同步发电机异常运行以及故障

浅谈同步发电机异常运行以及故障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。但是，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。过负荷的允许数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，所以过负荷允许值比间接冷却的绕组要小。发电机过负荷的允许值和允许时间应由制造厂规定短时过负荷的允许时间，也可由下式计算

t=150/(i/in)2——1(式1)

式中t——允许过负荷时间(s)；

i——短时允许过负荷电流(a)；

in——发电机额定电流(a)

发电机不允许经常过负荷，只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续供电，才允许发电机作短时过负荷运行。

2发电机的异步运行

同步发电机进入异步运行状态的原因很多，常见的有：励磁系

统故障，误投发电机灭磁开关而失去励磁，短路故障使发电机失步等等。下面仅就发电机失去励磁后的异步运行状态作简要介绍。

现代大型汽轮发电机无励磁运行问题，已引起国内外电力工作者的重视，并进行了大量的试验、研究工作。目前研究结果表明，发电机失去励磁后，如将有功负荷迅速减少到额定功率的40%~50%，就有可能在低转差率下进入异步运行。这种异步运行受到时间的限制，在所限定的时间内，运行人员可设法找出故障并尽快排除，使发电机通过适当的方式再同步，恢复正常运行。

允许发电机失磁异步运行的时间和输送功率，受到多种因素的制约。首先，受到定子和转子发热的限制；其次，由于转子的电磁不对称所产生的脉动转矩将引起机组和基础的振动，也应有所限制；另外还有一个重要的约束因素，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和输送功率的多少，必须根据发电机的型式、参数、转子回路连接方式以及外接电力系统的性质等条件，进行具体分析，必要时尚需经过试验，才能最后确定。

3发电机常见故障分析

发电机故障产生的原因有很多，多是由于制造上的缺陷、安装

和检修的质量不良,运行人员的误操作、绝缘老化脆弱以及外部发生短路故障时的冲击力等等造成的。由于这些原因 ,常常引起发电机转子绕组接地、定子绕组绝缘损坏、励磁机碳刷打火、发电机过负荷、电机非全相运行等故障,下面就同步发电机运行中常见的一些故障分析如下。

3.1发电机失磁

3.1.1发电机失磁原因：运行中的发电机,由于灭磁开关受震动或误动而跳闸,磁场变阻器接触不良,励磁机磁场线圈断线或整流子严重打火等原因,造成励磁回路断路时,将使发电机失磁。

3.1.2失磁时出现的象征：发电机定子绕组电流显著增加,有功功率略有下降；发电机及系统电压降低；转子励磁电流突然降为零或接近于零,励磁电压也接近为零；发电机无功表指示反向,从送出无功变为从系统吸收无功功率,其表计同时做周期性摆动,摆动的频率为转差率的1倍。

3.1.3失磁后产生的影响：发电机失磁后,就从同步运行变成异步运行,从系统吸取大量的无功功率,发电机的转速将高于系统的同步转速。这时由定子电流所产生的旋转磁场将在转子表面感应出频率等于转差率交流感应电动势,它在转子表面产生感应电流,使转子表面发热。发电机所带的有功负荷越大,则转差率越大,感应电势越大,电流也越大,转子表面的损失也越大。在发电机失磁瞬间,转子绕组两端将有过电压产生,转子绕组与灭磁电阻并联时,过电

压数值与灭磁电阻值有关,灭磁电阻值大,转子绕组的过电压值也大,试验表明, 如果灭磁电阻值选择为转子热态电阻值的5倍时,则转子的过电压值为转子额定电压值的2~ 4倍。

3.1.4失磁后允许运行时间及所带负荷。发电机失磁后,是否可以继续运行,与失磁运行的发电机容量和系统容量的大小有关。大容量的发电机失磁后,应立即从电网中切除,停机处理。发电机容量较小, 电网容量较大,一般允许发电机在短时间内, 低负荷下失磁运行, 以待处理失磁故障。但是由于trt发电工艺的特殊性, 热电厂采用的是发电机失磁后, 也立即从电网中切除, 停机处理的模式。

3.2发电机定子绕组损坏：发电机由于定子线棒绝缘击穿,接头开焊等情况将会引起接地或相间短路故障。当发电机发生相间短路事故或在中性点接地系统运行的发电机发生接地时,由于在故障点通过大量电流,将引起系统突然波动,同时在发电机旁往往可以听到强烈的响声,在视察窗外可以看见电弧的火光,这时发电机的继电保护装置将立即动作,使主开关、灭磁开关和危急遮断器跳闸, 发电机停止运行。

3.3发电机转子绕组接地：发电机转子因绝缘损坏,绕组变形,端部严重积灰时,将会引起发电机转子接地故障。转子绕组接地分为一点接地和两点接地。转子一点接地时,线匝与地之间尚未形成电气回路,因此在故障点没有电流通过,各种表计指示正常,励磁回

路仍能保持正常状态,只是继保信号装置发出“转子一点接地”信号,其发电机可以继续运行。但转子绕组一点接地后,如果转子绕组或励磁系统中任一处再发生接地,就会造成两点接地。转子绕组发生两点接地故障后,部分转子绕组被短路,因为绕组直流电阻减小,所以励磁电流将会增大。如果绕组被短路的匝数较多, 就会使主磁通大量减少,发电机向电网输送的无功出力显著降低,发电机功率因数增高,甚至变为进相运行,定子电流也可能增大,同时由于部分转子绕组被短路,发电机磁路的对称性被破坏,它将引起发电机产生剧烈的振动。转子线圈短路时,因励磁电流大大超过额定值, 如不及时停机,切断励磁回路, 转子绕组将会烧损。

3.4发电机过负荷运行：运行中的发电机应在规定的额定负荷或以下运行,否则发电机定、转子温度将超过其允许数值,使发电机定、转子绝缘很快老化而损坏, 所以当发电机过负荷时,应进行调整,减低负荷。当系统发生事故,使电力不足或因系统运行情况突变而威胁到系统的静态稳定时,允许发电机在短时间内过负荷运行,此时值班人员应密切监视定转子绕组温度,其数值不得超过正常允许的最高监视温度。转子绕组也允许在事故情况有相应的过负荷。但是对任何发电机,都禁止在正常情况下使用这些过负荷余量。

4.结语

同步发电机的运行是否稳定受各方面的因素影响, 本文虽然总结了一些同步发电机常见的故障,处理措施仍然需要结合现场情况