同步发电机的异常运行

１ 发电机 的过负 荷运行 发电机的定子电流和转子电流均不能超过由 额定值所限定的范围。 是 ， 但 当系统发生短路故障、 发电机－ 失步运行、 成群电动机自启动以及强行励磁 装置动作等情况时， 发电机的定子和转子都可能短 时过负荷。 电流超过额定值会使绕组温度有超过允 许限度的 危险， 严重时甚至还可能造成机械损坏。 很显然， 过负荷数值越大 ， 持续时间越长 ， 上述危险 性越严重。 因此 ， 发电机只允许短时过负荷。 过负荷 的允 ｃ 值不仅和持续时间有关 ， 还和发电机的冷 却方式有关。 直接冷却的绕组在发热时容易产生变 形， 所以过负荷 允｛值 比间接冷却的绕组要小。发 电机过负荷的允许值和允｛ 间应由制造厂规定。 锋时 短时过负荷的允｛ 间， 钳 也可由下式计算 ｔ１ ｏ（Ｉ） （ １ ＝ ５／ＩＮ ＿１式 ） ／２
科 Ｊ Ｉ ｌ 技 论 坛
科
同步 发 电机 的异常运 行
马 良 祝
（ 东省粤泷发电有限责任公 司， 东 罗定 ５ ７ １ ） 广 广 ２２７
摘 要 ： 电机 一般 应在其额定值 范围以内运行 ， 发 这种运行是 安全的。但有时也可能遇到 某些特殊 情况 ， 定子或 转子 电流超过额 定值（ 负 如 过 荷） 、 异步运行 、 不对 称负荷 等等 ， 这些都属 于同步发 电机的异常运行或称同步发 电机的非正常工作状 态。 究这些运行情况对电机和 电网的影响也 研 是很重要 的， 由此 可找 出允许继 续运行的条件和要 求， 以提 高电力系统运行的可靠性 。 关 键 词 ： 电机 ； 发 负荷 运 行 ； 步 运 行 ； 异 系统运 行 脉动转矩将引起机组和基础的振动，也应有所限 制； 另外还有—个重要的约束 因素， 就是要考虑电 力系统是否能供给足够的无功功率， 因为失磁的发 电机要从原来输送无功功率转变为大量吸收系统 的无功功率 ， 这样在系统无功功率不足时， 将导致 系统电压的大幅度下降。 这些因素很可能危及机组 和整个系统的安全、 稳定运行。 因此， 某一台发电机 能否失磁异步运行 ， 以及允许异步运行时间的长短 图 １ 发电机平均异步转矩特性 和输送功率的多少 ， 必须根据发电机的型式、 参数、 １一 汽轮发电机； 有阻尼绕细水轮发电机： ２— 转子回路连接方式以及外接电力系统的性质等条 无 侥 ４一 件， 进行具体分析， 必要时尚需经过试验， 才能最后 ３－ 阻尼 细 水轮 发 电机 ； 原动机 转矩梅 陛； Ｍ － 动机起始 转矩 即失磁前 的原动机 转矩 原 确定。 ２ 发电机失磁后双察到的现象 １ 由图 １ 可见 ，汽轮发电机具有 良好的平均异 失磁后的异步运行状态与原先的同步运行状 步转矩特性， 因而在较小的∞ 千分之门 译 ｌ 差率下， 态相 比， 有许多不同之处 ， 其现象可由表计的变化 就能达到稳定运行点 Ａ ， ｌ 此时 由于调速器陡汽门 式中 卜 一 允｛过负荷时间ｆ 一 午 ｓ １ ； 看出 ， 主要有 ： 关闭的幅度很小， 故输出的有功功率仍相当大。在 卜— 短 时允许过负荷电流（） Ａ； ２１ 转子电流表的指示降为零或降到接近于 异步运行时，发电机需从系统吸收大量的无功功 ． １ Ｉ 一 发电机额 定电流 （】 Ａ。 零； 率， 以建立 内部磁场 ， 所以发 电机的电压以及附近 发电机不允许经常过负荷，只有在事故情况 ２１ 定子电流表摆动目指示增大； ．２ ． 用户的电压籽下降。 所需无功功率的大小和发电机 下， 当系统必须切除部分发电机或线路时 ， 为防止 ２１ ． ３有功功率表指示减小 且 也发生摆动； 的同步电抗 ）ｄ 【 以及转差率 ｓ有关 ，ｄ越大 ， 越 Ｘ ｓ 系统静态稳定破坏， 保证连续供电 ， 才允许发电机 ２ ．无功功率表指示负值 ，功率 因数表指示 小 ， ．４ １ 所需的无功功率也越小。汽轮发电机的） 较 （ ｄ 作短时过负荷运行。 进相， 发电机母线电压表指示值下降并摆动 ； 大， ｇ／ ， Ｓ Ｊ 所需无功功率也较小 ， ， 网络电压降低不 ２ 电机的异 步运行 发 ２ ．转子各部分温度升高。 ． １ ５ 多。 以 所 汽轮发电机 短时间异步运行是允许的， 可 同步发电机进入异步运行状态的原因很多 ， ２ ２发电机失磁后的异步运行 过 程 输出的有功功率大， 转差率甚小 ， 电压降『 眭 慢 ， 氐 小 常见的有 ： 励磁系统故障 ， 误投发电机灭磁开关而 发电机失去励磁后， 其电磁功率减小， 在转子 不会出现转子 损耗过大而使电机受到损伤的现象。 失去励磁， 短路故障使发电机失步等等。下面仅就 上出现转矩不平衡状况 ， 过剩的机械转矩 ， 驱使同 当励磁恢复后， 电磁转矩又将汽轮发电机平稳地拉 发电机失去励磁后的异步运行状态作简要介绍。 步发电机加速， 转子披加速后 ， 超出同步转速运行。 人同步。 但是 ， 长时间的异步运行也是不允许的， 因 现代超型汽轮发电机无励磁运行问题 ，已引 这 个过 程通 常要经 过 ２ ｓ以致最后 失去 同步。 ～６， 会为引起发电机和铁巷 过热， 转子绕组也由于 起 国内外 电力 工作 者 的重视 ，并 进 行 了大量 的试 当发 电机 超出 同步转 速运 行 时 ，发 电机 转子 感应电流产生相当多的热量 ，引起发热和损伤， 所 验、 研究工作。 目前研究结果表明， 发电机失去励磁 和定子 旋转 磁场之 间有 了相 对运 动 ， 是在转 子励 以汽轮发电机的异步运行受到时间限制， ９规定 于 —ｊ 殳 后，如将有功负荷迅速减少到额定功率的４ ％ ～ 磁绕组、 ０ 阻尼绕组以及转子的齿与槽楔中， 将分别 汽 轮发 电机的异 步运行 时为 １～ ０ ｎ不宜 过长。 ５ ３ ｍｉ， ５ ％， ０ 就有可能在低转差率下进 入异步运行。这种 感应出频率为转差频率的交流电流， 这些电流产生 水轮发电机和汽轮发 电机不同，平均异步转 异步运行受到时间的限制，在所限定的时间内， 运 制动的异步转矩，发电机开始向系统输送有功功 矩特性较差 ， 变化很大时 ， 当ｓ 平均异步转矩变化 行人员可设法找出故障并尽快排除 ， 使发电机通过 率。 转速的升高一直继续到发电机出 现的制动异步 不大 ， 最大平均异步转矩也 于 小 失磁前的原动机转 适当的方式再同步， 恢复正常运行。 转矩和原动机的输 入转矩相等为止。实际上， 这时 矩 Ｍｙ； ｏ因而只能在滑差相当大时才能达到稳定运 失磁的发电机在一定的时间内能够以异步状 发 电机处 于异 步运 行 状态 。 １ 示为 发电机 的平 图 所 Ａ、 ， ２Ａ３ 如图 １ 所示。在这样大的 Ｓ 下运行， 转 态运行 ， 并继续向系统输送有功功率 ， 这也是提高 均异步转矩特性曲线， 图中的曲线 ４表示原动机的 子有过热 的危险， 所以—舟 允许的。 除此之外 ， 电力 系统安 全 、 运行 的重 要措 施 ， 稳定 目前 许多 国 转矩特性， 随着转速的升高 ， 即转差率增大， 将引起 水轮发电机的同步电抗 ） 较小 ， 【 ｄ 异步运行时定子 家都已采用这—措施。在前苏联 ， 对于间接冷却的 调速器动作， 关小汽门（ 或导水翼） ， 减少进汽（ 或进 电流很大， 所以也应限制其异步运行。当水轮发电 ５万 ｋ 及 以下 的发电 机 ， 许 异 步运 行 的时 间约 水 ） ， Ｗ 允 量 减小 原动 机 的输入 转矩 ， 因此原 动机 的输入 机失去励磁后， 特别是无阳尼绕组的水轮发电机。 为 ３ｍｉ；对于直接冷却 的 ５～ Ｏ万 ｋ 的发电 转矩 即 由 Ｍ 下降 ， 证异步运 行的发 电机 的转速 ０ ｎ ３ Ｗ 。 保 转速迅速增加， 负荷减小到接近于零， 所以必 机， 在负荷不超过额定功率的 ４ ％时， ０ 允许异步运 不会无限升高。 曲线 ４与汽轮发电机的平均异步转 须将它从电网中切除。对有阻尼绕组的水轮发电 行的时间为 １ｍｉ。在美 国， ５ ｎ 高于同步转速的允许 矩特性曲线 １ 相交于 Ａ 点，与有阻尼绕组水轮发 机 ， 情况略好—些， 但—般约在滑差为 ３ ５ ％～ ％时。 运行时间一般为 ２ ３ ｉ － ｍ ｎ 国近几年在 １ 、 ５ 电机的平均异步转矩特眭曲线 ２相交于 Ａ： 与 才出现转矩 的 。我 ０１ 、 ２ 点， 平衡圜 Ｉ 中的 Ａ 点） ２ ， 对阻尼绕组有 ２ Ｏ万 ｋ 的发 电机组 Ｅ 已进 行 了失磁 后异 步运 无阻尼绕组水轮发电机的平均异步转矩特性曲线 过热的危险， Ｗ 均 所以一般只允许运行很短的时间偿 勺 行自试验、 奇 研究工作 ， 并取得—定的成果。 ３ 相交于 Ａ］ ， 点 这些点为转矩平衡点 ， 即平均异步 儿 ， 必须设法迅速恢复励磁或切除发电机。 众所周知 ， 在电力系统中， 即使允许大型发电 转矩相平衡的点， 此时出现了新 的平衡状态 ， 转速 机组异步运行十几分钟 ， 甚至几分钟 ， 都是很难得 不再升高 ，发电机在某—转差率下维持稳定运行 ， 的。 故称这种运行状态为稳态异步运行。Ａ１ ２Ａ 称 、 、３ Ａ 允许发电机失磁异步运行 的时间和输送功 为稳态异步运行点 ， 很明显 ， 这些点决定 了稳态异 率 ， 到多种 因素 的制 约。 先 ， 到定 子和转 子发 运 行时 ， 受 首 受 发电机输 出有 功功 率的大小 和运行 的转差 热的限制； 其次 ， 由于转子的电磁不对称所产生的 率 责任编辑： 袁依凡
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