发电机失磁.震荡运行的处理-讲义

发电机失磁、震荡运行的处理讲义

1发电机失磁的事故处理

同步发电机失去直流励磁，称为失磁。发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低滑差s 与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，是一种特殊的运行方式

1.1发电机失磁的原因：引起发电机失磁的原因有励磁回路开路，如自动励磁开关误跳闸；励磁调节装置的自动开关误动；转子回路断线；励磁机电枢回路断线；励磁机励磁绕组断线；励磁机或励磁回路元件故障，如励磁装置中元件损坏；励磁调节器故障；转子滑环电刷环火或烧断；转子绕组短路；失磁保护误动和运行人员误操作等。

1.2发电机失磁运行的现象：

1.2.1中央音响信号动作，“发电机失磁”光字牌亮。

1.2.2转子电流表的指示等于零或接近于零。转子电流表的指示与励磁回路的通断情况及失磁原因有关，若励磁回路开路，转子电流表指示为零；若励磁绕组经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭路，或AVR 、励磁机、硅整流装置故障，转子电流表有指示。但由于励磁绕组回路流过的是交流（失磁后，转子绕组感应出转差频率的交流），故直流电流表有很小的指示值。

1.2.3转子电压表指示异常。在发电机失磁瞬间，转子绕组两端可能产生过电压（励磁回路高电感而致）；若励磁回路开路，则转子电压降至零；若转子绕组两点接地短路，则转子电压指示降低；转子绕组

开路，转子电压指示升高。

1.2.4定子电流表指示升高并摆动。升高的原因是由于发电机失磁运行时，既向系统送出一定的有功功率，又要从系统吸收无功功率以建立机内磁场，且吸收的无功功率比原来送出的无功功率要大，使定子电流加大。摆动的原因是因为力矩的交变引起的。发电机失磁后异步运行时，转子上感应出差频交流电流，该电流产生的单相脉动磁场可以分解为转速相同、方向相反的正向和反向旋转磁场，其中，反向旋转磁场以相对于转子sn1的转速逆转子转向旋转，与定子磁场相对静止，它与定子磁场作用，对转子产生制动作用的异步力矩; 另一个正向旋转磁场，以相对于转子sn1的转速顺转子转向旋转，与定子磁场的相对速度为2 sn1，它与定子磁场作用，产生交变的异步力矩。由于电流与力矩成正比，所以力矩的变化引起电流的脉动。

1.2.5定子电压降低且摆动。发电机失磁时，系统向发电机送无功功率，因定子电流比失磁前增大，故沿回路的电压降增大，导致机端电压下降。电压摆动是由于定子电流摆动引起的。

1.2.6有功功率表指示降低且摆动。有功功率输出与电磁转矩直接相关。发电机失磁时，由于原动机的转矩大于电磁转矩，转速升高，汽轮机调整器自动关小汽门，这样，驱动转矩减小，输出的有功功率也减小，直到原动机的驱动转矩与发电机的异步转矩平衡时，调速器停止动作。发电机的有功输出稳定在小于正常值的某一数值下运行。摆动的原因也是由于存在交变异步功率造成的。

1.2.7无功功率表指示为负值，功率因数表指示进相。发电机失磁进

入异步运行后，相当于一个滑差为s 的异步发电机，一方面向系统送出有功功率，另一方面自系统吸收大量的无功功率用于励磁，所以发电机的无功功率表指示负值，功率因数表指示进相。

1.3发电机失磁运行对发动机及系统的影响：失磁对发电机和电力系统都有不良影响，在确定发电机能否允许失磁运行时，应考虑这些影响。发电机失磁运行的影响如下：

1.3.1严重的无功功率缺额造成系统电压下降。发电机失磁后，不但不能向系统输送无功功率，反而从系统吸收无功功率，造成系统无功功率严重缺额。若系统无功电源不能提供这部分额外的无功功率，则系统电压会显著下降。电压的下降，不仅影响失磁机组厂用电的安全运行，还可能引起其他发电机的过电流。更严重的是电压下降，降低了其他机组的功率极限，可能破坏系统的稳定，还可能因电压崩溃造成系统瓦解。

1.3.2对失磁机组的影响。发电机失磁时，使定子电流增大，引起定子绕组温度升高; 失磁运行是发电机进相运行的极端情况，而进相运行将使机端漏磁增加，故会使端部铁芯、构件因损耗增加而发热，温度升高; 由于失磁运行，在转子本体中感应出差频交流电流，差频电流产生损耗而发热，在某些部位，如槽楔与齿壁之间、护环与本体的搭接处，损耗可能引起转子的局部过热; 由于转子的电磁不对称产生的脉动转矩将引起机组和基础的振动。

1.4根据上述不良影响，允许发电机失磁运行的条件是：

1.4.1系统有足够的无功电源储备。通过计算，应能确认发电机失磁

后能保证电压不低于额定值的90%，这样才能保证系统的稳定。

1.4.2定子电流不超过发电机运行规程所规定的数值，一般不超过额定值的1.1倍。

1.4.3定子端部各构件的温度不超过允许值。

1.4.4转子损耗：对外冷式发电机不超过额定励磁损耗；内冷式发电机不超过0.5倍额定励磁损耗。这是因为内冷式转子在正常运行时，励磁绕组的发热量是由导体内部直接传出，这种结构的转子表面散热面积相对较小，而在异步运行时，转子中的差频电流造成的热流分布不同于正常，转子的热量只有一部分被导体内的冷却水带走，故转子损耗不能太大。

1.5发电机失磁运行的处理：由于不同电力系统无功功率储备和机组类型的不同，有的发电机允许失磁运行，有的则不允许失磁运行，因此，处理的方式也不同。对于汽轮发电机，如100MW 汽轮机组，经大量失磁运行试验表明，发电机失磁后，在30s 内若将发电机的有功功率减至额定值的50 %，可继续运行15min; 若将有功功率减至额定值的40%，可继续运行30min 。但对无功功率储备不足的电力系统，考虑电力系统的电压水平和系统稳定，不允许某些容量的汽轮发电机失磁运行。

对于调相机和水轮发电机，无论系统无功功率储备如何，均不允许失磁运行。因调相机本身是无功电源，失去励磁就失去了无功调节的作用。而水轮发电机其转子为凸极转子，失磁后，转子上感应的电流很小，产生的异步转矩小，故输出有功功率也小，失磁运行无多大

实际意义。基于上述分析，发电机失磁后的处理方式如下。

1.5.1不允许发电机失磁运行的处理步骤如下：

1.5.1.1根据表计和信号显示，尽快判明失磁原因。

1.5.1.2失磁机组可利用失磁保护带时限动作于跳闸。若失磁保护未动作，应立即手动将机组与系统解列。

1.5.1.3若失磁机组的励磁可切换至备用励磁，且其余部分仍正常，在机组解列后，可迅速切换至备用励磁，然后将机组重新并网。

1.5.1.4在进行上述处理的同时，应尽量增加其他未失磁机组的励磁电流，以提高系统电压稳定能力。

1.5.1.5严密监视失磁机组的高压厂用母线电压，在条件允许且必要时，可切换至备用电源供电，以保证该机组厂用电的可靠性。

1.5.2允许发电机失磁运行的处理步骤如下：

1.5.2.1发电机失磁后，若发电机为重载，在规定的时间内，将有功功率减至允许值(减少对系统和厂用电的影响); 若发电机为轻载，则不必减有功功率; 在允许运行时间内，查找机组失磁的原因。

1.5.2.2增加其他机组的励磁电流，维持系统电压。

1.5.2.3监视失磁机组定子电流应不超过1.1倍额定电流，定子电压应不低于0.9倍额定电压，并同时监视定子端部温度。

1.5.2.4在允许运行时间内，设法迅速恢复励磁电流。如AVR 不能正常工作，应切换至备用励磁装置。

1.5.2.5如果在允许继续运行的时间内不能恢复励磁，应将失磁发电机的有功功率转移至其他机组，然后解列。

2发电机振荡失步的事故处理

同步发电机正常运行时，相对静止的定子磁极(定子三相绕组合成磁场) 与转子磁极(转子磁场) 之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时，转子的位移角δ(功角) 将增大，这相当于把磁力线拉长; 当负载减小时，δ角将减小，这相当于磁力线缩短，如图4—17所示。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子位移角不能立即稳定在新的数值，而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动，这种现象称为同步发电机的振荡。 振荡有两种类型，一种是振荡的幅度愈来愈小，δ角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的位移角下，仍以同步转速稳定运行(称同步振荡); 另一种是振荡的幅度愈来愈大，δ角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进行异步运行(称非同步振荡) 。

2.1发电机发生振荡或失步时有如下现象：

9.2.1.1定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈摆动。

2.1.2定子电压表和其他母线电压表指针指示低于正常值，且往复摆动。

2.1.3有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。

2.1.4转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。

2.1.5发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍。

2.1.6低电压继电器和过负荷保护可能动作报警。

2.1.7在控制室可听到有关继电器发出有节奏的动作和释放的响声，其节奏与表计摆动节奏合拍。

2.2发电机振荡和失步的原因：

2.2.1静态稳定破坏。这往往发生在运行方式的改变，使输送功率超过当时的极限允许功率。

2.2.2发电机与电网联系的阻抗突然增加。这种情况常发生在电网中与发电机联络的某处发生短路，一部分并联元件被切除，如双回线路中的一回被断开，并联变压器中的一台被切除等。

2.2.3电力系统的功率突然发生不平衡。如大容量机组突然甩负荷，某联络线跳闸，造成系统功率严重不平衡。

2.2.4大机组失磁。大机组失磁，从系统吸取大量无功功率，使系统无功功率不足，系统电压大幅度下降，导致系统失去稳定。

2.2.5原动机调速系统失灵。原动机调速系统失灵，造成原动机输入力矩突然变化，功率突升或突降，使发电机力矩失去平衡，引起振荡。

2.2.6发电机运行时电势过低或功率因数过高。

2.2.7电源间非同期并列未能拉入同步。

2.3单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别：

2.3.1失步机组的表计摆动幅度比其他机组表计摆动幅度要大

2.3.2失步机组的有功功率表指针摆动方向正好与其他机组的相反，失步机组有功功率表摆动幅度可能满刻度，其他机组在正常值附近摆动

2.3.3系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的

9.2.4振荡或失步的处理：当发生振荡或失步时，应迅速判断是否为本厂误操作所引起，并观察是否有某台发电机发生了失磁。如本厂情

况正常，应了解系统是否发生故障，以判断发生振荡或失步的原因。

2.4.1立即增加发电机的励磁电流。通过增加励磁电流，以提高发电机的电势，增加功率极限，提高发电机稳定性。这是由于励磁电流的增加，使定、转子磁极间的拉力增加，削弱了转子的惯性，在发电机到达平衡点时而拉入同步。但发电机励磁系统若处在强励状态，1min 内不应干预。

2.4.2如果是由于单机高功率因数引起，则应降低有功功率，同时增加励磁电流。这既可降低转子惯量，也提高了功率极限而增加机组稳定运行能力。

2.4.3当振荡是由于系统故障引起时，应立即增加各发电机的励磁电流，并根据本厂在系统中的地位进行处理。如本厂处于送端，为高频系统，应降低机组的有功功率; 反之，本厂处于受端且为低频率系统，则应增加有功功率，必要时采取紧急拉路措施，以提高频率。

2.4.4如果是单机失步引起的振荡，采取上述措施经一定时间仍未进入同步状态时，根据现场规程规定，应将机组与系统解列。