我厂发电机为135MW采用三机励磁系统，在大修后汽轮机动平衡发生变化，振动比过去增大，之后出现主励磁机打火现象，先跪求处理方法。

发电机励磁系统检修    励磁系统是同步发电机的一个重要组成部分，其主要任务是向发电机的转子提供一个可调的励磁直流电源，从而达到控制发电机机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要。同时，励磁系统还具有合理分配并联机组无功功率和提高电力系统稳定性的重要作用。因此，保证励磁系统的安全稳定运行至关重要，提高励磁设备的检修试验技术也至关重要。

    目前我国励磁系统的种类很多，设备五花八门，技术水平参差不齐，给励磁设备的检修试验带来难度。为了规范和提高我国水电励磁系统的检修试验技术水平，特编写本篇作为电气二次设备检修技术的一部分。

    本篇主要指导常规直流励磁系统的检修，对于交流励磁系统，可以作为检修参考。目前，风力发电机一般采用交流励磁系统，通过控制三相转子绕组的励磁电流幅度、频率和相位，即可以控制发电机的无功和有功功率输出，从而实现风力发电机组的变速恒频运行。

    编写发电机励磁系统检修试验，以国内大中型励磁系统的A修为主线，适当介绍一些运行维护和常见故障的处理方法。按照励磁系统的主要部件来编写检修内容，按照励磁系统整体来编写试验内容，其编排顺序尽量与实际检修试验顺序一致。

第一章  概述

    第一节  发电机励磁系统的分类

    按照励磁电源的不同，将励磁系统分为直流励磁机系统、交流励磁机系统、无刷（旋转）励磁系统和静态励磁系统。这种分类，基本反映了励磁系统的发展进程。从直流励磁机发展到交流励磁机，从交流励磁机又发展成两个方向，小方向发展为无刷励磁系统，大方向发展为自并励静止励磁系统。本励磁检修试验技术主要针对自并励静止励磁系统。

    另外，发电机灭磁技术发展迅速，我国正在使用的灭磁类型和设备种类也很多，对此进行简单分类，有助于励磁系统的检修试验技术的学习。

    下面对发电机各种励磁系统和灭磁设备类型作一简单介绍。

    一、直流励磁机系统

    在电力系统发展初期，同步发电机容量较小，励磁电流通常由与发电机组同轴的直流发电机供给，用专门的直流发电机向同步发电机转子回路提供励磁电流，即直流励磁机系统。

    直流励磁机系统又分为自励与他励两种方式。所谓自励，就是励磁电源取自发电机本身，而他励的励磁电源取自其他发电机或厂用电等。自励直流励磁系统原理图如图1－1所示。

    发电机（F）的转子绕组（FLQ）由专门的自励式直流励磁机（L）供电， Rc为励磁机磁场调节电阻。该励磁系统可以手动调节Rc的大小，也可以由自动励磁调节器改变励磁机磁场电流，达到自动调节发电机端电压的目的。

    直流励磁机励磁系统在我国老式机组上使用，其数量在不断减少。原配用的机械式或电磁式自动调节器都已逐步淘汰，取而代之的是主要以绝缘栅极双极晶体管IGBT为功率元件的半导体自动调节器。这种将IGBT串入直流励磁机的磁场回路内，通过改变IGBT导通时间与关断时间的比例，来控制磁场电流的大小，称作“开关式励磁系统或开关式励磁调节器”，其接线原理图如图1－2所示。这里，IGBT控制励磁机（EL）的励磁绕组（L2）电流，DXL是续流二极管，Rx是限流电阻，L1是发电机G的转子绕组。图1－2中的照片采用直流励磁机的小型水电站厂房，在直流励磁机下面才是发电机和水轮机，三者同轴。


    开关式励磁调节器的优点是：可利用直流机本身实现自并激，无需另配电源，因此，结构紧凑，体积小，且励磁电源可靠，不受电力系统电压波动的影响。另外，不存在可控整流桥的触发同步问题，控制简便，运行可靠性高。
  二、交流励磁机系统

    20世纪60年代初，国外开始在中型发电机上采用交流发电机加半导体整流器的励磁方式，即交流励磁机系统。交流励磁机系统是汽轮发电机组较为主要的励磁方式。

    交流励磁机系统的具体接线方式很多，但究其整流器的区别可以归纳为：同步发电机采用二极管整流励磁，交流发电机（交流励磁机）采用晶闸管整流励磁。下面给出几种典型的接线方式。

    1．他励交流励磁机系统（三机他励励磁系统）

    他励交流励磁机系统原理一如图1－3所示。图1－3中的照片是一个采用三机他励方式的大型汽轮发电机，从左到右排列的设备是：汽轮机、发电机、交流主励磁机、交流副励磁机，四者同轴。


    交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都是交流发电机，均与同步发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经自动恒压装置控制。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机他励励磁系统。主励磁机磁场绕组由自动励磁调节器控制，采用晶闸管整流电路。主励磁机定子绕组经过二极管整流器向发电机转子提供励磁电流。

    2．自励交流励磁机系统

    自励交流励磁机系统没有副励磁机。交流励磁机的励磁电源是从该机（ACL）的出口电压直接获得。交流主励磁机经过二极管整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；自动励磁调节器控制晶闸管的触发角，调整其输出电流，控制主励磁机的出口电压。其原理接线二见图1－4所示。

    图1－5也是自励交流励磁机励磁系统，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制晶闸管的触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。




    三、无刷励磁系统

    上述交流励磁机系统，励磁机的电枢与整流装置都是静止的。虽然由硅整流元件或晶闸管代替了机械式换向器，但是静止的励磁系统需要通过滑环与发电机转子回路相连。滑环是一种转动的接触部件，仍然是励磁系统的薄弱环节。图1－6是某大型水轮发电机碳炭刷和滑环照片。随着巨型发电机组的出现，转子电流大大增加，可能产生个别滑环过热和冒火花的现象（俗称碳刷打火现象）。为了解决大容量机组励磁系统中大电流滑环的制造和维护问题，提高励磁系统的可靠性，出现了一种无刷励磁方式。这种励磁方式整个系统没有任何转动接触元件，故无刷励磁系统也称为旋转励磁系统，其原理图见图1－6所示，虚线框内的设备安装在发电机转子内，定子与转子的能量传递通过磁感应方式进行，因而省去了发电机滑环和碳刷。

    无刷励磁系统中，主励磁机（ACL）电枢是旋转的，它发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥整流后直接送发电机转子回路。由于主励磁机电枢及其硅整流器与主发电机转子都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环及电刷等转动接触元件。无刷励磁系统中的副励磁机（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。

    无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是不同于其他励磁系统类型的新问题。尽管无刷励磁系统也是采用交流励磁机，很多人也将无刷励磁系统归纳于交流励磁机类型。但是，鉴于无刷励磁系统的特殊性，这里单独归纳为一种励磁系统。

湘潭碳刷厂分析湛江电厂励磁系统为静止型三机励磁系统，主励磁机和发电机都采用D172型号的碳刷，采用恒压刷握，主励磁机碳刷共8块，发电机碳刷共72块。碳刷是发电机中动静接触和交换能量的设备，碳刷运行的好坏，直接关系到发电机的运行安全，因此，碳刷的运行问题不容忽视。
　　1 励磁碳刷运行中存在的问题

　　湛江电厂1、2号机组自投产以来，发生过一次较大环火事故，多次烧断刷辫事件和经常出现火花大、碳刷跳动现象，给我厂安全生产带来极大的威胁。

　　1997年11月23日，2号机有功240 MW、无功70 Mvar，值班人员发现发电机励磁碳刷火花大，马上进行调整，但无论如何调整都不能消除火花，且随着时间的推移，火花越来越大，碳刷越来越热，

　　并伴有浓烟，最后形成环火。令2号机有功降至180 MW、无功降至6 Mvar，更换烧烂的碳刷、恒压弹簧后，火花才得到控制。事后检查，刷握烧毁17块，滑环烧伤，出现许多小坑。

　　1号机组经常发生刷辫烧断事件，由于刷辫包着绝缘套，　烧断后不易发现，若不及时发现及更换，将造成大量碳刷由于过载而烧毁，最后导致发电机失磁。

　　1、2号机组曾于1997、1998、1999年更换碳刷1 000多块，　表1为3年换刷统计，在被换的碳刷中，部分碳刷是由于磨损造成过短而更换；大部分是由于刷辫烧断、跳动大引起崩角而更换。

　　2 检查与分析

　　2.1 碳刷质量不良且与刷握不匹配

　　在换下的碳刷中发现有许多是崩角的和刷辫与碳刷接触松动的。崩角的原因可能是碳刷跳动太大或材质不良。刷辫与碳刷联接部分松动会造成接触电阻增加，使碳刷电流分担不均。碳刷在刷握中尚能上下活动，但在卡上恒压弹簧后，即不能活动自如，这就会造成碳刷不能与滑环接触，使实际分担电流为零。

　　2.2 恒压弹簧压力不够或压力不均匀

　　自卷式恒压弹簧受热后弹簧会拉长，弹性变差，同一只弹簧两边的压力可能不一样，以致造成碳刷实际接触面积减少。从换下的恒压弹簧的检查中发现，部分弹簧发生断片或有裂纹，而不同的弹簧压力不一样，从而造成不同碳刷分担电流不一样。另在实测时发现，更换弹簧前某碳刷电流小于

　　10 A，更换弹簧后，该碳刷分担电流可达80 A。

　　2.3 刷握调整不当，碳刷位置不能对准滑环圆周的法线方向经目测，发现部分刷握距离滑环的高度不一，有些不能平行于滑环圆周的法线方向。

　　2.4 发电机滑环偏心，引起碳刷跳动

　　1999年11月1号机大修时，对其滑环也进行了一次车光处理，由于滑环发生了偏心(实测50多丝)，结果机组启动后碳刷跳动。

2.5 维护不到位，造成碳刷磨损严重或卡涩

　　湛江电厂地处海滨，盐雾大，机组停运后，滑环很容易生锈，若不及时除锈和打磨，就会引起碳刷跳动、磨损增大、接触不良，并且产生大量的碳粉。碳粉聚集在刷握内会造成碳刷卡涩。

　　2.6 运行调整不及时，处理不当，造成恶性循环

　　在发生碳刷火花大或烧断刷辫时，应及时调整和更换碳刷。调整更换碳刷时，应严格按规程规定进行，若调整不及时或处理不当，将会蔓延至其它碳刷，造成更大的火花。

　　3 运行中应采取的措施

　　3.1 加强运行维护

　　值班人员发现发电机励磁碳刷火花大时，应根据运行规程中提供的方法进行处理。

　　3.2 加强碳刷电流的监测

　　(1) 购置直流钳表测量碳刷电流，规定每班测量两次，以便全面掌握每块碳刷的电流分担情况。若碳刷电流在12～80 A，说明运行正常；若碳刷电流出现零和大于200 A，说明运行不正常；超过200 A的碳刷很快便会烧断刷辫。

　　(2) 根据当时的励磁电流，计算每块碳刷的平均电流，及时调整和更换电流过大或过小的碳刷，使每块碳刷电流分担差别不大。

　3.3 选用优质的碳刷

　　更换碳刷前，必须检查碳刷外观是否良好，检查碳刷与铜辫的接触是否紧固，必要时对碳刷各面进行直流电阻测定，以筛选合格的碳刷，若达不到要求，则换型，选用质量好的碳刷。

　　3.4 更换新型的恒压弹簧和刷握

　　将原恒压弹簧更换成中间压的弹簧，　克服原用恒压弹簧自身存在压力不够或两边压力不均的缺陷，避免刷辫烧断事件的发生。

　　3.5 加强停机后维护

　　停机后对滑环进行防锈和除锈，对滑环沟道和刷握进行吹灰和清抹。

　　3.6 对有烧损的滑环表面进行抛光打圆处理

　　运行一段时间后，滑环表面可能会起毛或出现小坑，此时会造成碳刷火花和跳动，且无法通过调整消除。因此，遇停机机会　，应及时对滑环表面进行抛光处理。如我厂1、2号机滑环经过车光处理后，火花状况立即得到改善。