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發(fā)電機的失磁運行及其產(chǎn)生的影響

大型同步發(fā)電機勵磁系統故障的種類(lèi)很多,例如滅磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)而轉子線(xiàn)圈經(jīng)滅磁電阻短接、轉子線(xiàn)圈短路、轉子線(xiàn)圈回路斷線(xiàn)而開(kāi)路、硅整流的故障以及自動(dòng)調節勵磁裝置的故障等,都將導致發(fā)電機全部或部分失磁。根據我國1995年統計資料,100MW及以上容量發(fā)電機共發(fā)生失磁故障32次,約占總數的26.7%,是各種電氣故障中發(fā)生最多的一種。這對電機本身及電力系統有時(shí)會(huì )造成重大危害,尤其是在失磁而失步以后。因此,現代大型發(fā)電機已經(jīng)或正在普遍裝設失磁保護與失步保護。
當發(fā)電機完全失去勵磁時(shí),勵磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機的感應電勢Ed隨著(zhù)勵磁電流的減小而減小,因此,其失磁轉矩也將小于原動(dòng)機的轉矩,因而引起轉子加速,使發(fā)電機的功角δ增大。當各超過(guò)靜態(tài)穩定極限角時(shí),發(fā)電機與系統失去同步。發(fā)電機失磁后將從并列運行的電力系統中吸取電感性無(wú)功功率供給轉子勵磁電流,在定子繞組中感應電勢。在發(fā)電機超過(guò)同步轉速后,轉子回路中將感應出頻率為fi-fs(f1為對應發(fā)電機轉速的頻率,fs為系統的頻率)的電流,此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉矩,當異步制動(dòng)轉矩與原動(dòng)機轉矩達到性的平衡時(shí),即進(jìn)入穩定的異步運行。
根據電機學(xué)的分析,異步發(fā)電機的等效電路與異步電動(dòng)機的相似。
當發(fā)電機失磁后而異步運行時(shí),將對電力系統和發(fā)電機產(chǎn)生以下影響:
(1)需要從電網(wǎng)中吸收很大的無(wú)功功率以建立發(fā)電機的磁場(chǎng)。
(2)由于從電力系統中吸收無(wú)功功率將引起電力系統的電壓下降,如果電力系統的容量較小或無(wú)功功率的儲備不足,則可能使失磁發(fā)電機的極端電壓、升壓變壓器高壓側的母線(xiàn)電壓、或其它臨近點(diǎn)的電壓低于允許值,從而破壞了負荷與各電源間的穩定運行,甚至可能因電壓崩潰而使系統瓦解。
(3)由于失磁發(fā)電機吸收了大量的無(wú)功功率,因此為了防止其定子繞組的過(guò)電流,發(fā)電機所能發(fā)出的有功功率將較同步運行時(shí)有不同程度的降低,吸收的無(wú)功功率越大,則降低的越多。
(4)失磁后發(fā)動(dòng)電機的轉速超過(guò)同步轉速,因此,在轉子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為fi-fs的交流電流,因而形成附加的損耗,使發(fā)電機轉子和勵磁回路過(guò)熱。顯然,當轉差率越大時(shí),所引起的過(guò)熱也越嚴重。
根據以上分析,結合汽輪發(fā)電機來(lái)看,由于其異步功率比較大,調速器也比較靈敏,因此當超速運行后,調速器立即關(guān)小汽門(mén),使汽輪機的輸出功率與發(fā)電機的異步功率很快達到平衡,在轉差率小于住5%的情況下即可穩定運行。故汽輪發(fā)電機在很小的轉差下異步運行一段時(shí)間,原則上是安全允許的。此時(shí),是否需要并允許其異步運行,則主要取決于電力系統的具體情況。例如,當電力系統的有功功率供應比較緊張,同時(shí)一臺發(fā)電機失磁后,系統能夠供給它所需要的無(wú)功功率,并能保證電網(wǎng)的電壓水平時(shí),則失磁后就應該繼續運行;反之,如系統中有功功率有足夠的儲備,或者系統沒(méi)有能力供給它所需要的無(wú)功功率,則失磁以后就不應該繼續運行。
對水輪機而言,考慮到:①其異步功率較小,必須在較大的轉差下(一般達到1%一2%)運行,才能發(fā)出較大的功率;②由于水輪機的調速器不夠靈敏,時(shí)滯較大,甚至可能在功率尚未達到平衡以前就大大超速,從而使發(fā)電機與系統解列;③其同步電抗較小,如果異步運行,則需要從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率;④其縱軸和橫軸很不對稱(chēng),異步運行時(shí),機組振動(dòng)較大等因素的影響,因此水輪發(fā)電機一般不允許在失磁以后繼續運行。
為此,在發(fā)電機上,尤其是在大型發(fā)電機上應裝設失磁保護,以便及時(shí)發(fā)現失磁故障,并采取必要的措施,例如發(fā)出信號由運行人員及時(shí)處理、自動(dòng)減負荷、或動(dòng)作于跳閘等,以保證電力系統和發(fā)電機的安全。



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