发电机振荡或失步时的现象
79-#3、4发电机振荡分析及处理
＃3、4发电机振荡原因分析及处理224＃3、4发电机振荡原因分析及处理项顺哲，桓俊杰（中国电力姚孟发电有限责任公司）摘 要：电力系统中正常运行时各台发电机都处于稳定状态,当系统发生某些重大事故,就会破坏发电机的稳定运行,使发电机产生振荡。
在日常工作中,常常可以见到发电机表计的晃动,甚至是“电系突波”(即电力系统中因大的操作或发生了某些故障所产生的波动),但在很短的时间内就恢复正常了,那是因为振荡不严重,还不能发展到失步。
如果事故严重,就可能使发电机产生强烈的振荡,使发电机与系统失去同步。
发电机失步时,轻者使机组发生振动、系统发生振荡,重者将使电力系统瓦解成若干小系统,给电力网的运行和国民经济带来严重后果,因此应努力避免产生失步现象。
关键词:发电机;振荡;电网1 #3、4发电机概述姚电公司三、四号机组是引进的国外设备，由比利时财团牵头，西欧配套的机组。
发电机制造厂家为比利时ACEC公司，型式为TCC1480；功率因数=0.85；频率50HZ；接线方式为“Y”型；其冷却方式为氢氢氢(即定子绕组氢内冷,转子绕组氢内冷,其它部分氢外冷)。
2 #3、4机励磁系统简介#3、4机励磁系统为无刷励磁，或称为旋转硅整流励磁，由永磁副励磁机，转枢式主励磁机(电枢为旋转部分)，旋转整流器及励磁调节器等构成。
2.1 #3、4励磁机概述永磁式副励磁机是主励磁机的励磁电流及调节器的工作电源。
副励磁机本身的磁极为恒定磁场。
由七对可充磁磁极组成。
电枢输出为110/350Hz的三相交流。
该输出经调节器控制的三相全控桥整流为直流后送至主励磁机的励磁绕组。
主励磁机为250Hz的三相交流转枢式励磁机，250Hz 的三相交流经旋转整流器整流后送至电机转子绕组，为发电机提供励磁。
通常我们调整机端电压或发电机所带无功功率就是由调节器改变主励磁机的磁场电流而实现的。
2.2 #3、4励磁调节器概述#3、4励磁调节器具有“自动”和“手动”两种调节方式。
发电机维护标准
发电机维护标准一、发电机完好标准二、点检标准一、外部检查发电机在运行中要注意监视，并定时记录各部分的温度及电压、电流、功率、频率、轴承油温、进出口风温、轴承绝缘电阻、励磁回路绝缘电阻和转子温度等，以上参数在发电机运行中不得超过其规定值。
1、发电机声音正常，机体无震动和局部发热现象，各部温度不超过规定值。
2、发电机、微机励磁调节器及冷却系统各部参数正常。
3、端部帮线绝缘无裂纹、放电、过热异味现象，紧固垫片无松动、无黄粉，发电机引出线无放电现象。
4、系统各连接处、励磁开关、隔离开关、PT、CT及其引出线接头无发热、变色和松动现象。
5、碳刷、滑环清洁，各碳刷、刷辫接触良好，无松动发热、损坏现象。
发电机大轴接地碳刷应可靠接地。
6、在微机励磁调节器控制柜中无报警存在，无异常噪音。
控制柜顶部风机及整流散热风扇运行正常，无异常声音。
各元件无过热及焦臭味。
7、励磁小间环境温度及湿度符合要求。
8、励磁变运行正常，无过负荷现象。
二、转子温度的监视发电机转子是发电机运行中温度最高的部分。
需要定时测量计算，有些发电机装有专用的转子温度计，监视很方便。
对于没有装设转子温度计的发电机，可用下列方法计算。
计算转子温度的理论根据，是利用金属导体的电阻在一定范围内随温度成正比变化的特点，而转子温度的变化也在直线变化的范围内，因此根据绕组电阻的变化就可以计算出绕组的温度，计算公式如下：式中 K--------转子温度系数；（取761.49）U---------转子电压（V）I---------转子电流（A）△U-------电刷压降（3～5V）,(取5V).三、励磁回路绝缘电阻的监视在整个励磁回路中，发电机转子绝缘是最薄弱的部分，因为它在运行中的转速很高，绕组受着巨大的离心力，而且温度也很高。
另外，冷却空气经过风孔时，还能带着灰尘聚在转子内部，这样长期运行的结果就会使转子绕组的绝缘降低或接地，将影响发电机的安全运行。
所以在运行中，应定期（一般每班一次）对励磁回路绝缘电阻进行测量，其值不得低于0.5MΩ。
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。
发电机发生振荡或失步的处理
一、发电机异常运行:1发电机过负荷运行:发电机正常运行时不允许过负荷运行，只有在事故情况下允许短时问过负荷，但为防止发电机损伤，每年过负荷不得超过二次。
其持续时间按下列规定：1、处理：当发电机定子电流超过正常允许值时，首先应检查发电机功率因数和电压，并注意过负荷运行时间，做好详细记录。
如系统电压正常，应减少无功负荷，使定子电流降低到允许值，但功率因素和定子电压不得超过允许范围如减少励磁仍无效时，应报告值长，降低有功负荷。
加强对发电机各测点温度的监视，当定子或转子绕组温度偏高时应适当限制其短时过负荷的倍数和时间。
若发电机过负荷倍数和允许时间达到或超过规定的数值，则保护动作使发电机跳闸，电气按跳闸后的规定处理。
2.发电机三相电流不平衡：现象：发电机三相电流不平衡，负序电流超过正常值2、处理：a）发电机三相电流发生不平衡时，应检查厂用电系统、励磁系统有否缺相运行。
负序电流超过5%时，应向调度汇报，并采取相应措施。
b）若发电机不平衡是由于系统故障引起的，立即向调度汇报，询问是否是线路不对称短路或其他原因引起，或降低机组负荷，使不平衡值降到允许值以下，待三相电流平衡后，根据调度命令增加负荷。
C）若不平衡是由于机组内部故障引起的，则应停机灭磁处理。
d）当负序电流小于6%额定值时，最大定子电流小于额定值情况下，允许连续运行。
e）当负序电流大于6%额定值，最大定子电流大于或等于额定值情况下，应降低有功负荷和无功负荷，尽力设法使负序电流、定子电流降至许可值之内，检查原因并消除。
f）发电机在带不平衡电流运行使，应加强对发电机转子发热温度和机组振动的监视和检查。
3.发电机温度异常：现象：发电机温度巡测仪、CRT显示温度异常报警3、处理：稳定负荷，打印全部温度测点读数，并记录当时的发电机有功、无功、电压、电流、氢压、冷氢温度。
调出CRT画面，连续监视报警次数。
检查三相电流是否超过允许值，不平衡度是否超过允许值。
检查发电机三相电压是否平衡，功率因数是否在正常范围内，保持功率因数稳定。
发电机振荡或失步现象
发电机振荡或失步现象a)定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈运动。
这是因为各并列电势间夹角发生了变化，出现了电动势差，使发电机之间流过环流。
由于转子转速的摆动，使电动势间的夹角时大时小，力矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流的指针就来回摆动。
这个环流加上原有的负荷电流，其值可能超过正常值。
b)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。
这是因为失步发电机与其他发电机电势间夹角在变化，引起电压摆动。
因为电流比正常时大，压降也大，引起电压偏低。
c)有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。
因为发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小，以及失步时有时送出有功，有时吸收有功的缘故。
d)转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。
发电机振荡或失步时，转子绕组中会感应交变电流，并随定子电流的波动而波动，该电流叠加在原来的励磁电流上，就使得转子电流表指针在正常值附近摆动。
e)频率表忽高忽低地摆动。
振荡或失步时，发电机的输出功率不断变化，作用在转子上的力矩也相应变化，因而转速也随之变化。
f)发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍。
g)低电压继电器过负荷保护可能动作报警。
h)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。
i)水轮发电机调速器平衡表指针摆动;可能有剪断销剪断的信号;压油槽的油泵电动机起动频繁。
u发电机振荡和失步的原因根据运行经验，引起发电机振荡和失步的原因有：a)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。
b)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背断开，并联变压器中的一台被切除等。
c)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。
d)大机组失磁。
大机组失磁，从系统吸收大量无功功率，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。
发电机异常运行
1.发电机过负荷 2.发电机三相电流不平衡超限 3.发电机温度异常 4.发电机仪表指示失常 5.发电机进相运行
1.发电机过负荷 发电机正常运行时是不允许过负荷的，但在系统 发生事故的情况下，如系统中个别机组跳闸，为 维持系统静态稳定，允许发电机在短时间内过负 荷运行。发电机按允许的短时间过负荷运行不影 响发电机的绝缘寿命。因在额定工况下，其运行 温度较其所用绝缘材料的最高允许温度为低，有 10~15°C的裕度，故短时过负荷不影响发电机的 绝缘寿命。但短时过负荷值及允许时间应遵守厂 家的规定，见表3-4、表3-5。
6）转子带一点接地运行时，若机组又发生欠励磁 或失步，一般可认为转子接地己发展为两点接地， 这时转子两点接地保护动作跳闸，否则应立即人 为停机。对于双水内冷机组，在转子一点接地时 又发生漏水，应立即停机。
(3)转子两点接地或层间短路的现象及处理。当转子发 生两点接地时，转子电流表指示剧增，转子和定子电 压表指示降低，无功功率表指示明显降低，功率因数 提高甚至进相，"转子一点接地"光宇牌亮、警铃响、 机组振动较大。严重时，可能发生发电机失步或失磁 操护动作跳闸。 由于转子两点接地时，转子电流增加很多，造成励磁 回路设备过热甚至损坏。如果其中一接地点发生在转 子绕组内部，部分转子绕组也要出现过热。另外，转 子两点接地使磁场的对称性遭到破坏，故机组产生强 烈振动，特别是两点接地时除发生刺耳的尖叫声外， 发电机两端轴承间隙还可能向外喷带火苗的黑烟。
(2)温度异常的处理。引起发电机运行温度异常的 因素很多，运行人员பைடு நூலகம்针对不同情况做出相应处理。 1)判明是否为检测元件故障引起。 2)检查三相电流是否平衡，不平衡电流是否超限。 3)检查三相电压是否平衡，功率因数是否在正常范 围内。
步进电机发生振荡失步现象处理方法
步进电机发生振荡失步现象处理方法1、振荡步进电机的振荡现象主要发生于：步进电机工作在低频区；步进电机工作在共振区；步进电机突然停车时。
2）低频共振：当步进电机的脉冲频率接近步进电机的固有振荡频率或振荡频率的分频或倍频时，会使振荡加剧，严重时造成失步。
当步进电机工作在高频区时，由于换相周期短，转子来不及反冲。
同时。
绕组中的电流尚未上升到稳定值，转子没有获得足够的能量，所以在这个工作区中不会产生振荡。
2、失步：步进电机的失步原因有2种：2）转子的平均速度大于旋转磁场的速度。
这主要发生在制动和突然换向时，转子获得过多的能量，产生严重的过冲，引起失步（越步）。
举例：步进电机在启动时，如果脉冲的频率较高，由于电机来不及获得足够的能量，转子无法跟上旋转磁场的速度，所以引起失步。
因此，步进电机有一个启动频率。
超过启动频率启动时，肯定会产生失步。
注意：启动频率不是一个固定值．提高电机的转矩、减小负载转动惯量、减小步距角都可以提高步进电机的启动频率。
1）转子的转速慢于旋转磁场的速度、或者说慢于换相速度(丢步)。
例：步进电机在启动时，如果脉冲的频率较高，由于电机来不及获得足够的能量，转子无法跟上旋转磁场的速度，所以引起失步。
因此，步进电机有一个启动频率。
超过启动频率启动时，肯定会产生失步。
注意：启动频率不是一个固定值．提高电机的转矩、减小负载转动惯量、减小步距角都可以提高步进电机的启动频率。
2）转子的平均速度大于旋转磁场的速度。
这主要发生在制动和突然换向时，转子获得过多的能量，产生严重的过冲，引起失步（越步）。
3、消除振荡一;一;阻尼方法：机械阻尼法和电子阻尼法机械阻尼法比较单一，就是在电机轴上加阻尼器，电子阻尼法则有多种：1)多相励磁法多相励磁会产生电磁阻尼，削弱或消除振荡现象，如电机的双三拍和六拍方式。
2)变频变压法步进电机在高频和在低频时转子所获得的能量不一样。
在低频时，绕组中的电流上升时间长，转子获得的能量大，因此容易产生振荡，在高频时则相反。
水轮发电机产生振荡的原因、现象及处理与预防
相联的电网、 电器和其它电机等是不利的， 并可能发 展到使水轮发 电机与电力 系统失去同步 ， 如处理不
当 将导致大面积停 电或甚致整个系统崩溃 ， 其后果
是极 其严重 的 。
２ 水轮发 电机产 生振 荡过 程的机理变化
所出现的现象5水轮发电机发生振荡及失步现象时运行1定子电流表指针来回剧烈摆动电流有可人员应采取处理措施能超过正常值因为在振荡时电力系统内发电机间出现了电势1对于轻微且逐渐衰减的振荡可不操作当差故发电机之间有环流此时功率和力矩时大时发生不衰减的轻微振荡时要检查发电机的功率因小电势差也时大时小因此发电机间的环流也时大数是否过高调速器系统是否有晃动水轮机是否在时小所以定子电流表的指针来回摆动并且这个环汽蚀区运行转桨式水轮机是否在协联开始动作附流加上原来的负荷电流其值就有可能超过正常值
（ 为简便起见 ， 凸极发 电机忽略附加 电磁功率后也可 近似采用隐极发电机的功角特性来表示 ） ， 是发 电
机电势向量 与 电压 向量 Ｕ 的夹角 ， 砌 曲线 ｌ 为正 常工作时的特性 ， 水轮机 的输入功率 为 Ｐ， ｎ正常工
步转速附近时高时低 的情况 ， 就叫做“ 振荡” 。 当发电机在新 的运行点 Ｃ 围来 回振荡时 ， 周 转 子和定子气隙磁场就不是保持同步旋转而产生了相
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２Ｏ 第 ７ Ｏ６年 期
《 州电力技 术》 贵
（ 总第 ８ ５期）
水轮发 电机产生振荡 的原 因 、 象及处理 与预防 现
化州水 电设备有 限公 司 梁艺洪 ［２１ ］ ５５０ ０ 摘 要 文中列举 了水 电厂运行 中的水轮发 电机产生振 荡 的原 因， 发生振 荡 的机理 和过程及 出现 的现象 ， 出 了 提
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目
发电机振荡或失步时的现象 (2)
一、概述 (2)
二、发电机振荡或失步时的现象 (2)
三、发电机振荡和失步的原因 (3)
四、单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别 (3)
五、系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的。
(3)
发电机振荡或失步时的现象
一、概述
同步发电机正常运行时，定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。
当负载增加时，功角将增大，这相当于把磁力线拉长；当负载减小时，功角将减小，这相当于磁力线缩短。
当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功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：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡；另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。
二、发电机振荡或失步时的现象
a）定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈运动。
这是因为各并列电势间夹角发生了变化，出现了电动势差，使发电机之间流过环流。
由于转子转速的摆动，使电动势间的夹角时大时小，力矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流的指针就来回摆动。
这个环流加上原有的负荷电流，其值可能超过正常值；
b）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。
这是因为失步发电机与其他发电机电势间夹角在变化，引起电压摆动。
因为电流比正常时大，压降也大，引起电压偏低；
c）有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。
因为发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小，以及失步时有时送出有功，有时吸收有功的缘故；
d）转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。
发电机振荡或失步时，转子绕组中会感应交变电流，并随定子电流的波动而波动，该电流叠加在原来的励磁电流上，就使得转子电流表指针在正常值附近摆动；
e）频率表忽高忽低地摆动。
振荡或失步时，发电机的输出功率不断变化，作用在转子上的力矩也相应变化，因而转速也随之变化；
f）发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍；
g）低电压继电器过负荷保护可能动作报警；
h）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；
i）水轮发电机调速器平衡表指针摆动；可能有剪断销剪断的信号；压油槽的油泵电动机起动频繁；
三、发电机振荡和失步的原因
根据运行经验，引起发电机振荡和失步的原因有
a）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；
b）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背断开，并联变压器中的一台被切除等；
C)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；
d）大机组失磁。
大机组失磁，从系统吸收大量无功功率，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；
e）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；
f）发电机运行时电势过低或功率因数过高；
g）电源间非同期并列未能拉入同步。
四、单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别
a）失步机组的表计摆动幅度比其他机组表计摆动幅度要大；
b）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可能满刻度，其他机组在正常值附近摆动。
五、系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的。
当发生振荡或失步时，应迅速判断是否为本厂误操作引起，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。
发电机发生振荡或失磁的处理如下：
a）如果不是某台发电机失磁引起，则应立即增加发电机的励磁电流，以提高发电机电动势，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，在发电机达到平衡点时而拉入同步。
这时，如果发电机励磁系统处在强励状态，1min内不应干预；
b）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。
这样既可以降低转子惯性，也由于提高了功率极限而增加了机组稳定运行能力；
c）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，为高频率系统，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；
d）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，可根据现场规程规定，将机组与系统解列，或按调度要求将同期的两部分系统解列。