發(fā)電機失磁、振蕩、失步的區別

發(fā)電機失磁

運行中，由于勵磁回路開(kāi)路、短路、勵磁電流小時(shí)或轉子回路故障所引起的發(fā)電機失磁后，發(fā)電機及勵磁系統的相關(guān)表記反應如下：

(1). 轉子電流表、電壓表指示零或接近于零;

(2). 定子電壓表指示顯著(zhù)降低;

(3). 電子電流表指示升高并晃動(dòng);

(4). 發(fā)電機有功功率表的指示降低并擺動(dòng);

(5). 發(fā)電機有功功率表的指示負值。

發(fā)電機在運行中失去勵磁電流，使轉子的磁場(chǎng)消失，這種可能是由于勵磁開(kāi)關(guān)誤跳閘，勵磁機或半導體勵磁系統發(fā)生故障，轉子回路斷線(xiàn)等原因引起。當失磁發(fā)生后，轉子磁場(chǎng)消失了，電磁力矩減少，出現過(guò)剩力矩，脫離同步，轉子與定子有相對速度，定子磁場(chǎng)以轉差速度切割轉子表面，使轉子表面感應出電流來(lái)。這個(gè)電流與釘子旋轉磁場(chǎng)作用就產(chǎn)生了一個(gè)力矩，常稱(chēng)為異步力矩，這個(gè)異步力矩在這里也是個(gè)阻力矩，它起制動(dòng)作用，發(fā)電機轉子便在克服這個(gè)力矩的過(guò)程中做了功，使機械能變成電能，可繼續向系統送出無(wú)功，發(fā)電機的轉速不會(huì )無(wú)限制升高的，因為轉速越高，這個(gè)異步力矩越大。這樣，同步發(fā)電機就相當于變成了異步發(fā)電機。

在異步狀態(tài)下，電機從系統吸收無(wú)功，供定子而后轉子產(chǎn)生磁場(chǎng)，向系統送出無(wú)功，如果這臺電機在很小的轉差下就能產(chǎn)生很大的異步力矩，那么失磁狀態(tài)下還能帶較大的負荷，甚至所帶負荷不變。這種狀態(tài)要注意兩點(diǎn)：一是定子電流不能超過(guò)額定值;二是轉子部分溫度不能超過(guò)允許值。

那么發(fā)電機失磁后有何不良影響呢?這個(gè)問(wèn)題要分為兩方面來(lái)闡述：一是對本身發(fā)電機的影響，二是對系統的危害。

對發(fā)電機的危害，主要表現在以下幾個(gè)方面：

(1). 由于轉差的出現，在轉子表面將感應出差頻電流。差頻電流在轉子回路中產(chǎn)生附加損耗，使轉子發(fā)熱加大，嚴重時(shí)可使轉子燒損。特別是直接冷卻高利用率的大型機組，其熱容量裕度相對降低，轉子容易過(guò)熱;

(2). 失磁發(fā)電機轉入異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，由系統向發(fā)電機送出的無(wú)功功率增大。失磁前帶的有功功率越大。轉差也越大，等效電抗越小，由系統送出的無(wú)功也越大。因此在重負荷下失磁，由于定子繞組過(guò)電流，將使發(fā)電機定子過(guò)熱;

(3). 異步運行中，發(fā)電機的轉矩有所變化，因而有功功率要發(fā)生嚴重的周期性變化，使發(fā)電機、轉子和基座受到異常的機械力的沖擊，使機組的安全受到威脅;

發(fā)電機失磁后，對系統的影響表現如下：

(1). 失磁后的發(fā)電機，將從電力系統吸取相當于額定容量的無(wú)功功率，引起電力系統的電壓下降。如果電力系統無(wú)功功率儲備容量不足，將使鄰近失磁發(fā)電機的部分系統電壓低于允許值，威脅負載及各電源間的穩定運行，甚至導致系統的電壓崩潰而瓦解，這是發(fā)電機失磁所導致的最嚴重的后果;

(2). 一臺發(fā)電機失磁引起系統的電壓下降，將使鄰近的發(fā)電機勵磁調節器動(dòng)作而增大其無(wú)功輸出，因而這些發(fā)電機、變壓器和線(xiàn)路引起過(guò)電流，導致大面積停電，擴大故障的波及范圍。

發(fā)電機在失磁(無(wú)勵磁情況)后，運行人員應該如何處理?

發(fā)電機在無(wú)勵磁情況下將異步運行，從試驗情況來(lái)看，機組能可以帶負荷運行，但只為額定容量的50%—60%，中小型機組運行時(shí)間不超過(guò)30min，大型機組(200MW以上)只能運行15min。

大型機組都裝有失磁保護裝置。失磁保護裝置內設有電壓斷線(xiàn)閉鎖裝置和低電壓繼電器。當低電壓繼電器不動(dòng)作時(shí)(母線(xiàn)電壓不低于允許值)，失磁保護不會(huì )動(dòng)作。

(1). 當發(fā)電機失磁后，失磁保護動(dòng)作，“發(fā)電機失磁保護跳閘”信號發(fā)出，發(fā)電機主開(kāi)關(guān)跳閘，表明保護已動(dòng)作解列滅磁，按發(fā)電機事故跳閘處理(第一時(shí)間檢查廠(chǎng)用電切換情況);

(2). 若失磁保護拒動(dòng)，則立即手動(dòng)解列發(fā)電機;

(3). 在發(fā)電機失磁過(guò)程中，應注意調整好其他正常運行的發(fā)電機定子電流和無(wú)功功率。

發(fā)電機振蕩

引起發(fā)電機振蕩的主要原因有：負荷突變;二電源之間輸出線(xiàn)路和變壓器的切除;發(fā)電機特別是大容量機組突然跳閘;原動(dòng)機輸入力矩突然變化;系統突然發(fā)生短路故障等。短路故障通常是引起發(fā)電機振蕩的主要原因。

同步發(fā)電機正常運行時(shí)，定子磁極和轉子磁極之間可看成有彈性的磁力線(xiàn)聯(lián)系。當負載增加時(shí)，功角將增大，這相當于把磁力線(xiàn)拉長(cháng);當負載減小時(shí)，功角將減小，這相當于磁力線(xiàn)縮短。當負載突然變化時(shí)，由于轉子有慣性，轉子功角不能立即穩定在新的數值，而是在新的穩定值左右要經(jīng)過(guò)若干次擺動(dòng)，這種現象稱(chēng)為同步發(fā)電機的振蕩。

振蕩有兩種類(lèi)型：一種是振蕩的幅度越來(lái)越小，功角的擺動(dòng)逐漸衰減，最后穩定在某一新的功角下，仍以同步轉速穩定運行，稱(chēng)為同步振蕩;另一種是振蕩的幅度越來(lái)越大，功角不斷增大，直至脫出穩定范圍，使發(fā)電機失步，發(fā)電機進(jìn)入異步運行，稱(chēng)為非同步振蕩。

發(fā)電機振蕩或失步時(shí)的現象

a)定子電流表指示超出正常值，且往復劇烈運動(dòng)。這是因為各并列電勢間夾角發(fā)生了變化，出現了電動(dòng)勢差，使發(fā)電機之間流過(guò)環(huán)流。由于轉子轉速的擺動(dòng)，使電動(dòng)勢間的夾角時(shí)大時(shí)小，力矩和功率也時(shí)大時(shí)小，因而造成環(huán)流也時(shí)大時(shí)小，故定子電流的指針就來(lái)回擺動(dòng)。這個(gè)環(huán)流加上原有的負荷電流，其值可能超過(guò)正常值。

b)定子電壓表和其他母線(xiàn)電壓表指針指示低于正常值，且往復擺動(dòng)。這是因為失步發(fā)電機與其他發(fā)電機電勢間夾角在變化，引起電壓擺動(dòng)。因為電流比正常時(shí)大，壓降也大，引起電壓偏低。

c)有功負荷與無(wú)功負荷大幅度劇烈擺動(dòng)。因為發(fā)電機在未失步時(shí)的振蕩過(guò)程中送出的功率時(shí)大時(shí)小，以及失步時(shí)有時(shí)送出有功，有時(shí)吸收有功的緣故

d)轉子電壓、電流表的指針在正常值附近擺動(dòng)。發(fā)電機振蕩或失步時(shí)，轉子繞組中會(huì )感應交變電流，并隨定子電流的波動(dòng)而波動(dòng)，該電流疊加在原來(lái)的勵磁電流上，就使得轉子電流表指針在正常值附近擺動(dòng)。

)頻率表忽高忽低地擺動(dòng)。振蕩或失步時(shí)，發(fā)電機的輸出功率不斷變化，作用在轉子上的力矩也相應變化，因而轉速也隨之變化。.

f)發(fā)電機發(fā)出有節奏的鳴聲，并與表計指針擺動(dòng)節奏合拍。

g)低電壓繼電器過(guò)負荷保護可能動(dòng)作報警。

h)在控制室可聽(tīng)到有關(guān)繼電器發(fā)出有節奏的動(dòng)作和釋放的響聲，其節奏與表計擺動(dòng)節奏合拍。

i)水輪發(fā)電機調速器平衡表指針擺動(dòng);可能有剪斷銷(xiāo)剪斷的信號;壓油槽的油泵電動(dòng)機起動(dòng)頻繁。

發(fā)電機振蕩和失步的原因

根據運行經(jīng)驗，引起發(fā)電機振蕩和失步的原因有

a)靜態(tài)穩定破壞。這往往發(fā)生在運行方式的改變，使輸送功率超過(guò)當時(shí)的極限允許功率。

)發(fā)電機與電網(wǎng)聯(lián)系的阻抗突然增加。這種情況常發(fā)生在電網(wǎng)中與發(fā)電機聯(lián)絡(luò )的某處發(fā)生短路，一部分并聯(lián)元件被切除，如雙回線(xiàn)路中的一回背斷開(kāi)，并聯(lián)變壓器中的一臺被切除等。

電力系統的功率突然發(fā)生不平衡。如大容量機組突然甩負荷，某聯(lián)絡(luò )線(xiàn)跳閘，造成系統功率嚴重不平衡。

d)大機組失磁。大機組失磁，從系統吸收大量無(wú)功功率，使系統無(wú)功功率不足，系統電壓大幅度下降，導致系統失去穩定

e)原動(dòng)機調速系統失靈。原動(dòng)機調速系統失靈，造成原動(dòng)機輸入力矩突然變化，功率突升或突降，使發(fā)電機力矩失去平衡，引起振蕩

f)發(fā)電機運行時(shí)電勢過(guò)低或功率因數過(guò)高。

g)電源間非同期并列未能拉入同步。

單機失步引起的振蕩與系統性振蕩的區別

a)失步機組的表計擺動(dòng)幅度比其他機組表計擺動(dòng)幅度要大;

b)失步機組的有功功率表指針擺動(dòng)方向正好與其他機組的相反，失步機組有功功率表擺動(dòng)可能滿(mǎn)刻度，其他機組在正常值附近擺動(dòng)。

系統性振蕩時(shí)，所有發(fā)電機表計的擺動(dòng)是同步的。

當發(fā)生振蕩或失步時(shí)，應迅速判斷是否為本廠(chǎng)誤操作引起，并觀(guān)察是否有某臺發(fā)電機發(fā)生了失磁。如本廠(chǎng)情況正常，應了解系統是否發(fā)生故障，以判斷發(fā)生振蕩或失步的原因。發(fā)電機發(fā)生振蕩或失磁的處理如下：

a)如果不是某臺發(fā)電機失磁引起，則應立即增加發(fā)電機的勵磁電流，以提高發(fā)電機電動(dòng)勢，增加功率極限，提高發(fā)電機穩定性。這是由于勵磁電流的增加，使定、轉子磁極間的拉力增加，削弱了轉子的慣性，在發(fā)電機達到平衡點(diǎn)時(shí)而拉入同步。這時(shí)，如果發(fā)電機勵磁系統處在強勵狀態(tài)，1min內不應干預。

b)如果是由于單機高功率因數引起，則應降低有功功率，同時(shí)增加勵磁電流。這樣既可以降低轉子慣性，也由于提高了功率極限而增加了機組穩定運行能力。

c)當振蕩是由于系統故障引起時(shí)，應立即增加各發(fā)電機的勵磁電流，并根據本廠(chǎng)在系統中的地位進(jìn)行處理。如本廠(chǎng)處于送端，為高頻率系統，應降低機組的有功功率;反之，本廠(chǎng)處于受端且為低頻率系統，則應增加有功功率，必要時(shí)采取緊急拉路措施以提高頻率。

d)如果是單機失步引起的振蕩，采取上述措施經(jīng)一定時(shí)間仍未進(jìn)入同步狀態(tài)時(shí)，可根據現場(chǎng)規程規定，將機組與系統解列，或按調度要求將同期的兩部分系統解列。

以上處理，必須在系統調度統一指揮下進(jìn)行