发电机失磁、振荡、失步的区别

发电机失磁

运行中，由于励磁回路开路、短路、励磁电流小时或转子回路故障所引起的发电机失磁后，发电机及励磁系统的相关表记反应如下：

(1). 转子电流表、电压表指示零或接近于零;

(2). 定子电压表指示显著降低;

(3). 定子电流表指示升高并晃动;

(4). 发电机有功功率表的指示降低并摆动;

(5). 发电机无功功率表的指示负值。

发电机在运行中失去励磁电流，使转子的磁场消失，这种可能是由于励磁开关误跳闸，励磁机或半导体励磁系统发生故障，转子回路断线等原因引起。当失磁发生后，转子磁场消失了，电磁力矩减少，出现过剩力矩，脱离同步，转子与定子有相对速度，定子磁场以转差速度切割转子表面，使转子表面感应出电流来。这个电流与定子旋转磁场作用就产生了一个力矩，常称为异步力矩，这个异步力矩在这里也是个阻力矩，它起制动作用，发电机转子便在克服这个力矩的过程中做了功，使机械能变成电能，可继续向系统送出无有功，发电机的转速不会无限制升高的，因为转速越高，这个异步力矩越大。这样，同步发电机就相当于变成了异步发电机。

在异步状态下，电机从系统吸收无功，供定子而后转子产生磁场，向系统送出无有功，如果这台电机在很小的转差下就能产生很大的异步力矩，那么失磁状态下还能带较大的负荷，甚至所带负荷不变。这种状态要注意两点：一是定子电流不能超过额定值;二是转子部分温度不能超过允许值。

那么发电机失磁后有何不良影响呢?这个问题要分为两方面来阐述：一是对本身发电机的影响，二是对系统的危害。

对发电机的危害，主要表现在以下几个方面：

(1). 由于转差的出现，在转子表面将感应出差频电流。差频电流在转子回路中产生附加损耗，使转子发热加大，严重时可使转子烧损。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量裕度相对降低，转子容易过热;

(2). 失磁发电机转入异步运行后，发电机的等效电抗降低，由系统向发电机送出的无功功率增大。失磁前带的有功功率越大。转差也越大，等效电抗越小，由系统送出的无功也越大。因此在重负荷下失磁，由于定子绕组过电流，将使发电机定子过热;

(3). 异步运行中，发电机的转矩有所变化，因而有功功率要发生严重的周期性变化，使发电机、转子和基座受到异常的机械力的冲击，使机组的安全受到威胁;

发电机失磁后，对系统的影响表现如下：

(1). 失磁后的发电机，将从电力系统吸取相当于额定容量的无功功率，引起电力系统的电压下降。如果电力系统无功功率储备容量不足，将使邻近失磁发电机的部分系统电压低于允许值，威胁负载及各电源间的稳定运行，甚至导致系统的电压崩溃而瓦解，这是发电机失磁所导致的最严重的后果;

(2). 一台发电机失磁引起系统的电压下降，将使邻近的发电机励磁调节器动作而增大其无功输出，因而这些发电机、变压器和线路引起过电流，导致大面积停电，扩大故障的波及范围。发电机在失磁(无励磁情况)后，运行人员应该如何处理?

发电机在无励磁情况下将异步运行，从试验情况来看，机组能可以带负荷运行，但只为额定容量的50%—60%，中小型机组运行时间不超过30min，大型机组(200MW以上)只能运行15min。

大型机组都装有失磁保护装置。失磁保护装置内设有电压断线闭锁装置和低电压继电器。当低电压继电器不动作时(母线电压不低于允许值)，失磁保护不会动作。

(1). 当发电机失磁后，失磁保护动作，“发电机失磁保护跳闸”信号发出，发电机主开关跳闸，表明保护已动作解列灭磁，按发电机事故跳闸处理(第一时间检查厂用电切换情况);

(2). 若失磁保护拒动，则立即手动解列发电机;

(3). 在发电机失磁过程中，应注意调整好其他正常运行的发电机定子电流和无功功率。

发电机振荡

引起发电机振荡的主要原因有：负荷突变;二电源之间输出线路和变压器的切除;发电机特别是大容量机组突然跳闸;原动机输入力矩突然变化;系统突然发生短路故障等。短路故障通常是引起发电机振荡的主要原因。

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。

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。

)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。

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。)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。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。

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。

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。