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同步发电机的振荡及失步问题

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:正确处理同步发电机的振荡或失步。同步发电机正常运行时,定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载突然变化时,由于转子有惯性,故转子功角不能立即稳定在新的数值,而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动,这种现象称为同步发电机的振荡。若因单机高功率因数引起失步,应减少发电机的有功输出,同时增加励磁电流,以利于发电机的同步。

同步发电机的振荡及失步问题

学习任务】(1)正确判断同步发电机的振荡或失步。

(2)正确处理同步发电机的振荡或失步。

同步发电机正常运行时,定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时,功角将增大,这相当于把磁力线拉长;当负载减小时,功角将减小,这相当于将磁力线缩短。当负载突然变化时,由于转子有惯性,故转子功角不能立即稳定在新的数值,而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动,这种现象称为同步发电机的振荡。

振荡有两种类型:一种是振荡的幅度越来越小,功角的摆动逐渐衰减,最后稳定在某一新的功角下,仍以同步转速稳定运行,称为同步振荡;另一种是振荡的幅度越来越大,功角不断增大,直至脱出稳定范围,使发电机失步,发电机进入异步运行,称为非同步振荡。

1.发电机振荡或失步的现象

(1)定子电流表指示超出正常值,且往复剧烈运动。这是因为各并列发电机电动势间夹角发生了变化,出现了电动势差,使发电机之间流过环流。由于转子转速的摆动,使电动势间的夹角时大时小,力矩功率也时大时小,因而造成环流也时大时小,故定子电流的指针就来回摆动。这个环流加上原有的负荷电流,其值可能超过正常值。

(2)定子电压表和其他母线电压表指针指示低于正常值,且往复摆动。这是因为失步发电机与其他发电机电动势间夹角在变化,引起电压摆动。因为电流比正常时大,电压降也大,故引起电压偏低。

(3)有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。原因是发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小,以及失步时有时送出有功、有时吸收有功。

(4)转子电压表、电流表的指针在正常值附近摆动。发电机振荡或失步时,转子绕组中会感应交变电流,并随定子电流的波动而波动,该电流叠加在原来的励磁电流上,就使转子电流表指针在正常值附近摆动。

(5)频率表忽高忽低地摆动。振荡或失步时,发电机的输出功率不断变化,作用在转子上的力矩也相应发生变化,因而转速也随之变化。

(6)发电机发出有节奏的轰鸣声,并与表计指针摆动节奏合拍。

(7)低电压继电器过负荷保护可能动作报警。

(8)在控制室可听到有关继电器发出有节奏的动作和释放的响声,其节奏与表计摆动节奏合拍。

(9)水轮发电机调速器平衡表指针摆动;可能有剪断销剪断的信号;压油槽的油泵电动机启动频繁。

2.发电机振荡和失步的原因

(1)静态稳定破坏。这往往发生在运行方式的改变,使输送功率超过当时的极限允许功率。

(2)发电机与电网联系的阻抗突然增加。这种情况常发生在电网中与发电机联络的某处发生短路,一部分并联元件被切除,如双回线路中的一回被断开、并联变压器中的一台被切除等。电力系统的功率突然发生不平衡,如大容量机组突然甩负荷、某联络线跳闸,造成系统功率严重不平衡。

(3)大机组失磁。大机组失磁,从系统吸收大量无功功率,使系统无功功率不足,系统电压大幅度下降,导致系统失去稳定。

(4)原动机调速系统失灵。原动机调速系统失灵,造成原动机输入力矩突然变化,功率突升或突降,使发电机力矩失去平衡,引起振荡。

(5)发电机运行时电势过低或功率因数过高。

(6)电源间非同期并列未能拉入同步。(www.xing528.com)

3.发电机振荡或失步的处理方法

发电机失磁失步后,会造成定子铁芯和绕组发热,并使轴系受到异常的机械力冲击,威胁机组的安全,严重时会损坏设备,应立即采取措施:

(1)对于不能失磁运行的发电机,当发电机失磁后,失磁保护动作,“发电机失磁保护动作”信号发出,发电机出口开关(GCB)跳闸,表明保护已动作解列灭磁,按发电机事故跳闸处理,并在第一时间检查厂用电切换情况;若失磁保护拒动,则应该立即手动解列发电机;在发电机失磁过程中,应注意调整好其他正常运行的发电机定子电流和无功功率。

(2)对于可以短时欠励或失磁运行的设备,应立即增加发电机的励磁,以提高发电机电动势,增加功率极限,有利于恢复同步。对于有自动调节器的发电机,不要退出调节器和强励,可由调节器动作调整励磁;对于无自动电压调节器的发电机,则要手动增加励磁。增加励磁的作用是增加定、转子磁极间的拉力,以削弱转子的惯性作用,使发电机较易在到达平衡点附近拉入同步。

(3)发电机在手动励磁方式下运行时,在机组启动自动加负荷过程中,必须随着发电机有功功率的增加,同步增加无功功率,严防因单机高功率因数引起的发电机失步。若因单机高功率因数引起失步,应减少发电机的有功输出,同时增加励磁电流,以利于发电机的同步。

(4)若一台发电机失步,可适当减轻它的有功出力,这样容易拉入同步。若是系统解列,则电厂应根据具体情况增减负荷,不能一概减少出力。因为此时送端系统的周波升高,受端系统的周波降低,周波低的电厂应增加有功出力,同时将电压提高到最大允许值,周波高的电厂应降低有功出力,以降低周波,并尽量接近于受端的周波,同时也要将电压提高到最大允许值。

(5)上述措施,经1~2 min后仍未将机组拉入同步状态时,即可将失步发电机与系统解列,或按调度要求将非同期两部分系统解列。

(6)处理发电机失步事故时,一要冷静沉着地分析,准确地判断;二要有整体观念,及时报告调度,听从指挥,服从调令。

4.发电机失磁或失步的后果

发电机正常运行时,定子旋转磁场与转子磁场以同步转速一同运转,此时水轮机的主动力矩与发电机的电磁阻力矩相平衡,发电机以额定转速运行,当转子电流消失时,则转子磁极电磁力矩将减少,水轮机的主动力矩没有变,于是就存在过剩力矩而使发电机转速升高。这样转子和定子磁场间就产生了转差,即发电机失步,将对发电机和电力系统产生不良后果,主要体现在以下几方面:

(1)将在转子的阻尼系统、转子铁芯表面、转子绕组中(经灭磁电阻回路)、定子铁芯上引起高温,直接危及转子安全。

(2)在定子绕组中出现脉动电流,将产生交变力矩,使机组振动摆度值增大,噪声明显,影响发电机的安全。

(3)发电机失磁后,将从系统吸收无功,导致失磁发电机附近的电力系统电压下降。

(4)由于电力系统电压下降,故必然引起其他发电机过电流。

(5)由于上述过电流的存在,有可能引起保护动作使系统中其他发电机解列,从而导致系统电压进一步下降,严重时将使系统瓦解(失磁发电机在电力系统中的地位越高、容量越大,这种后果越严重)。

发电机失磁后果十分严重,故在发电机电气保护中设置有失磁保护回路,一旦失磁发生,保护将动作,使机组与系统立即解列。但实际运行中仍然存在灭磁开关偷跳、误操作、保护失灵等现象,使事故屡屡发生,这就要求运行人员能够对发电机失磁做出准确判断,果断采取措施,杜绝事故恶化。

以某水电厂为例:

2009年1月17日,某水电站3号机组并网运行过程中监控系统发出“励磁装置故障灭磁”信号后3号机组紧急动作停机。在检查监控历史曲线中发现,励磁装置直流工作电源消失时,励磁电压快速下降为零,定子绕组A相电流快速升至22.8 kA,机端电压随即降至10 kV,机组有功功率由290 MW降至104 MW,无功功率由-65 MVar变为-380 MVar。查明原因为相关工作人员施工过程中误碰导致3号机组直流馈电屏直流Ⅰ段失电,励磁调节器直流工作电源消失,在切换至交流电源供电时,交流电源空气开关跳闸,励磁调节器交直流工作电源消失,机组失磁,而引入发电机保护A柜P345、发电机保护B柜P343保护装置的CT电流极性接反,导致发电机失磁保护未动作,机组过速后由机械过速155%Ne启动水机保护回路而停机。

在这种情况下,由于发电机励磁突然减少或失磁,故发电机电动势突然降低,发电机的功率瞬间突然变小。如上所述,发电机输入功率与发电机发出有功功率不能平衡,造成了失步,给发电机带来了严重影响。

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