gè)電阻片異常發(fā)熱.

與勵(lì)磁裝置廠家取得聯(lián)系，將勵(lì)磁裝置的《用戶手冊(cè)》和《產(chǎn)品圖冊(cè)》發(fā)過來，通過閱讀兩本圖冊(cè)，該元件為“滅磁電阻單元AR1”中的滅磁電阻R4。而“滅磁電阻單元”在正常給勵(lì)的情況下，是不參入工作的，因此滅磁電阻R4上基本無工作電流流過，也不會(huì)產(chǎn)生高的溫度。溫度過高就說明有工作電流流過，那么與其串聯(lián)的二極管V1可能被擊穿。由于“滅磁電阻單元”與勵(lì)磁繞組是并聯(lián)的關(guān)系，勵(lì)磁功率單元給出的勵(lì)磁電流被分流，使得勵(lì)磁繞組上實(shí)際流過的電流變小，發(fā)電機(jī)表現(xiàn)為“欠勵(lì)”現(xiàn)象，所以發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下啟勵(lì)，機(jī)端電壓達(dá)不到額定值。

購(gòu)回新的二極管，待1#TRT檢修停機(jī)的機(jī)會(huì)，進(jìn)行了更換，同時(shí)將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的“空載勵(lì)磁電流”參數(shù)由2.0安培恢復(fù)到1.5安培（避免勵(lì)磁系統(tǒng)恢復(fù)原狀后，投勵(lì)時(shí)發(fā)生過勵(lì)的現(xiàn)象）；對(duì)更換下來的二極管用萬用表進(jìn)行檢測(cè)，確定已經(jīng)被擊穿（屬于上次“飛車”事故后對(duì)元器件造成的損壞）。檢修完成后，發(fā)電機(jī)沖轉(zhuǎn)，有機(jī)端電壓顯現(xiàn)；達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后啟動(dòng)投勵(lì)，機(jī)端電壓很快達(dá)到額定電壓值。

5  結(jié)束語

自發(fā)電是一個(gè)系統(tǒng)而又復(fù)雜的體系，當(dāng)我們遇到故障時(shí)，需要視具體的現(xiàn)象，逐步小心排查，直至恢復(fù)系統(tǒng)正常；但當(dāng)技術(shù)力量缺乏時(shí)，不可冒進(jìn)，而應(yīng)該迅速與廠家專業(yè)技術(shù)人員取得聯(lián)系，以獲得技術(shù)上的支持。特別是TRT自發(fā)電系統(tǒng)，其動(dòng)力源介質(zhì)是來至高爐的高壓煤氣，危險(xiǎn)性不言而喻。因此在我們的日常工作當(dāng)中，唯有兢兢業(yè)業(yè)、抱著如履薄冰的謹(jǐn)慎態(tài)度，在保證安全的基礎(chǔ)上達(dá)成最大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。