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2020年国家电网招聘考试培训备考资料:同步发电机失磁的物理特性

发布时间:2019-10-30 08:44:05

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  发电机的失磁运行及其产生的影响
大型同步发电机励磁系统故障的种类很多,例如灭磁开关误跳闸而转子线圈经灭磁电阻短接、转子线圈短路、转子线圈回路断线而开路、硅整流的故障以及自动调节励磁装置的故障等,都将导致发电机全部或部分失磁。这对电机本身及电力系统有时会造成重大危害,尤其是在失磁而失步以后。因此,现代大型发电机已经或正在普遍装设失磁保护与失磁失步保护。
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势Ed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δ增大。当δ超过静态稳定极限角时,发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从并列运行的电力系统中吸取电感性无功功率供给转子励磁电流,在定子绕组中感应电势。在发电机超过同步转速后,转子回路中将感应出频率为(此处为对应发电机转速的频率,为系统的频率)的电流,此电流产生异步制动转矩,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。
根据电机学的分析,异步发电机的等效电路与异步电动机的相似,可以用图1-24来表示,图中:X1为定子绕组漏抗;X2为转子绕组漏抗;R2为转子绕组电阻;s为转差率为反映发电机功率大小的等效电阻;Xad为定子与转子绕组之间的互感电抗。
当发电机失磁后而异步运行时,将对电力系统和发电机产生以下影响:
(1)需要从电网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。例如,汽轮发电机与水轮发电机相比,前者的同步电抗Xd(=X1+Xad)较大,则所需无功功率较小。又当S增大时,减小,I1和I2随之增大,则相应所需的无功功率也要增加。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的无功功率差额。
(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的储备不足,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 、或其它邻近点的电压低于允许值,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)由于失磁发电机吸收了大量的无功功率,因此为了防止其定子绕组的过电流,发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低,吸收的无功功率越大,则降低的越多。
(4)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的交流电流,因而形成附加的损耗,使发电机转子和励磁回路过热。显然,当转差率越大时,所引起的过热也越严重。
根据以上分析,结合汽轮发电机来看,由于其异步功率比较大,调速器也比较灵敏,因此当超速运行后,调速器立即关小汽门,使汽轮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。故汽轮发电机在很小的转差下异步运行一段时间,原则上是安全允许的。此时,是否需要并允许其异步运行,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,并能保证电网的电压水平时,则失磁后就应该继续运行;反之,如系统中有功功率有足够的储备,或者系统没有能力供给它所需要的无功功率,则失磁以后就不应该继续运行。
对水轮发电机而言,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由于水轮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,则需要从电网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,机组振动较大等因素的影响,因此水轮发电机一般不允许在失磁以后继续运行。
为此,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,例如发出信号由运行人员及时处理、自动减负荷、或动作于跳闸等,以保证电力系统和发电机的安全。

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