發(fā)電機(jī)失磁、振蕩、失步的區(qū)別

發(fā)電機(jī)失磁

運(yùn)行中，由于勵(lì)磁回路開路、短路、勵(lì)磁電流小時(shí)或轉(zhuǎn)子回路故障所引起的發(fā)電機(jī)失磁后，發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的相關(guān)表記反應(yīng)如下：

(1). 轉(zhuǎn)子電流表、電壓表指示零或接近于零;

(2). 定子電壓表指示顯著降低;

(3). 電子電流表指示升高并晃動(dòng);

(4). 發(fā)電機(jī)有功功率表的指示降低并擺動(dòng);

(5). 發(fā)電機(jī)有功功率表的指示負(fù)值。

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中失去勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)消失，這種可能是由于勵(lì)磁開關(guān)誤跳閘，勵(lì)磁機(jī)或半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障，轉(zhuǎn)子回路斷線等原因引起。當(dāng)失磁發(fā)生后，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)消失了，電磁力矩減少，出現(xiàn)過剩力矩，脫離同步，轉(zhuǎn)子與定子有相對(duì)速度，定子磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)差速度切割轉(zhuǎn)子表面，使轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)出電流來(lái)。這個(gè)電流與釘子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用就產(chǎn)生了一個(gè)力矩，常稱為異步力矩，這個(gè)異步力矩在這里也是個(gè)阻力矩，它起制動(dòng)作用，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子便在克服這個(gè)力矩的過程中做了功，使機(jī)械能變成電能，可繼續(xù)向系統(tǒng)送出無(wú)功，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不會(huì)無(wú)限制升高的，因?yàn)檗D(zhuǎn)速越高，這個(gè)異步力矩越大。這樣，同步發(fā)電機(jī)就相當(dāng)于變成了異步發(fā)電機(jī)。

在異步狀態(tài)下，電機(jī)從系統(tǒng)吸收無(wú)功，供定子而后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場(chǎng)，向系統(tǒng)送出無(wú)功，如果這臺(tái)電機(jī)在很小的轉(zhuǎn)差下就能產(chǎn)生很大的異步力矩，那么失磁狀態(tài)下還能帶較大的負(fù)荷，甚至所帶負(fù)荷不變。這種狀態(tài)要注意兩點(diǎn)：一是定子電流不能超過額定值;二是轉(zhuǎn)子部分溫度不能超過允許值。

那么發(fā)電機(jī)失磁后有何不良影響呢?這個(gè)問題要分為兩方面來(lái)闡述：一是對(duì)本身發(fā)電機(jī)的影響，二是對(duì)系統(tǒng)的危害。

對(duì)發(fā)電機(jī)的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1). 由于轉(zhuǎn)差的出現(xiàn)，在轉(zhuǎn)子表面將感應(yīng)出差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生附加損耗，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱加大，嚴(yán)重時(shí)可使轉(zhuǎn)子燒損。特別是直接冷卻高利用率的大型機(jī)組，其熱容量裕度相對(duì)降低，轉(zhuǎn)子容易過熱;

(2). 失磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，由系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)送出的無(wú)功功率增大。失磁前帶的有功功率越大。轉(zhuǎn)差也越大，等效電抗越小，由系統(tǒng)送出的無(wú)功也越大。因此在重負(fù)荷下失磁，由于定子繞組過電流，將使發(fā)電機(jī)定子過熱;

(3). 異步運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩有所變化，因而有功功率要發(fā)生嚴(yán)重的周期性變化，使發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子和基座受到異常的機(jī)械力的沖擊，使機(jī)組的安全受到威脅;

發(fā)電機(jī)失磁后，對(duì)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)如下：

(1). 失磁后的發(fā)電機(jī)，將從電力系統(tǒng)吸取相當(dāng)于額定容量的無(wú)功功率，引起電力系統(tǒng)的電壓下降。如果電力系統(tǒng)無(wú)功功率儲(chǔ)備容量不足，將使鄰近失磁發(fā)電機(jī)的部分系統(tǒng)電壓低于允許值，威脅負(fù)載及各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓崩潰而瓦解，這是發(fā)電機(jī)失磁所導(dǎo)致的最嚴(yán)重的后果;

(2). 一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁引起系統(tǒng)的電壓下降，將使鄰近的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作而增大其無(wú)功輸出，因而這些發(fā)電機(jī)、變壓器和線路引起過電流，導(dǎo)致大面積停電，擴(kuò)大故障的波及范圍。

發(fā)電機(jī)在失磁(無(wú)勵(lì)磁情況)后，運(yùn)行人員應(yīng)該如何處理?

發(fā)電機(jī)在無(wú)勵(lì)磁情況下將異步運(yùn)行，從試驗(yàn)情況來(lái)看，機(jī)組能可以帶負(fù)荷運(yùn)行，但只為額定容量的50%—60%，中小型機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不超過30min，大型機(jī)組(200MW以上)只能運(yùn)行15min。

大型機(jī)組都裝有失磁保護(hù)裝置。失磁保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)有電壓斷線閉鎖裝置和低電壓繼電器。當(dāng)?shù)碗妷豪^電器不動(dòng)作時(shí)(母線電壓不低于允許值)，失磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

(1). 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后，失磁保護(hù)動(dòng)作，“發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)跳閘”信號(hào)發(fā)出，發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，表明保護(hù)已動(dòng)作解列滅磁，按發(fā)電機(jī)事故跳閘處理(第一時(shí)間檢查廠用電切換情況);

(2). 若失磁保護(hù)拒動(dòng)，則立即手動(dòng)解列發(fā)電機(jī);

(3). 在發(fā)電機(jī)失磁過程中，應(yīng)注意調(diào)整好其他正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)定子電流和無(wú)功功率。

發(fā)電機(jī)振蕩

引起發(fā)電機(jī)振蕩的主要原因有：負(fù)荷突變;二電源之間輸出線路和變壓器的切除;發(fā)電機(jī)特別是大容量機(jī)組突然跳閘;原動(dòng)機(jī)輸入力矩突然變化;系統(tǒng)突然發(fā)生短路故障等。短路故障通常是引起發(fā)電機(jī)振蕩的主要原因。

同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間可看成有彈性的磁力線聯(lián)系。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，功角將增大，這相當(dāng)于把磁力線拉長(zhǎng);當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，功角將減小，這相當(dāng)于磁力線縮短。當(dāng)負(fù)載突然變化時(shí)，由于轉(zhuǎn)子有慣性，轉(zhuǎn)子功角不能立即穩(wěn)定在新的數(shù)值，而是在新的穩(wěn)定值左右要經(jīng)過若干次擺動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

振蕩有兩種類型：一種是振蕩的幅度越來(lái)越小，功角的擺動(dòng)逐漸衰減，最后穩(wěn)定在某一新的功角下，仍以同步轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，稱為同步振蕩;另一種是振蕩的幅度越來(lái)越大，功角不斷增大，直至脫出穩(wěn)定范圍，使發(fā)電機(jī)失步，發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行，稱為非同步振蕩。

發(fā)電機(jī)振蕩或失步時(shí)的現(xiàn)象

a)定子電流表指示超出正常值，且往復(fù)劇烈運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)楦鞑⒘须妱?shì)間夾角發(fā)生了變化，出現(xiàn)了電動(dòng)勢(shì)差，使發(fā)電機(jī)之間流過環(huán)流。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的擺動(dòng)，使電動(dòng)勢(shì)間的夾角時(shí)大時(shí)小，力矩和功率也時(shí)大時(shí)小，因而造成環(huán)流也時(shí)大時(shí)小，故定子電流的指針就來(lái)回?cái)[動(dòng)。這個(gè)環(huán)流加上原有的負(fù)荷電流，其值可能超過正常值。

b)定子電壓表和其他母線電壓表指針指示低于正常值，且往復(fù)擺動(dòng)。這是因?yàn)槭Р桨l(fā)電機(jī)與其他發(fā)電機(jī)電勢(shì)間夾角在變化，引起電壓擺動(dòng)。因?yàn)殡娏鞅日r(shí)大，壓降也大，引起電壓偏低。

c)有功負(fù)荷與無(wú)功負(fù)荷大幅度劇烈擺動(dòng)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在未失步時(shí)的振蕩過程中送出的功率時(shí)大時(shí)小，以及失步時(shí)有時(shí)送出有功，有時(shí)吸收有功的緣故

d)轉(zhuǎn)子電壓、電流表的指針在正常值附近擺動(dòng)。發(fā)電機(jī)振蕩或失步時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)感應(yīng)交變電流，并隨定子電流的波動(dòng)而波動(dòng)，該電流疊加在原來(lái)的勵(lì)磁電流上，就使得轉(zhuǎn)子電流表指針在正常值附近擺動(dòng)。

)頻率表忽高忽低地?cái)[動(dòng)。振蕩或失步時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率不斷變化，作用在轉(zhuǎn)子上的力矩也相應(yīng)變化，因而轉(zhuǎn)速也隨之變化。.

f)發(fā)電機(jī)發(fā)出有節(jié)奏的鳴聲，并與表計(jì)指針擺動(dòng)節(jié)奏合拍。

g)低電壓繼電器過負(fù)荷保護(hù)可能動(dòng)作報(bào)警。

h)在控制室可聽到有關(guān)繼電器發(fā)出有節(jié)奏的動(dòng)作和釋放的響聲，其節(jié)奏與表計(jì)擺動(dòng)節(jié)奏合拍。

i)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器平衡表指針擺動(dòng);可能有剪斷銷剪斷的信號(hào);壓油槽的油泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻繁。

發(fā)電機(jī)振蕩和失步的原因

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，引起發(fā)電機(jī)振蕩和失步的原因有

a)靜態(tài)穩(wěn)定破壞。這往往發(fā)生在運(yùn)行方式的改變，使輸送功率超過當(dāng)時(shí)的極限允許功率。

)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)聯(lián)系的阻抗突然增加。這種情況常發(fā)生在電網(wǎng)中與發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)的某處發(fā)生短路，一部分并聯(lián)元件被切除，如雙回線路中的一回背斷開，并聯(lián)變壓器中的一臺(tái)被切除等。

電力系統(tǒng)的功率突然發(fā)生不平衡。如大容量機(jī)組突然甩負(fù)荷，某聯(lián)絡(luò)線跳閘，造成系統(tǒng)功率嚴(yán)重不平衡。

d)大機(jī)組失磁。大機(jī)組失磁，從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，使系統(tǒng)無(wú)功功率不足，系統(tǒng)電壓大幅度下降，導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定

e)原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)失靈。原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)失靈，造成原動(dòng)機(jī)輸入力矩突然變化，功率突升或突降，使發(fā)電機(jī)力矩失去平衡，引起振蕩

f)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電勢(shì)過低或功率因數(shù)過高。

g)電源間非同期并列未能拉入同步。

單機(jī)失步引起的振蕩與系統(tǒng)性振蕩的區(qū)別

a)失步機(jī)組的表計(jì)擺動(dòng)幅度比其他機(jī)組表計(jì)擺動(dòng)幅度要大;

b)失步機(jī)組的有功功率表指針擺動(dòng)方向正好與其他機(jī)組的相反，失步機(jī)組有功功率表擺動(dòng)可能滿刻度，其他機(jī)組在正常值附近擺動(dòng)。

系統(tǒng)性振蕩時(shí)，所有發(fā)電機(jī)表計(jì)的擺動(dòng)是同步的。

當(dāng)發(fā)生振蕩或失步時(shí)，應(yīng)迅速判斷是否為本廠誤操作引起，并觀察是否有某臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生了失磁。如本廠情況正常，應(yīng)了解系統(tǒng)是否發(fā)生故障，以判斷發(fā)生振蕩或失步的原因。發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩或失磁的處理如下：

a)如果不是某臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁引起，則應(yīng)立即增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，以提高發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，增加功率極限，提高發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性。這是由于勵(lì)磁電流的增加，使定、轉(zhuǎn)子磁極間的拉力增加，削弱了轉(zhuǎn)子的慣性，在發(fā)電機(jī)達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)而拉入同步。這時(shí)，如果發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)處在強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，1min內(nèi)不應(yīng)干預(yù)。

b)如果是由于單機(jī)高功率因數(shù)引起，則應(yīng)降低有功功率，同時(shí)增加勵(lì)磁電流。這樣既可以降低轉(zhuǎn)子慣性，也由于提高了功率極限而增加了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行能力。

c)當(dāng)振蕩是由于系統(tǒng)故障引起時(shí)，應(yīng)立即增加各發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，并根據(jù)本廠在系統(tǒng)中的地位進(jìn)行處理。如本廠處于送端，為高頻率系統(tǒng)，應(yīng)降低機(jī)組的有功功率;反之，本廠處于受端且為低頻率系統(tǒng)，則應(yīng)增加有功功率，必要時(shí)采取緊急拉路措施以提高頻率。

d)如果是單機(jī)失步引起的振蕩，采取上述措施經(jīng)一定時(shí)間仍未進(jìn)入同步狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)程規(guī)定，將機(jī)組與系統(tǒng)解列，或按調(diào)度要求將同期的兩部分系統(tǒng)解列。

以上處理，必須在系統(tǒng)調(diào)度統(tǒng)一指揮下進(jìn)行