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交流发电机失磁运行及后果
发布时间:2018-08-24 15:06:07  ▏阅读:

 

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发电机失磁运行及后果

 

发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有转子绕组故障、励磁机(变)故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。各种失磁故障综合起来看,有励磁绕组直接短路或经励磁电机电枢绕组闭路而引起的失磁,励磁绕组开路引起的失磁,励磁绕组经灭磁电阻短接而失磁,励磁绕组经整流器闭路(交流电源消失)失磁等几种形式。

 

同步交流无刷发电机主视图.png

同步交流无刷发电机主视图

同步交流无刷发电机右视图.png

同步交流无刷发电机右视图

 

 

当发电机完全失去励磁时,励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电动势Ea随着励磁电流的减小而减小,因此,其电磁转矩也将小于原动机的转矩,因而引起转子加速,使发电机的功角8增大。当8超过静态稳定极限角时,发电机与系统失去同步。电机失磁后将从电力系统中吸取感性无功功率。在发电机超过同步转速后,转子回路中将感应出频率为fg—fs.(其中,fg为对应发电机转速的频率,fs.为系统的频率)的电流,此电流产生异步转矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时,即进入稳定的异步运行。

 

一、失磁对发电机影响

 

当发电机失磁进入异步运行时,将对电力系统和发电机产生以下影响。

(1)需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。所需无功功率的大小,主要取决于发电机的参数(X1、X2、Xad)以及实际运行时的转差率。柴油发电机与柴油发电机相比,前者的同步电抗Xd=(Xd+Xad)较大,所需无功功率较小。假设失磁前发电机向系统送出无功功率Q1,而在失磁后从系统吸收无功功率Q2。则系统中将出现Q1+Q2的无功功率缺额。失磁前带的有功功率越大,失磁后转差就越大,所吸收的无功功率也就越大,因此,在重负荷下失磁进入异步运行后,如不采取措施,发电机将因过电流使定子过热。

(2)由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降,如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足,则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其他邻近的电压低于允许值,从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行,甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。

(3)失磁后发电机的转速超过同步转速,因此,在转子及励磁回路中将产生频率为fa-f.的交流电流,即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗,如果超出允许值,将使转子过热。特别是直接冷却的大型机组,其热容量的裕度相对降低,转子更易过热。而流过转子表层的差频电流还可能使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。

(4)对于直接冷却的大型柴油发电机,其平均异步转矩的最大值较小,惯性常数也相对较低,转子在纵轴和横轴方向呈现较明显的不对称,使得在重负荷下失磁后,这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。这种情况下,将有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上,并通过定子传到机座上,引起机组振动,直接威胁着机组的安全。

(5)低励磁或失磁运行时,定子端部漏磁增加,将使端部和边段铁芯过热。实际上,这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。

由于柴油发电机异步功率比较大,调速器也较灵敏,因此当超速运行后,调速器立即关小汽门,使柴油机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡,在转差率小于0.5%的情况下即可稳定运行。故原则上柴油发电机在很小转差下异步运行一段时间是完全允许的。此时,是否需要并允许异步运行,则主要取决于电力系统的具体情况。例如,当电力系统的有功功率供应比较紧张,同时一台发电机失磁后,系统能够供给它所需要的无功功率,并能保证电力系统的电压水平时,则失磁后就应该继续运行;反之,若系统没有能力供给失磁发电机所需要的无功功率,并且系统中有功功率有足够的储备,则失磁以后就不应该继续运行。


二、注意事项

 

对柴油发电机而言,考虑到:

① 其异步功率较小,必须在较大的转差下(一般达到1%~2%)运行,才能发出较大的功率;

② 由于柴油机的调速器不够灵敏,时滞较大,甚至可能在功率尚未达到平衡以前就大大超速,从而使发电机与系统解列;

③ 其同步电抗较小,如果异步运行,则需要从电力系统吸收大量的无功功率;

④ 其纵轴和横轴很不对称,异步运行时,机组振动较大等,因此柴油发电机一般不允许在失磁以后继续运行。

在发电机上,尤其是在大型发电机上应装设失磁保护,以便及时发现失磁故障,并采取必要的措施,如发出信号、自动减负荷、动作于跳闸等,以保证发电机和系统的安全。

 

考虑失磁对电力系统和发电机本身的危害,并不像发电机内部短路那样迅速地表现出来。另一方面,大型机组,特别是柴油发电机,突然跳闸,会给机组本身及其辅机造成很大的冲击,对电力系统也会加重扰动。因此,失磁后应首先采取切换励磁电源、切换厂用电以及迅速降低原动机出力等措施,随即检查造成失磁的原因并予以消除,使机组恢复正常运行,以避免不必要的事故停机。如果在发电机允许的时间内,不能消除造成失磁的原因,则再由失磁保护或由人操作停机。

 


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