电机不对称运行
发电机不对称运行危害及处理
圆园20年第7期一、概述同步发电机是根据三相电流对称的情况下能够长期运行设计的,但实际中不对称运行情况也是经常遇到的,如电气机车或单相电炉负载、发电机主开关合断时三相不同期或非全相、系统中的两相或单相接地短路、发电机线圈匝间短路或开路,都会导致发电机运行状态破坏,导致三相电压电流不对称,最终影响发电机及系统用户的安全运行,如处理不及时将会造成发电机转子严重损坏。
负序电流的危害不能直接监视,值班员一般重视不够,不能迅速进行处理,对发电机转子造成危害。
二、不对称运行对发电机的危害以汽轮发电机为例,发电机不对称运行时,定子电流中的负序分量,产生与转子的旋转方向相反的旋转磁场,将使转子上的各个部件诸如大齿、小齿、槽楔、护环、励磁绕组及阻尼绕组,切割负序磁场,产生频率为100Hz 的感应电流。
由于交流电的集肤效应,感应电流只能在转子表面的薄层中流过,这些电流不仅流过转子本体,还流过护环、心环以及转子的槽楔与齿,并流经槽楔与齿与护环的许多接触面。
由于这些接触面的电阻很高,发热尤其严重,后果不堪设想。
其次是负序电流引起附加转距产生振动。
这些危害值班员监视不到,有些运行值班员不能深刻了解,重视不够,使负序电流作用时间过长,造成严重后果。
例如某厂1985年3月18日,300MW 机组在解列时,主变压器高压侧开关一相未断开,持续9分钟,负序电流达34%,结果转子大齿表面严重过热,部分槽楔移位,护环内表面过热。
某厂1985年9月2日,50MW 机组并网时,主变压器高压侧开关一相未合上,持续3分钟,负序电流达84%,结果转子两端槽楔全部熔化甩出,护环与转子熔焊在一起。
有的处理时间竟长达20多分钟,有的值班员只将静子电流降至额定就完事了,无视“负荷过负荷”信号的存在,认为降负荷过多会受到考核不敢降,只解除看到的危害,这都是对危害了解不够产生的结果。
那么负序电流多少才对发电机产生危害呢?三、限制不对称运行的标准理解规程规定并严格执行,将标准记在心中,并坚定执行。
同步发电机不对称运行的分析
发 电机在对称运行 时的电磁现象完全相同。 所以稳态运行时正序 电流 ２１ 单相短路 单相短路是指单线对 中点短路 ，这种情况 只有在发 ． 所 遇 到 的 阻抗 就 是 同步 电抗 ， ｚ ＋ ＋其 中 ｒ 定 子 绕 组 电 阻 ， 电机 的 中 点 接 地 时 才 有 可 能 发 生 ， 电路 如 图 ２ 图 中 假 定 Ａ相 发 生 即 ｒ ， ＋ ＋ 为 ＋ 其 ， 为定 子 绕 组 的 同 步 电抗 。 短 路 而 Ｂ Ｃ两相 空 载 。 、
１ ． 负 序 阻 抗 Ｚ ： 谓 负 序 阻 抗是 指 负序 电流 流 过 定 子 三 相 绕 组 时 ．２ ２ ＿所
电势 ， 即
图 １ 同步 发 电机 不 对 称 运 行 时各 相 序 的 等 效 电 路 （ 相 Ｊ Ａ
Ｆｇ １ Ａ ｙ ｉ． ｓ ｍｍｅ ｒ ｎ ｉ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｈ ｓ ｔｉ ｒ ｎｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｅ ａｏ ａ ｅ ｃｕ ｇｈ ｐ
（ ） 得 １
Ｅ ： Ｕ Ｉ ｏ ：ＵＡ Ｉ ２ — Ａ
苞 Ｕ ｌ ｑ ｚ ＋
式中磊 为发 电机的励磁电势， Ｚ为同步 电抗 。
当发 电 机不 对 称 运 行 时 ， 电枢 电 流 、 其 电枢 电 压 、 电枢 磁 通 都 将 出 现 不 对 称 现 象 。按 照对 称 分 量 法 的 原 理 ， 以 将 不 对 称 的 三 相 系 统 分 可 解 为 正 序 、 序 、 序 三 个 对 称 的 分 量 。 就 每一 相 序 的对 称分 量 而 言 ， 负 零 可 认 为 各 自构成 一 个 独 立 的 对 称 系 统 ． 因此 公 式 １ 写 为 可
昂＾ ０
Ｅ￣ ＝０ ｏ
（） ３
电机三相不平衡的原因
电机三相不平衡的原因引言：电机是现代工业中最常用的设备之一，广泛应用于各个领域。
然而，电机的正常运行需要保持三相电源的平衡。
三相不平衡是指三相电压或电流的不均匀分布，这会导致电机运行不稳定、效率降低，甚至损坏电机设备。
本文将探讨电机三相不平衡的原因。
一、电源问题电源问题是电机三相不平衡的主要原因之一。
电源供应不稳定、电网电压波动、电源负载不均匀等都会导致电机三相不平衡。
例如，当电源电压不平衡时，电机会受到不同电压的驱动，造成电机的运行不稳定，甚至产生振动和噪音。
此外，电源负载不均匀也会导致电机三相不平衡，因为不同负载会对电网产生不同的电流需求，从而使电机的三相电流不均匀。
二、电机内部问题电机内部问题也是电机三相不平衡的原因之一。
电机内部的绕组故障、转子不平衡等都会导致电机三相不平衡。
例如，当电机的绕组故障时，会导致绕组阻抗不同，进而引起电机三相电流的不平衡。
此外，电机的转子不平衡也会导致电机三相不平衡，因为转子不平衡会引起电机的振动和旋转不平衡，从而使电机的三相电流不均匀。
三、负载问题负载问题是导致电机三相不平衡的另一个重要原因。
负载不均匀、负载波动等都会导致电机三相不平衡。
例如，当负载不均匀时，不同负载会对电机产生不同的需求，从而导致电机的三相电流不均匀。
此外，负载波动也会导致电机三相不平衡，因为负载波动会引起电机电流的变化，进而导致电机三相电流的不均匀。
四、线路问题线路问题也是导致电机三相不平衡的原因之一。
线路不平衡、线路阻抗不同等都会导致电机三相不平衡。
例如，当线路不平衡时，不同线路会对电机产生不同的电压降，进而导致电机的三相电压不均匀。
此外，线路阻抗不同也会导致电机三相不平衡，因为线路阻抗不同会引起电机电压的不平衡，从而使电机的三相电流不均匀。
总结：电机三相不平衡是导致电机运行不稳定、效率降低甚至损坏的主要原因之一。
电源问题、电机内部问题、负载问题和线路问题都会导致电机三相不平衡。
为确保电机的正常运行，我们需要注意解决这些问题，保持三相电源的平衡，确保电机的稳定运行。
三相鼠笼式异步电动机的不对称运行
三相鼠笼式异步电动机的不对称运行一、实验目的1、掌握三相鼠笼式异步电动机不对称运行的实验方法。
2、根据实验数据分析不对称运行的危害。
3、能够分析几种常见不对称运行状态。
二、预习要点1、对称分量法分析不对称运行2、感应电动机的正序等效电路和负序等效电路三、实验项目1、三相鼠笼式异步电动机缺相运行实验2、三相鼠笼式异步电动机单相运行实验四、实验方法12、屏上挂件顺序D513、实验方法(1)、三相鼠笼式异步电动机的正常运行及缺相运行实验1）、按照图4-21接线，三相鼠笼式异步电动机DJ16电压为380V（Y接法）。
图中电阻R f选用R1上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值，R L选用R5上900Ω串联900Ω加R上1300Ω并联1300Ω共2450Ω阻值，开关S、S1、S2选用D51上的开关，交流电压表选用MET01上数模双显智能交流电压表，交流电流表选用MET01数模双显智能交流电流表，直流测量仪表选用MET01上对应的数模双显智能直流仪表。
电阻R f调至最大位置，电阻R L 调至最大位置。
开关S、S2处于断开位置，开关S1处于闭合状态。
控制屏左侧调压器旋钮逆时针旋转到底，使输出电压为零。
图4-21 三相鼠笼式异步电机不对称实验接线图2）、按下控制屏上的启动按钮，调节控制屏左侧调压器旋钮使电动机运转，旋转方向应符合正转要求，如果电机为反转应切断电源调换相序使旋转方向为正转。
然后使输出电压缓慢升至380V，使三相鼠笼式异步电动机全压正常运转。
转速稳定以后将此时的电压U、电流I、转速n记录于表4-31中表3）、转速稳定以后断开开关S1、同时开关S、S2保持断开状态、此时电机处于缺相运行状态。
待电机运行状态稳定后将测量的电压值、电流值以及转速值迅速记录于表4-31中。
记录完数据以后应迅速闭合开关S1,使电动机处于正常运行状态。
（2）、三相鼠笼式异步电动机的单相运行实验闭合开关S2，同时开关S1、S保持断开状态。
同步发电机的不对称运行
02
CHAPTER
不对称运行对发电机的影响
对发电机效率的影响
总结词
不对称运行会导致同步发电机的 效率降低。
详细描述
在不对称运行状态下，同步发电 机的磁场和电流分布不均匀，导 致转子和定子之间的摩擦增加， 从而降低发电机的效率。
对发电机性能的影响
总结词
不对称运行会影响同步发电机的性能 。
详细描述
预防性维护
实施预防性维护措施，提 前发现并解决潜在问题。
更新配件
及时更新易损件和关键配 件，降低因部件损坏导致 的不对称运行风险。
04
CHAPTER
案例分析
某电厂的发电机不对称运行案例
案例概述
某电厂的发电机在运行过程中出 现了不对称运行的情况，导致了
一系列的问题。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导 致了转子应力增加、温度升高、振 动加剧等问题，严重影响了发电靠性。
03
解决措施
针对这些问题，核电站采取了一系列措施，包括加强设备监测和维护、
优化发电机的设计和制造工艺等，以提高发电机的可靠性和稳定性。
某风力发电场的发电机不对称运行案例
案例概述
某风力发电场的发电机在运行过程中出现了不对称运行的 情况，影响了风力发电的正常运行。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导致了转矩波动、振动等 问题，进而影响了发电机的效率和寿命。
解决措施
针对这些问题，风力发电场采取了一系列措施，包括优化 风力发电机组的控制策略、加强设备维护和检修等，以提 高发电机的稳定性和可靠性。
05
CHAPTER
结论
发电机不对称运行的后果和影响
电压波形畸变
不对称运行会导致发电机输出 的电压波形发生畸变，影响电
同步发电机的不对称运行和突然短路
04
同步发电机的不对称运行和突然 短路的预防与控制
预防措施
定期检查
对同步发电机的各项性能进行定期检查，确 保其正常运行。
安装保护装置
在同步发电机上安装相应的保护装置，以防 止不对称运行和突然短路的发生。
维护保养
按照制造商的推荐，对同步发电机进行适当 的维护和保养，以延长其使用寿命。
监控运行状态
对同步发电机的运行状态进行实时监控，及 时发现并处理异常情况。
对称运行和突然短路的未来研究方向
深入研究对称运行的理论 基础
进一步探讨对称运行的原理和 机制，提高对电力系统稳定性 的认识和理解。
开发高效的短路保护装置
针对突然短路故障，研究和发 展更为快速、准确的短路保护 装置，以减少短路对设备和系 统的冲击。
智能化监控和管理
利用先进的传感器、通信和人 工智能技术，实现对电力系统 的实时监控和智能管理，提高 系统应对突发事件的响应速度 和处置能力。
对称运行
在电力系统中，同步发电机以对称的方式运行，意味着各相的电压、电流和功率等参数在大小和相位上都是相等 的。这种对称运行状态是电力系统稳定和可靠供电的前提条件。
突然短路
突然短路是指同步发电机在正常运行过程中，由于某种原因（如设备故障、人为误操作等），电路中出现非正常 连接，导致电流瞬间激增，破坏了原有的对称运行状态。突然短路是电力系统中最危险的故障之一，可能造成设 备损坏和系统稳定性丧失。
运行。
维护与保养
清洁
检查紧固件
定期对同步发电机进行清洁，以去除灰尘 和污垢。
检查同步发电机的紧固件是否松动，如发 现松动应及时紧固。
检查润滑系统
更换磨损部件
定期对同步发电机的润滑系统进行检查， 确保润滑油充足且无杂质。
同步发电机的不对称运行
• (4)若执行发电机解列操作，拉开主变压器高压侧断路器后，在 降低发电机电压时发现定子电流表出现指示且不平衡。
• 经过高压侧断路器的位置指示情况分析为两相断路器未断开 引起时,可首先调节发电机励磁电流，使定子电压升至正常值， 然后合上断开的一相断路器，使定子电流恢复平衡。此时，高 压侧断路器已不能进行正常解列操作，应在调整高压侧母线的 运行方式后，以其他断路器如母联将机组解列。
x0 9.64
<=8%
• 不平衡电流：当发电机三相负荷不对称时，每相 电流均不超过额定电流，且负序电流分量（I2） 与额定电流之比（百分值），不超过8%时,可以 连续运行,当发生不对称故障时,要求
I2 IN
2 t
10(秒)
• 不对称运行时的现象:三相定子电流表指示各不相等，负序信
号装置可能动作报警。
18 同步发电机的不对称运行
(一)主要原因 (1)电力系统发生不对称短路故障。 (2)输电线路或其他电气设备一次回路断线。 (3)并、解列操作后，断路器个别相未合上或未拉开。 （二）分析方法：对称分量法
一、 同步发电机的不对称运行时的参数和等值电路
If
定子三相绕组对称
三相对称电动势
E0 A UA jIA x 0 UA jIA x 0 UA0 jIA0 x0
11#
12#
• 如果分析结果为一相断路器未断开引起时,由于机组仅通过一 相与系统联络,因此机组可能已处于失步(即非同期)状态，必 须迅速进行处理。这种状态，绝对禁止采用再发出一次合闸 脉冲合其余两相断路器的办法。为尽量减少所造成的影响,比 较好的处理办法是：立即将该机组所在高压线线上除故障断 路器外的所有断路器拉开,最后以母联断路器将机组解列。
发电机的不对称运行研究
・２ ９ ・ ３
发 电机 的不 对 称 运 行 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｎ ｒ ｔ ｒ Ｓ Ｎｏ － ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｇｅ ｅ ａ ｏ ｎ ｓ ｍｍ ｅ ｒｃ Ｏ ｐ ｒ ｔ ｎ ｔ ｉ ｅ ａ ｉ ｏ
朱 海 峰 公安 海警 学 院基础 部 ， 波 ３５０ ） 宁 １８ １
Ｚ ￣ ａ ｇＮｎ ｂ ｏ ｅｅＰ ｂ ｃＳ ｃ ｒｙＭａ ｎ ｏ ｃ ，ｏ ｎ ａ ｏ ｅ ． ｉｇ ｏ３ ５ ０ ， ｈｎ ） ｈ ｉ ｉｇｏＣ ｌ ｇ ｕ ｌ ｅ ｕｉ ｒ ｅＰ ｌ ｅ Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎＤ ｐ ， ｎ ｂ ８ １ Ｃ ｉａ ｎ ｌ ｉ ｔ ｉ ｉ ｉ Ｎ １
ｖ ｌａ ｅ ｎ ｔ ｒ ｆｔ ”ｗｏ ｌ ｅ ｎ ｌｃ ” ｃ ｎ ｃｉｎ ）ａ ｄ ｎ ｎ— ａ ｅｒ ｎｎｇｓａｕ ．Ｗ ｈ ｎ ｔ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｕ ｅ ｅ ａｏ ｕｎ ｎ ａ ｙ ｏｔｇ ｅｗｏ ｋ ｏ ｈｅ ｔ ｉ ｓｏ ｅ ｐ ａ ｅ， ｏ ｎｅ ｔｏ ｎ ｎ ｏ ｐｈ ｓ ｕｎ ｉ ｔ ｔｓ ｅ ｈ ｙ ｃ ｒｎｏ ｓ ｇ ｎ ｒ ｔｒｒ ｓｉ ｓ ｍｍ ｅｒ ｉｕ ｔ ｎ， ｔｙ ｓｔａｉ ｏ ｋ ｏ ｂ ｔｅ ｙ ｎ ｗｎ ｙ ｈ ｓ ｍｍｅｒ ｔ ｒ ｉ ｐ ｓｔｖ ｓ ｑ ｅ ｃ ｃ ｒｅ ｔ ｓ ｔｙ，ｈｅｅ ｓ ｏ ｉｉｅ ｅ ｕ ｎ ｅ ｕ ｒ ｎ ａ ｗｅｌ ｓ ｅ ａｉｅ ｅ ｕ ｎ ｅ ｕ ｅｎ ｉ ｔｅ ｔｔｒ ｎ ｉ ｇ ．Ｔｈ ｒ ｆｒ ，ｈｅ ｐ ｒｔｏ ａ ｌ ａ ｎ ｇ ｔｖ ｓ ｑ ｅ ｃ ｃ ｒ ｔ ｎ ｈ ｓａｏ ｗｉｄ ｎ ｓ ｅ ｅｏ ｅ ｔ ｏ ｅ ａｉｎ ｌ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｙ ｈ ｒｃｅ ｉｔｃ ｆａ ｍｍｅｒｃｔ ｅ －ｐ ａ ｅｇ ｎ ｒｔｒａ ｅａ ｃ ｍｐ ｎ ｅ ｙ ｔｅ ｎ ｇ ｔｖ ｅ ｕｅ ｃ ｕ ｒｎ ． ｓ ｔｉ ｈｒｅ ｈ ｓ ｅ ｅ ａｏ ｒ ｃ ｏ ａ ｉｄ ｂ ｈ ｅ ａｉｅｓ ｑ ｎ ｅ ｃ ｒｅ ｔ
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只有一个独立变量U， 用一个U即可表示整个对称三相系统
1。对称分量法的基本原理(汤书p258)
1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入
a e 引入复数算子a：
j120
A
则三相对称系统的向量表达式
B 复数算子a的一些特性
UUBA UC
U0 Ue j0 a0U
U 120 Ue j120 a2U
1。对称分量法的基本原理(汤书p258)
1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入
正序、负
序均是对 称系统
三相对称系统的瞬 U
A B
UC
2U cos(t) 2U cos(t 120 ) 2U cos(t 240 )
正序：A－B－C A 负序：A－C－B
零序：A B C 同相 没有相差 B
构成对称正序系统U 构成对称负序系统U－
UA UA
U，UB＝a2U，UC＝aU U，UB＝aU，UC＝a2U
UA0，UB0，UC0构成对称零序系统U0 UA0 UB0＝UC0＝U0
UUBA
UA UB
UA UB
UA0＝U U U0 UB0＝a2U aU U0
UC UC UC UC0＝aU a2U U0
转 换 的 推 导
UUBA
UA UB
UA UB
UA0 UB0
UC UC UC UC0
UA，UB，UC
构成对称正序系统
U
UA，UB，UC构成对称负序系统 U－
UA0，UB
0，UC
构成对称零序系统
0
U0
1。对称分量法的基本原理
1.2 不对称与对称系统的转换－－对称分量法
UUAA， ，UUBB，，UUCC
UC
1 86.6 j50 (40 j69.3) (0 j50) 42.2 j10.23
Ub[cos( ) j sin( )]
UC Uc[cos( ) j sin( )]
以A相为参考向量
UUBA
U a0 U ae j0 Ub Ube j
UC U c U ce j
有5个独立变量
1。对称分量法的基本原理(汤书p258)
1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入
a 2UB
aUC
)
U0
1 3
(UA
UB
UC
)
1。对称分量法的基本原理
1.3 物理解释
UUBA
UA UB
UA UB
UA0＝U U U0 UB0＝a2U aU U0
UC UC UC UC0＝aU a2U U0
1。对称分量法的基本原理
1.3 物理解释
不对称三相系统分解为三个独立的对称系统：正序系统、负序系统和零序系统
1。对称分量法的基本原理
1.3 物理解释 例1
设有一不对称三相电压请将其分解为对称分量。
uA 2 100cost 30 uB 2 80cost 60 uC 2 50cost 90
UA 100 30 100 cos30 j sin 30 86.6 j50 V UB 80 60 80cos 60 j sin 60 40 j69.3 V UC 5090 50cos90 j sin 90 0 j50 V
立的对称系统的叠加 三个独立变量+两个相对角度变量
转换的思路：
a。假设有独立对称系统U+,U－,Uo，其叠加正好构成不对称三相系统； b。如果能够找到这三个对称系统的表达式，则假设成立； c。相应的，不对称的三相系统也就分解成了三个独立的对称系统U+,U－,
Uo，
1。对称分量法的基本原理
1.2 不对称与对称系统的转换－－对称分量法
对称三相系统的求解， 已经学习和掌握。 用一相的等效电路求解
B
不对称三相系统的求解， 该怎么办？
转换
等效电路是 由对称系统
构建的
对称分量法
B
A
C
A
C
1。对称分量法的基本原理(汤书p258)
1.2 不对称与对称系统的转换－－对称分量法
要求解不对称三相系统，就需要将不对称转换为对称系统 转换的方法：对称分量法； 转换的思想：把不对称的三相系统分解为相序分别为正、负、零的三个独
1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入
不对称三相系统的瞬态表达式：
多种原因引起
B
U U
A B
2Ua cos(t) 2Ub cos(t )
大小不相同 相差不是120度
A
UC 2Uc cos(t ) 但频率是相同的
C
不对称三相系统的向量表达式：
UUBA
Ua[cos(0) j sin(0)]
1。对称分量法的基本原理
1.2 不对称与对称系统的转换－－对称分量法
UUBA
1 a 2
1 a
1 1
UU
UC a a2 1 U0
Z 0 ABC
Z ABC 0
UU
U0
1 3
1 1 1
a a2 1
a2 a
UUBA
1 UC
U
1 3
(UA
aUB
a2UC )
U－
1 3
(UA
三相对称系统的向量表达式1：
UUBA
U[cos(0) j sin(0)] U[cos(120) j sin(120)]
UC U[cos(240) j sin(240)]
以A相为参考向量
三相对称系统的向量表达式2：
UUBA
U0 Ue j0 U 120 Ue j120
UC U 240 Ue j240
j50
(
1 2
j
3 2
)(
40
j69.3)
1 2
j
3 2
(0
j50)
56.6 j31.43 V
U 1/ 3* UA 2UB UC
1/ 3*
86.6
j50
(
1 2
j
3 2
)(
40
j69.3)
1 2
j
3 2
(0
j50)
12.2 j8.33 V
U0
1 3
UA
UB
U
1 3
(UA
aUB
a 2UC
)
1。对称分量法的基本原理 U－
1 3
(UA
a 2UB
aUC
)
1.3 物理解释 例1
U0
1 3
(UA
UB
UC
)
注意每一个
设有一不对称三相电压请将其分解为对称分量。
对称系统又 有abc三个
U 1/ 3* UA UB 2UC
分量
1/ 3*
86.6
U 240 Ue j240 aU
U 或U 或U0
a e j120 e j240 a2 e j 240 e j120 a3 e j360 e j0 1
只有一个独立向量U，
用一个向量U即可表示整个对称三相系统a
cos(120)
j sin(120)
e j120
！！！！！
1。对称分量法的基本原理(汤书p258)