同步发电机的失磁异步运行.doc

PAGE５

同步发电机的失磁异步运行
同步发电机的失磁异步运行是指同步发电机失去励磁后，仍带有一定的有功负荷，以某一滑差与电网并联运行的一种非正常运行方式，即由同步发电机转变为感应发电机的一种特殊运行方式。
同步发电机全部或部分地失去励磁是常见的一种故障。造成发电机失去励磁的原因，可能是励磁系统中某一开关跳闸，励磁回路短路或断线及励磁机故障等。通常发电机失磁一般能由运行人员较快地消除并恢复励磁或切换到备用励磁机运行。如果发电机失磁立即由失磁保护动作跳闸，不仅对热力设备安全非常不利，而且机组操作复杂，容易造成温差、胀差超过规定或断油磨瓦、弯轴等严重事故。而在电网和机组本身允许的条件下，发电机在失磁后短时间内采用异步运行方式，继续与电网并列运行且发出一定的有功功率，待运行人员手动或由自动装置自动恢复励磁进入同步运行，对保证机组和电网安全、减少负荷损失均具有重要意义。实际电力系统中的发电机是否允许失磁异步运行，应通过具体试验确定。
1失磁的物理过程
同步发电机正常运行时，从原动机输入的力矩与发电机的电磁力矩相等，发电机转子磁场与定子磁场均以同步速度旋转。当某种原因造成励磁电源中断时，虽然励磁电压已降到零，但由于励磁回路的电感很大，转子励磁电流不能立即降到零，而是按指数规律逐渐减到零。同步发电机的激磁电势也逐步减少，在转子上出现转矩不平衡现象，即原动机输入力矩将大于发电机电磁力矩，这个过剩力矩就会使转子加速，使δ角增大。当励磁电流减小到某一数值时，会使δ角大于静态稳定极限角，发电机在过剩力矩作用下失去同步，进入异步运行状态。随着励磁电势的减小，发电机从稳定的同步运行过渡到进相运行，再过渡到低励失步状态，最后到稳态的异步运行。
由于定子磁场与转子磁场间有相对速度，即有滑差s(s=(ω-ω0)/ω)，定子旋转磁场切割成闭合回路的励磁绕组、组尼绕组和其它金属导体。并在其中感应出滑差频率的交流电势和电流。该电流与定子旋转磁场相互作用产生异步力矩。原动机输入的力矩在克服异步力矩的过程中作功，使机械能变为电能。因此，发电机仍向电网有功功率PYB。
异步力矩的大小是随转差率s的增大而增大的(在一定范围内)，而原动机又因转带的升高使调速器动作，减小了原动机的输入力矩，加之发电机失磁后由自动装置或人为地减少输入功率，所以，当原动机输入的力矩与发电机的异步电磁力矩相平衡时，发电机进入无励磁的稳定异步运行状态，s维持一定值。在这种状态下，发电机发出有功功率，同时吸收无功功率，相当于异步发电机的运行状态。
2同步发电机的异步运行
同步发电机异步运行时，在转子回路里感应出频率为滑差频率的交流电流，这个单相的交流电流就是发电机失去直流励磁后的交流励磁电流的一部分(另一部分为阻尼绕组、转子导体中的多相交流电流)。该电流又建立起以滑差频率相对于转子脉动的磁场。这个磁场可以分解为两个向相反方向旋转的旋转磁场。其中一个反向旋转的旋转磁场以相对转子sn1的转速逆转子转向旋转，与定子磁场相对静止，它与定子磁场相互作用，对转子产生制动作用的恒定异步力矩。另一个正向旋转磁场，以相对转子的转速sn1的转速顺转子转向旋转，与定子磁场的相对转速为2sn1。它与定子磁场相互作用，产生交变异步力矩，这个交变异步力矩是机组振动和定子电流脉动的原因之一。
另外，阻尼绕组、转子本体相当于多相绕组。在发电机异步运行中，定子磁场切割阻尼绕组、转子本体导体，在这些导体中感应出多相电流，这种多相电流产生的合成磁场是与定子磁场相对静止的旋转磁场，它与定子磁场相互作用也产生恒定的制动性质的异步力矩。
发电机失磁后异步运行时，其异步力矩即为上述各异步力矩之和。
同步发电机能否在失磁状态下稳定地异步运行，与异步力矩的大小和特性有关。异步力矩特性与发电机结构有着密切的关系。对于实心转子的汽轮发电机，其异步转距特性与深槽式和双鼠笼式电动机转距特性相似，滑差很小就能产生相当大的制动转矩。在滑差由0到0.2%--0.7%的小范围内，随着滑差的增大，异步转距增加很快，直到s等于临界滑差scr时，转距达到最大值，随后在高于临界滑差的范围内转距维持在相当高的水平。因而，汽轮发电机失磁异步运行时输出的有功功率仍相当高，一般转子外冷的汽轮发电机，失磁异步运行时可输出50%--60%的额定功率，水内冷转子的汽轮发电机可输出40%--50%的额定功率。
3失磁运行时表计的指示变化与原因分析
(1)转子电流表的指示为零或为零后又以定子表计摆动次数的一半而摆动。出现这种现象的原因是由于接线不同造成的。若失磁后的转子绕组是通过灭磁电阻或自同期电阻成闭合回路时，在定子磁场的作用下此回路将感应出差额电流，若转子电流表的分流器在此回路时，直流电流表上反映的是差额电流的变化，因表计是单向的，所以是“一起、一落”以转差频