同步发电机失磁运行的原因与解决方法

同步发电机在运行中由于某种原因使得励磁磁场消失而继续运行的方式，称为发电机的失磁运行。

1.导致同步发电机失磁的原因

同步发电机失磁是指发电机的励磁电流突然消失或部分消失的现象。同步发电机失磁故障是电力系统常见故障之一，特别是对于大型机组，励磁系统的环节较多，造成励磁回路短路或者开路故障的概率较大。同步发电机的失磁故障主要由以下原因引起：

（1）转子绕组故障。

（2）直流励磁机磁场绕组断线。

（3）运行中的发电机灭磁开关误跳闸。

（4）磁场变阻器接触不良，或者整流子严重打火。

（5）自动调节励磁装置故障或误操作等原因造成励磁回路断路。

（6）励磁绕组断线，常见的断线位置是凸极电机励磁绕组两个线圈之间的连接处。

2.失磁运行时的物理过程

同步发电机正常运行时，原动机输入的驱动转矩与电磁转矩相平衡，发电机以同步速稳定运行。当发电机失磁时，励磁磁场逐渐衰减，电磁转矩逐渐减小。而当电磁转矩小于驱动转矩时，将使电机转速升高，发电机与系统失去同步，发电机变成异步运行。此时，从原来向系统输出无功功率变成从系统吸收大量的无功功率，发电机的转速将高于系统的同步转速，即有了转差率s。

此时由定子电流所产生的旋转磁场将在转子表面、阻尼绕组及励磁线圈中感应出频率与转差率相应的交流电流和电动势，该转子表面感应电流与定子磁场作用产生另一种电磁转矩，称之为异步转矩，是制动性质的转矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，发电机进入稳定的异步运行状态。由于该稳定状态是在调速器作用下减小原动机输入功率后达到的，因此电机从电网中吸收感性无功功率以建立气隙磁场，同时向电网输送比失磁前较少的有功功率，此时发电机输出的有功功率称为异步功率。在无励磁运行状态下，发电机能输出有功功率的大小与转差率s有关，同时还与原动机调速率特性有关。

3.失磁运行的不良影响

（1）对发电机的影响。当发电机失磁异步运行后，定子磁场将在转子的阻尼绕组、转子体表面、转子绕组中产生差频电流，引起附加温升。该电流在槽楔与齿壁之间、槽楔与套箍之间以及齿与套箍的接触面上，都可能引起局部高温，产生严重的过热现象，从而危及转子的安全。同时定子电流增大，使定子绕组损耗增大，也将引起发电机的温度升高。

（2）对电网的影响。发电机失磁以后，向电网输出的有功功率大为减少，同时从电网中吸收大量无功功率，其数值可接近和超过额定容量，造成电网的电压水平下降。当失磁发电机容量在电网中所占比重较大时，会引起电网电压水平的严重下降，甚至引起电网振荡和电压崩溃，造成大面积的停电事故。这时，失磁电机应靠失磁保护动作或立刻从电网中解列，停机检查。当失磁发电机在电网容量中所占比重较小时，电网可供其所需的无功功率而不致使电网电压降得过低，失磁发电机可不必立即从电网解列。

4.无励磁运行时表计的指示变化与原因

发电机控制盘上有用以监视电机运行的各种表计。发电机失磁后，表计指示的变化反映电机内部电磁关系的变化。(www.xing528.com)

（1）转子电流表的指示为零或接近于零。当发电机失去励磁后，转子电流迅速衰减，其衰减程度与失磁原因及励磁回路情况有关。当励磁回路开路时，转子电流表指示为零；当励磁回路短路或经灭磁电阻闭合时，转子回路有交流电流通过，直流电流表有指示，但指示值很小（接近于零）。

（2）定子电流表的指示升高并摆动。失磁后的发电机进入异步运行状态时，既向电网输出有功功率，又从电网吸收很大的无功功率，因此定子电流升高，造成电流表指示值的上升。摆动的原因是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的，摆动的幅度与励磁回路电阻的大小及转子构造等因素有关。

（3）有功功率表的指示降低并摆动。异步运行发电机的有功功率的指示平均值比失磁前略有降低，原因是机组失磁后，转速升高，这时调速系统自动使气门或导水翼开度关小，以调整转速。所以原动机输入的转矩减小，输出有功功率减小，则有功功率表指示降低。有功功率降低的程度和大小，与汽轮机的调整特性以及该发电机在某一转差下所产生的异步力矩的大小有关。有功功率表摆动的原因与定子电流表的摆动原因一样。

（4）发电机的母线电压表降低并摆动。发电机失磁后，需向系统吸收感性的无功电流来建立定子磁场，定子电流增大，线路压降增大，导致母线电压下降。电压表指示摆动的原因是由于电流摆动引起的。如发电机带50%额定功率时，6.3kV母线电压平均值约为失磁前的78%，最低值达72%。

（5）无功功率表指示为负值，功率因数表示指示进相。失磁后的发电机的无功功率，由输出变为输入而发生了反向，发电机进入定子电流超前于电压的进相运行状态。

5.发生发电机无励磁异步运行时的处理原则

对于发电机发生失磁后的处理方法，各厂结合实际试验数据一般都有具体的规定。

对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网上解列，以避免损坏设备或造成系统事故。

对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运行规定执行，一般进行以下操作：

（1）迅速降低有功功率到允许值（本厂失磁规定的功率值与表计摆动的平均值相符合），此时定子电流将在额定电流左右摆动。

（2）手动断开灭磁开关，退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置。

（3）注意其他正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定，必要时按电机允许过负荷规定执行。

（4）对励磁系统进行迅速而细致的检查，如果为工作励磁机问题，应迅速启动备用励磁机恢复励磁。

（5）注意厂用分支电压水平，必要时可倒至备用电源。

（6）在规定无励磁运行的允许时间内，如果仍不能使机组恢复励磁，则应该将发电机自系统解列。

发电机失磁后短时间内采用异步运行方式，继续与电网并列且输出一定有功功率，对于保证机组和电网安全、减少负荷损失均具有重要意义。在实际的机组运行过程中，运行人员应结合失磁时的各种现象作出准确判断和果断处理，确保机组的安全、稳定、经济地运行。