一种同步电机励磁系统运行状态自检方法技术领域
本发明涉及一种同步电机励磁系统运行状态自检方法。
背景技术
励磁系统是发电机组控制的核心装置，一旦励磁系统出现故障，将会严重影响到
发电机的安全稳定运行，随着我国大型发电机组数量的增长，对于励磁系统的可靠性要求
也越来越高。
励磁系统的核心控制器通常配有双套，整流桥也配有冗余，一旦励磁系统发生故
障控制器可以自动从主套切换到从套，整流桥可以切除故障支路，从而不影响发电机正常
运行，因此对于励磁系统故障检测对发电机安全运行尤为重要。
目前对于励磁系统的故障检测主要是对重要的模块检测，主要包括PT断线故障、
脉冲回读故障、同步电压故障、电源故障、调节器板件故障、可控硅故障、风机故障等。由于
励磁系统所包括的器件很多，很难做到对所有器件的状态都能准确判断，因此多次发生励
磁系统故障未能及时判断而导致失控继而引起发电机跳机的事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种同步电机励磁系统运行状态
自检方法，解决现有技术中励磁系统故障检测仅对重要模块进行检测，检测结果不够准确，
不能及时判断励磁系统故障而导致失控继而引起发电机跳机事故的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种同步电机励磁系统运行
状态自检方法，判定励磁调节器输出脉冲触发角αjs是否属于真实触发角αtr随转子电流对
应区间[αtrmin，αtrmax]，当检测到记为初始时刻t0，设置时间常数tr，在tr
时间内若始终则判定为励磁系统运行异常。
具体自检方法包括如下步骤：
步骤一：双套励磁调节器在自动电压调节模式下，检测电机实际定子电压，根据定
子电压百分值与电压给定设置值关系，输出脉冲触发角αjs，实现电压闭环控制；
步骤二：由主机厂提供的机组试验参数中获得电机转子直阻温升特性参数，得到
额定散热条件下转子直阻标称区间
步骤三：励磁调节器采样实际同步电压UT和转子电流Irot，转子电流取交流电流换
算，取三相电流最大值，并基于机组额定参数，得到同步电压与转子电流对应标称值和
由公式得到真实触发角αtr；
步骤四：设置裕度系数δ，取由公式
和得到实时真实触发角随转子电流对
应区间[αtrmin，αtrmax]曲线图；
步骤五：判定励磁调节器输出脉冲触发角αjs是否属于区间[αtrmin，αtrmax]，当检测
到记为初始时刻t0，设置时间常数tr，在tr时间内若始终
则判定为励磁系统运行异常，进入步骤六，进行异常分析判断；
步骤六：当励磁调节器检测到电压互感器断线故障及同步电压三相不平衡时，退
出励磁系统运行状态自检；
励磁调节器采样定子电压和定子电流，满足定子电压大于90％的额定定子电压，
定子电流大于5％的额定定子电流时，判定电机运行于负载态，状态自检异常，则励磁系统
切换到从套运行，同时励磁调节器告警；否则，判定电机运行于空载态，状态自检异常，则励
磁调节器逆变灭磁。
还设置了滞环系数λ，消除状态自检开出抖动：
当计算触发角逐渐变大时，需满足αjs>αtrmax+λ，判定励磁系统运行异常；
当计算触发角逐渐变小时，需满足αjs<αtrmax，退出励磁系统运行异常状态；
同理，当计算触发角逐渐变小时，需满足αjs<αtrmin-λ，判定励磁系统运行
异常；
当计算触发角逐渐变大时，需满足αjs>αtrmin，退出励磁系统运行异常状态。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
(1)以真实触发角与励磁调节器输出脉冲触发角之间的一致性关系自检励磁系统
运行状态，并对励磁系统异常工况及时告警并切换工作通道，检测结果准确，可及时防止因
励磁系统工作通道故障而导致发电机跳机的事故；
(2)裕度系数δ的整定可实现同步电机励磁系统运行状态自检结果的正确性与可
靠性；
(3)滞环系数λ的整定增加了同步电机励磁系统运行状态自检开出动作的稳定性。
附图说明
图1是本发明中典型同步电机励磁系统的结构框图。
图2是本发明中典型同步电机转子直阻温升特性曲线图。
图3是本发明中真实触发角与同步电压标称和转子电流标称三维关系图。
图4是本发明中真实触发角区间上下限与转子标称电流的关系曲线图。
图5是本发明中同步电机励磁系统运行状态自检开出判定条件图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
参见图1，为一种典型的发电机微机励磁系统拓扑结构图，本发明的工作原理为：
所述同步电机励磁系统中，励磁调节器在闭环控制模式下通过输出脉冲触发角调节实际定
子电压或实际转子电流跟踪对应给定目标值，励磁调节器输出脉冲触发角即为计算触发角
αjs。同时，励磁调节器通过采样同步电压和实际转子电流，基于三相全控整流桥模型，按公
式获取励磁系统真实触发角αtr。考虑误差许可范围内，计算触发角αjs
与真实触发角αtr应基本一致，判定为同步电机励磁系统运行正常。本发明公开的一种同步
电机励磁系统运行状态自检方法，可应用于各种型式的发电机微机励磁系统中，判断励磁
调节器运行状态是否异常。
相应地，双套励磁调节器在自动电压调节模式下，检测电机实际定子电压，根据定
子电压百分值与电压给定设置值关系，实现电压闭环控制，输出脉冲触发角αjs。
参见图2，为典型同步电机转子直阻温升特性曲线图。本发明中通过主机试验参数
获得电机转子直阻温升特性参数，得到额定散热条件下转子直阻标称区间
参见图3，为真实触发角与同步电压标称和转子电流标称三维关系图，本发明中励
磁调节器实时采样实际同步电压UT和转子电流Irot，转子电流取交流电流换算，取三相电流
最大值。并基于机组额定参数，得到同步电压与转子电流对应标称值和由公式
得到真实触发角αtr。
参见图4，为真实触发角区间上下限与转子标称电流的关系曲线图。本发明中为保
障励磁系统状态自检可靠，设置裕度系数δ。取
由公式和得到实时真实触发角随转子
电流对应区间[αtrmin，αtrmax]曲线图。
相应地，判定励磁调节器输出脉冲触发角αjs是否属于区间[αtrmin，αtrmax]，当检测
到记为初始时刻t0，设置时间常数tr，在tr时间内多次判定触发角αjs是
否属于区间[αtrmin，αtrmax]，若始终则判定为励磁调节器运行异常，视为
电机励磁系统实际运行方式不受励磁调节器闭环控制，进一步进行异常分析判断：
当励磁调节器检测到电压互感器断线故障及同步电压三相不平衡时，退出励磁系
统运行状态自检；
励磁调节器采样定子电压和定子电流，满足定子电压大于90％的额定定子电压，
定子电流大于5％的额定定子电流时，判定电机运行于负载态，状态自检异常，则励磁系统
切换到从套运行，同时励磁调节器告警；否则，判定电机运行于空载态，状态自检异常，则励
磁调节器逆变灭磁。
参见图5，为消除状态自检开出抖动，本发明还设置滞环系数λ。当计算触发角逐渐
变大时，需满足αjs>αtrmax+λ，判定励磁系统运行异常；当计算触发角逐渐变小时，需满足αjs<
αtrmax，退出励磁系统运行异常状态；同理，当计算触发角逐渐变小时，需满足αjs<αtrmin-λ，判
定励磁系统运行异常；当计算触发角逐渐变大时，需满足αjs>αtrmin，退出励磁系统运行异常
状态。计算触发角是励磁调节器经补偿后的闭环控制脉冲输出角，即αjs。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。