发电机变压器组非全相运行故障分析和处理

发电机—变压器组非全相运行故障分析和处理

主题：介绍发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机非全相运行时发生的故障，结合自己运行经验进行故障分析，提出处理方法。

关键词：发电机非全相故障分析处理

对于主结线方式采用发电机—变压器组接线方式的大中型汽轮发电机曾多次因主断路器非全相断开（或非全相合上），造成发电机定子电流严重不对称运行，负序电流烧损发电机转子的故障。为了从这类故障中吸收有益的教训，提高运行管理水平，杜绝类似事故的重复发生，在发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机，发生主断路器非全相运行时，运行人员及时正确地处理，为此，现将该类故障有关的几个问题分述如下：

一、非全相运行故障的几个共同点

1、结线方式：采用发电机—主变压器组接线方式

2、主变压器接线组别：Y0/△—11，且在非全相时，中性点直接接地。

3、发电机状态（失磁、非全相）：发电机转速接近同步转速，灭磁开关断开，发电机失去励磁。

4、主断路器采用分相操作机构，在发电机解列或并列过程中非全相断开或非全相合上。

二、非全相运行故障时，发电机组运行工况的主要变化

1、由于主断路器一相或两相在合闸状态，致使发电机定子电流严重不对称。

（1）在主断路器一相未断开时（一相运行）电流幅值的变化规律是：比故障相滞后的一相电流为零，其它两相电流基本相等。简要分析如下：不管哪相未断开，之所以发电机侧还有电流，是由于从系统反充电过来的缘故。若C相未断开，A、B相已断开，灭磁开关拉开的情况下，发电机侧（即主变压器的△侧）已无电源，但高压侧（变压器的Y侧）还与系统连着，由于中性点接地C相电流可以流通，C相高压侧电流能在C相低压线圈中感应起电势Ec来。这△侧的C 相电势，要产生电流，以发电机为回路流通。在Y0/△—11接线的情况下，在低压侧的线电流中，主要从b相和c相流过（因b、c相组成的回路阻抗较小），且b、c相电流相等，a相电流为零，其大小与发电机、变压器及所连系统的参数有关。

（2）在主断路器两相未断开时，电流幅值的变化规律是：比故障相滞后一相电流最大，其它两相电流基本相等。

简要分析如下：以B、C两相未断开为例。当A相开关已断开时，变压器高压侧（Y0）侧B、C 相以及与大地是可以成回路有电流流通的。灭磁开关拉开后，发电机无电势，但变压器△侧b、

c两相线圈中都会有高压侧感应过来的电势Eb、Ec。在Eb、Ec作用下，以发电机为回路，在低压侧线路中，三相都会有电流流过。其中b相电流最大，a、c两相电流基本相等。

2、汽轮机打闸后，由于发变组处于非全相及失磁状态下与系统连着，处于稳定的异步电动机不对称运行状态（空载），发电机转速下降不明显。

3、发电机出口电压明显下降。由于发电机失磁、主断路器非全相断开的状态下，发电机变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机的不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，使发电机出口电压明显下降。

4、由于汽轮机打闸，发电机灭磁开关断开，发电机从系统吸收有、无功功率，使发电机有功功率表、无功功率表指示反向。

5、非全相运行时，负序电流产生的负序磁场在转子上产生两倍频率的脉动转矩，使发电机组产生100周/秒的振动。

6、非全相运行时间过久，转子线槽端头铝槽楔会过热熔化，护环嵌装面紧力消失，转子失去平衡，引起机组的强烈振动。

三、发电机转子本体烧损的主要部位和特征

发电机失磁，主断路器非全相断开的状态下，发电机变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，定子电流严重不对称，负序电流很大。该负序电流产生的旋转磁场会在转子各构件中感应产生两倍工频的电流，它集肤效应较强，穿透能力不大，透入深度浅，主要集中转子表面的薄层中，槽楔上的电流比齿上电流大，大齿板面上的电流比小齿上的电流大。

过热烧损的部位主要集中在转子大齿板面，挠性槽的端头、槽楔、齿部、护环嵌装面等处。轻者能使各结构件表面漆膜变色、烧焦发黑。重者造成护环嵌装面烧损、熔化，失去紧力。护环外移或产生裂纹，端头槽楔熔化甩出，散落在定子膛内，甚至转子失去平衡，引起机组强烈振动。

四、主断路器非全相断开的常见原因

1、断路器液压操作机构内储能器有砂眼漏气，致使油压到零，断路器不能断开。

2、断路器绝缘拉杆上的铝质连接件开裂，操作时主触头未断开，而操作机构动作正常，二次回路位置显示正常。

3、断路器操作回路的合闸线圈接线错误，加在合闸线路两端的电压低，合闸冲力小，有时不能合闸。

4、断路器操作机构检修时一元件装反而拒动，使自动、手动均不能断开。

五、非全相运行故障处理的要点

运行实践证明，发电机—变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。

1、解列时应遵守的操作顺序是：

（1）降低发电机的有功功率和无功功率，当定子三相电流均接近于零时，断开主断路器。

（2）缓慢地降低发电机转子电流，定子电压亦相应地下降，若在降压过程中，定子电流反而升高，且三相幅值严重不对称，（负序电流表指示较大）说明主断路器非全相断开，这时应增加转子电流，提高定子电压，使三相定子电流控制在最小。

（3）一般采用手动就地打闸，若主断路器仍然不能全相断开，应按现场运行规程规定，将发电机从系统中隔离出来，即拉开该发电机—变压器组所接母线上的其它所有断路器。

（4）关闭汽轮机主汽门停机。

2、并列后加负荷时应遵守的操作顺序是：

（1）并列后不要急于增加有功功率和无功功率，在加负荷的过程中，要特别注意定子三相电流是否对称相等，确认无异常后，再增加有功功率和无功功率。

（2）当发现三相电流的不对称程度超过规定时，说明主断路器非全相合闸，应立即减少发电机的转子电流和功率，使定子三相的不平衡值控制在允许范围之内。

（3）若主断路器仍不能全相断开，应按现场运行规程的规定，将发电机从系统中隔离出来。

（4）关闭汽机主汽门停机。

3、若在发电机并列或解列中，合上或拉开主断路器后，发出“控制回路断线”“油压异常”等信号以及红绿灯指示不正常时，应立即检查定子三相电流是否正常，如出现严重不对称或负序电流表指示较大超过规定值，应判断为主断路器出现非全相运行。进行相应处理。

4、在运行中若由于保护装置动作或主断路器误动，造成主断路器非全相断开，灭磁开关断开，汽机主汽门关闭，这时发电机失磁进入异步电动机的不对称运行状态，处理故障的操作顺序是：

（1）立即合上灭磁开关，增加转子电流，使发电机进入同步电动机的不对称运行状态。

（2）减少转子电流至空载额定值，使三相电流的不平衡值控制在允许范围之内或最小。

（3）若主断路器仍不能全相断开，应按现场运行规程的规定，将发电机从系统中隔离出来。

（4）若灭磁开关合不上，主断路器亦不能全相断开，应迅速拉开该发电机—变压器组所按母线