某型号 260V 发电机 空载试验无法正常建压的分析及解决

何李荣 郑德道 丰宋波

中广核核电运营有限公司 广东 深圳 518124

引言：某型号260V发电机存在绝缘故障，更换发电机后，发电机励磁成功，但建压存在故障，出口电压过低。需要技术人员，通过对发电机励磁原理的综合分析，定位故障原因，并完成故障解决。

摘要:根据某型号260V发电机空载试验无法正常建压的问题，本文阐述发电机空载试验无法正常建压后，从故障分析、故障定位、故障解决这一逻辑顺序出发，完成故障解决的过程，力图分析清楚原因，并为后续类似问题的处理提供可行的分析方法与细致地技术材料。

关 键 词: 棒控电源;有刷励磁;三相可调线圈

1背景描述

在进行某型号260V发电机年检过程中发现转子对地绝缘为0.25MΩ（要求大于3兆欧）。填写设备缺陷管理报告，技术组决定更换该发电机。某型号260V发电机更换完成后，进行发电机空载试验，发电机励磁成功，但出口电压仅为160VAC，远远低于额定值（260VAC）。

2基础信息介绍

2.1发电机主要铭牌参数有：

表1 RAM发电机铭牌信息^[1]

额定电压	260V	频率	50HZ
接法	星形	防护等级	IP23
额定励磁电压	44.5V	绝缘等级	F
额定励磁电流	112A

2.2RAM发电机励磁系统的组成与励磁原理

如图1为发电机的原理图，发电机励磁系统由三相可调线圈、三相变压器、饱和单相线圈、三相整流桥、保护电阻、电刷、励磁调节器等部分组成。

发电机励磁系统由自励系统与他励系统两部分组成。发电机启动时，发电机出口电压未有效建压，自励系统无法有效励磁，需要他励系统的参与。他励系统电源取自直流电源LBA（110VDC），直接接入1+、2-号线，供给励磁电流，5秒后断开，改由自励系统提供励磁。

图
1 发电机原理图

自励系统原理。发电机定子绕组通过三相变压器将定子电流转换成励磁电流，由PU/PV/PW抽头引出，再经过三相整流桥整流后，给励磁供电，提供自励。三相可调线圈相当于一组可调节的阻抗，使接入三相变压器的T/N绕组电流可调，从而调节从PU/PV/PW抽头引出的电流。外接的励磁调节器通过监测发电机输出电压，输出一个直流电源来控制饱和单相线圈的磁阻大小，从而控制励磁电流输出的大小，达到控制调节的目的。

自励系统具体调节逻辑^[2]：当监测到的发电机输出电压增大时，励磁调节器输出的电流增大，则饱和单相线圈的等效磁导率减小，从而电感阻抗减小，从PU/PV/PW抽头流入的电流就相应增大。由于饱和单相线圈的分流作用，流入三相整流桥的电流减小，对应励磁电流就减小，最终使发电机输出电压减小，实现调节。过程如下：

U_发电机↑---I_c+c-↑---等效导磁率μ↓---L_感抗↓---I_流入↑---I_励磁↓--U_发电机↓

反之，亦可调节，过程如下：

U_发电机↓---I_c+c-↓---等效导磁率μ↑---L_感抗↑---I_流入↓---I_励磁↑--U_发电机↑

总结来说，三相变压器和三相可调线圈从定子线圈处取得励磁电流。饱和单相线圈与外接的励磁调节器调节励磁电流，使输出电压稳定。

3故障查找及解决

a、将三相变压器的接入抽头改成与旧发电机的一致。

在对备件发电机的空载试验过程中，原抽头：即接入8-56号、0-34号绕组，进行发电机运行试验后输出电压为160V，不满足要求。为了使备件发电机与旧发电机接法一致，将备件发电机三相变压器的接线改为接入0-56号、0-28号绕组。

调节抽头：即接入0-56号、0-28号绕组，使备件发电机的抽头与旧发电机保持一致，进行发电机运行试验后，但输出电压为220V，仍不满足要求。

b、将旧发电机的三相可调线圈更换至备件发电机上。

确认旧发电机的三相可调线圈绝缘无异常，将该三相可调线圈换至备件发电机上，重新进行试验，发电机输出电压260VDC，符合试验要求，试验合格。

三相变压器的T/N绕组与三相可调线圈S/T绕组串联，并从定子绕组E/S绕组取电。以U相为例，TU--NU与TU--SU串联后接入定子绕组E1-S1，如下图所示。当发电机稳定运行时，E1-S1的输出电压基本保持不变，设为UE1S1，回路电流大小由TU--NU与TU--SU的阻抗大小决定，IT/N=UE1S1/(RTU--NU+RTU--SU)，其中RTU--NU不变。

图2 连接示意图

根据公式R=R电阻+R电感组抗，其中TU--NU与TU--SU的电阻值极小，可忽略不计，则

R=R_电感组抗=ω*L=2πf*μ*S*N²/lc

式中：f=50HZ ω为角频率 L为电感量

μ为磁芯磁导率 S为磁芯截面积

N为绕组绕线匝数 lc为磁芯的磁路平均长度^[3]

TU--NU绕组的电感阻抗无法变动调节，而对于TU--SU绕组，即三相可调线圈，可以通过在铁芯铁颚处垫绝缘板的方式增加三相可调线圈铁芯间隙，从而使磁芯磁导率μ减小，μ减小，则RTU--SU减小，从而IT/N增大。过程如下：

铁芯间隙↑---磁芯磁导率μ↓---RTU--SU↓---IT/N↑---I励磁↑

根据上述推导（T/N绕组中流过的电流IT/N增大，则变压器中的总磁通量增大,从而PU/PV/PW抽头输出的励磁电流也增大。），可知：在铁芯铁颚处垫绝缘板的方式增加三相可调线圈铁芯间隙，可以增加PU/PV/PW抽头输出的励磁电流。励磁电流的增加使发电机的输出电压增加。相应的，如果三相可调线圈铁芯铁颚处没有垫绝缘板，则会使发电机的输出电压偏低。

因此，根据上述推导与现场试验结果，发电机无法正常建压的主要原因可以确定为备件发电机在出厂时没有调节三相可调线圈铁芯间隙，即在铁芯铁颚处没有垫绝缘板选择合适间隙。

4 结束语

以后更换RAM发电机时，在静态检查无异常后，发电机装至专用的测试平台进行空载试验。如果发电机出口电压不满足试验要求，则根据发电机励磁调节原理，调大三相可调线圈的间隙或者调小间隙，最终完成发电机出口电压的调整。确保发电机装至现场后，一次并网成功。

参考文献:

1. AREVA RAM001/002MO.设备维修与操作手册 2010

2. 乔长君. 电动机检修速查手册 化学工业出版社 2009

3. 曾玲 .发电机空载试验异常情况分析 中国科技纵横 2014