『總結(jié)』發(fā)電機組失磁、失步、振蕩的解決方法

勵磁發(fā)電機組最常出現(xiàn)的三大問題：失磁、失步、振蕩。雖然之前江蘇海興動力對這些問題分別做了講解，但仍然有不少客戶有疑問，因此，總結(jié)這篇解決方案。

『失磁』
「現(xiàn)象」發(fā)電機組運行過程中，由于勵磁回路開路、短路、勵磁電流小時或轉(zhuǎn)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(tǒng)的相關(guān)表記反應如下：
1、轉(zhuǎn)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降低；
3、電子電流表指示升高并晃動；
4、發(fā)電機有功功率表的指示降低并擺動；
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(zhuǎn)子的磁場消失，這種可能是由于勵磁開關(guān)誤跳閘，勵磁機或半導體勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障，轉(zhuǎn)子回路斷線等原因引起。當失磁發(fā)生后，轉(zhuǎn)子磁場消失了，電磁力矩減少，出現(xiàn)過剩力矩，脫離同步，轉(zhuǎn)子與定子有相對速度，定子磁場以轉(zhuǎn)差速度切割轉(zhuǎn)子表面，使轉(zhuǎn)子表面感應出電流來。這個電流與釘子旋轉(zhuǎn)磁場作用就產(chǎn)生了一個力矩，常稱為異步力矩，這個異步力矩在這里也是個阻力矩，它起制動作用，發(fā)電機轉(zhuǎn)子便在克服這個力矩的過程中做了功，使機械能變成電能，可繼續(xù)向系統(tǒng)送出無功，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不會升高的，因為轉(zhuǎn)速越高，這個異步力矩越大。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(tǒng)吸收無功，供定子而后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場，向系統(tǒng)送出無功，如果這臺電機在很小的轉(zhuǎn)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：一是定子電流不能超過額定值；二是轉(zhuǎn)子部分溫度不能超過允許值。

「影響」發(fā)電機組失磁后有何不良影響呢？這個問題要分為兩方面來闡述：一是對本身發(fā)電機的影響，二是對系統(tǒng)的危害。
其一、對發(fā)電機的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、由于轉(zhuǎn)差的出現(xiàn)，在轉(zhuǎn)子表面將感應出差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生附加損耗，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱加大，嚴重時可使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子容易過熱；
2、失磁發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，由系統(tǒng)向發(fā)電機送出的無功功率增大。失磁前帶的有功功率越大。轉(zhuǎn)差也越大，等效電抗越小，由系統(tǒng)送出的無功也越大。因此在重負荷下失磁，由于定子繞組過電流，將使發(fā)電機定子過熱；
3、異步運行中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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；

其二、發(fā)電機失磁后，對系統(tǒng)的影響表現(xiàn)如下：
1、失磁后的發(fā)電機，將從電力系統(tǒng)吸取相當于額定容量的無功功率，引起電力系統(tǒng)的電壓下降。如果電力系統(tǒng)無功功率儲備容量不足，將使鄰近失磁發(fā)電機的部分系統(tǒng)電壓低于允許值，威脅負載及各電源間的穩(wěn)定運行，甚至導致系統(tǒng)的電壓崩潰而瓦解，這是發(fā)電機失磁所導致的嚴重的后果；
2、 一臺發(fā)電機失磁引起系統(tǒng)的電壓下降，將使鄰近的發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器動作而增大其無功輸出，因而這些發(fā)電機、變壓器和線路引起過電流，導致大面積停電，擴大故障的波及范圍。

「解決方法」發(fā)電機組在失磁（無勵磁情況）后，運行人員應該如何處理？
發(fā)電機組在無勵磁情況下將異步運行，從試驗情況來看，機組能可以帶負荷運行，但只為額定容量的50%—60%，中小型機組運行時間不超過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(nèi)設(shè)有電壓斷線閉鎖裝置和低電壓繼電器。當?shù)碗妷豪^電器不動作時（母線電壓不低于允許值），失磁保護不會動作。
1、當發(fā)電機組失磁后，失磁保護動作，“發(fā)電機失磁保護跳閘”信號發(fā)出，發(fā)電機主開關(guān)跳閘，表明保護已動作解列滅磁，按發(fā)電機事故跳閘處理（及時檢查廠用電切換情況）；
2、若失磁保護拒動，則立即手動解列發(fā)電機；
3、 在發(fā)電機組失磁過程中，應注意調(diào)整好其他正常運行的發(fā)電機定子電流和無功功率。
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『振蕩、失步』
「現(xiàn)象」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；原動機輸入力矩突然變化；系統(tǒng)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，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間可看成有彈性的磁力線聯(lián)系。當負載增加時，功角將增大，這相當于把磁力線拉長；當負載減小時，功角將減小，這相當于磁力線縮短。當負載突然變化時，由于轉(zhuǎn)子有慣性，轉(zhuǎn)子功角不能立即穩(wěn)定在新的數(shù)值，而是在新的穩(wěn)定值左右要經(jīng)過若干次擺動，這種現(xiàn)象稱為同步發(fā)電機的振蕩。振蕩有兩種類型：一種是振蕩的幅度越來越小，功角的擺動逐漸衰減，穩(wěn)定在某一新的功角下，仍以同步轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，稱為同步振蕩；另一種是振蕩的幅度越來越大，功角不斷增大，直至脫出穩(wěn)定范圍，使發(fā)電機失步，發(fā)電機進入異步運行，稱為非同步振蕩。
1、定子電流表指示超出正常值，且往復劇烈運動。這是因為各并列電勢間夾角發(fā)生了變化，出現(xiàn)了電動勢差，使發(fā)電機之間流過環(huán)流。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的擺動，使電動勢間的夾角時大時小，力矩和功率也時大時小，因而造成環(huán)流也時大時小，故定子電流的指針就來回擺動。這個環(huán)流加上原有的負荷電流，其值可能超過正常值。
2、定子電壓表和其他母線電壓表指針指示低于正常值，且往復擺動。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。因為電流比正常時大，壓降也大，引起電壓偏低。
3、有功負荷與無功負荷大幅度劇烈擺動。因為發(fā)電機在未失步時的振蕩過程中送出的功率時大時小，以及失步時有時送出有功，有時吸收有功的緣故
4、轉(zhuǎn)子電壓、電流表的指針在正常值附近擺動。發(fā)電機振蕩或失步時，轉(zhuǎn)子繞組中會感應交變電流，并隨定子電流的波動而波動，該電流疊加在原來的勵磁電流上，就使得轉(zhuǎn)子電流表指針在正常值附近擺動。
5、頻率表忽高忽低地擺動。振蕩或失步時，發(fā)電機的輸出功率不斷變化，作用在轉(zhuǎn)子上的力矩也相應變化，因而轉(zhuǎn)速也隨之變化。.
6、發(fā)電機發(fā)出有節(jié)奏的鳴聲，并與表計指針擺動節(jié)奏合拍。
7、低電壓繼電器過負荷保護可能動作報警。
8、在控制室可聽到有關(guān)繼電器發(fā)出有節(jié)奏的動作和釋放的響聲，其節(jié)奏與表計擺動節(jié)奏合拍。
9、水輪發(fā)電機調(diào)速器平衡表指針擺動；可能有剪斷銷剪斷的信號；壓油槽的油泵電動機起動頻繁。

「原因」 根據(jù)運行經(jīng)驗，引起發(fā)電機振蕩和失步的原因有
1、靜態(tài)穩(wěn)定破壞。這往往發(fā)生在運行方式的改變，使輸送功率超過當時的允許功率。
2、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，如雙回線路中的一回背斷開，并聯(lián)變壓器中的一臺被切除等。
3、電力系統(tǒng)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)線跳閘，造成系統(tǒng)功率嚴重不平衡。
4、大機組失磁。大機組失磁，從系統(tǒng)吸收大量無功功率，使系統(tǒng)無功功率不足，系統(tǒng)電壓大幅度下降，導致系統(tǒng)失去穩(wěn)定
5、原動機調(diào)速系統(tǒng)失靈。原動機調(diào)速系統(tǒng)失靈，造成原動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
6、發(fā)電機運行時電勢過低或功率因數(shù)過高。(
7、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(tǒng)性振蕩的區(qū)別
1、失步機組的表計擺動幅度比其他機組表計擺動幅度要大；
2、失步機組的有功功率表指針擺動方向正好與其他機組的相反，失步機組有功功率表擺動可能滿刻度，其他機組在正常值附近擺動。
3、系統(tǒng)性振蕩時，所有發(fā)電機表計的擺動是同步的。

「解決方法」當發(fā)生振蕩或失步時，應迅速判斷是否為本廠誤操作引起，并觀察是否有某臺發(fā)電機發(fā)生了失磁。如本廠情況正常，應了解系統(tǒng)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：
1、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)電機電動勢，增加功率極限，提高發(fā)電機穩(wěn)定性。這是由于勵磁電流的增加，使定、轉(zhuǎn)子磁極間的拉力增加，削弱了轉(zhuǎn)子的慣性，在發(fā)電機達到平衡點時而拉入同步。這時，如果發(fā)電機勵磁系統(tǒng)處在強勵狀態(tài)，1min內(nèi)不應干預。
2、如果是由于單機高功率因數(shù)引起，則應降低有功功率，同時增加勵磁電流。這樣既可以降低轉(zhuǎn)子慣性，也由于提高了功率極限而增加了機組穩(wěn)定運行能力。
3、當振蕩是由于系統(tǒng)故障引起時，應立即增加各發(fā)電機的勵磁電流，并根據(jù)本廠在系統(tǒng)中的地位進行處理。如本廠處于送端，為高頻率系統(tǒng)，應降低機組的有功功率；反之，本廠處于受端且為低頻率系統(tǒng)，則應增加有功功率，采取緊急拉路措施以提高頻率。
4、如果是單機失步引起的振蕩，采取上述措施經(jīng)及時仍未進入同步狀態(tài)時，可根據(jù)現(xiàn)場規(guī)程規(guī)定，將機組與系統(tǒng)解列，或按調(diào)度要求將同期的兩部分系統(tǒng)解列。
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