如何处理发电机异常和故障问题？

教学目标

知识目标：

（1）熟悉发电机的运行方式和保护配置。

（2）熟悉发电机的故障现象。

（3）掌握发电机故障处理流程和处理步骤。

能力目标：

（1）能说出发电机的运行方式和保护配置。

（2）能根据故障现象查找故障。

（3）能在仿真机上熟练进行发电机的故障处理。

素质目标：

（1）能主动学习，在完成任务过程中发现问题、分析问题和解决问题。

（2）能严格遵守专业相关规程标准及规章制度，与小组成员协商、交流配合，按标准化作业流程完成学习任务。

任务分析

（1）记录发电机异常现象，进行发电机异常处理。

（2）记录发电机故障现象，进行发电机故障处理。

相关知识

一、发电机的异常运行

所谓异常运行，就是指机组脱离正常的运行状态，在运行中机组的某些参数失调，但未造成严重后果的运行状态。机组发生异常运行时，通常会发出相应的故障信号，有关仪表也会有指示。运行人员可根据这些指示和信号，分析并消除故障，使机组恢复正常运行。如果故障不能消除，而且有危及机组安全的发展趋势，则应停机处理。

1.发电机过负荷

（1）现象。

①定子电流指示超过额定值。

②有功表、无功表指示超过额定值。

（2）原因。

系统发生短路故障、发电机失步运行、成群电动机启动和强行励磁等情况下，发电机的定子或转子都可能短时过负荷。

（3）处理方法。

①系统故障的处理方法：监视发电机各部分温度不超限，定子电流为额定值。

②系统无故障，单机过负荷，系统电压正常，其处理方法如下：

a.降低无功功率，使定子电流降到额定值以内，但功率因数不超过0.95，定子电压不大于0.95 倍额定电压。留意定子电流达到答应值所经过的时间，不应超过规定值。

发电机过负荷（视频文件）

b.若降低无功功率不能满足要求，则请示值长降低有功功率。

c.若AC 励磁调节器通道故障引起定子过负荷，应将AC 调节器切至DC 调节器运行。

d.加强对发电机端部、集电环和换向器的检查。如有可能，应加强冷却，降低发电机进口风温，发电机、变压器组增开油泵、风扇等。

e.过负荷运行时，应密切监视定子绕组，空冷器前后的冷、热风温度和机组振动摆度是否超过答应值，并做好其具体的记录。

2.发电机三相电流不平衡

（1）现象。

①定子三相电流指示互不相等，三相电流差较大，负序电流指示值也增大。

②当不平衡超限且超过规定运行时间时，负序信号装置发出“发电机不对称过负荷”信号。

发电机三相电流不平衡（视频文件）

③造成转子的振动和发热。

（2）原因。

①发电机及其回路一相断开或断路器一相接触不良。

②某条送电线路非全相运行。

③系统单相负荷过大，如有容量巨大的单相负载。

④定子电流表或表计回路故障也会使定子三相电流表指示不对称。

（3）处理方法。

当发电机三相电流不平衡超限运行时，若判明不是表计回路故障引起，则应立即降低机组的负荷，使不平衡电流降到答应值以下，然后向系统调度汇报。等三相电流平衡后，再根据调度命令增加机组负荷。水轮发电机的三相电流之差，不得超过额定电流的20%，同时任何一相的电流，不得大于其额定值。水轮发电机答应担负的负序电流，不得大于额定电流的12%。

3.发电机温度异常

（1）现象。

发电机绕组或铁芯温度比正常值明显升高或超限，发电机各轴承温度比正常值明显升高或超限。

（2）原因。

①检测元件故障。

②冷却系统故障：冷却水压不够，冷却水量不足，管路堵塞、破裂或阀芯脱落。

③三相电流不平衡超限引起温度升高。

④发电机过负荷。

⑤冷却油盆的油量不足或冷却水管破裂，导致冷却油盆混入冷却水。

（3）处理方法。

①判定是否为表计或测点故障，是则通知维护处理，并将故障测点退出，密切监视其他测点的温度。

②若表计或测点指示正确，温度又在急剧上升，则减负荷使温度降到额定值以内，否则停机处理。

③检查三相电流是否平衡，不平衡电流是否超限，若超限则按三相不平衡电流进行处理。

④检查三相电压是否平衡，功率因数是否在正常范围以内，若不符合要求则调整至正常。

⑤判定是否为冷却水故障引起，若冷却水温升高，则应检查和调节冷却水的流量、压力至正常范围内。

发电机温度异常（视频文件）

⑥若为过负荷引起，则采用过负荷方式进行处理。

⑦若为冷却水管破裂，则封闭相应阀门，停机处理。

⑧运行中，若定子铁芯部分温度普遍升高，应检查定子三相电流是否平衡、进风温度和出风温差、室冷器的冷却水是否正常，采取相应的措施进行处理。在以上处理过程中，应控制定子铁芯温度不得超过答应值，否则减负荷停机。

⑨运行中，若定子铁芯个别温度忽然升高，应分析该点温度上升的趋势及与有功、无功负荷的变化关系，并检查该测点是否正常。若随着铁芯温度，进、出风温差的明显上升，又出现“定子接地”信号时，应立即减负荷解列停机，以免铁芯烧坏。

⑩运行中，若定子铁芯个别温度异常下降，应加强对发电机本体、空冷小室的检查和温度的监视，综合各种外部迹象和表计、信号进行分析，以判定是否是发电机转子或定子漏水所致。

4.发电机仪表指示失常

（1）现象：上位机显示的各种参数忽然失去指示或指示异常。

（2）原因及处理方法。

①测点故障或端子松动。

②上位机与LCU （现地控制单元）或LCU 与PLC 的通信故障：将机组切至现地控制，并通知维护人员进行处理。

③电压互感器二次侧断线：如有功定子电压表、无功定子电压表、功率表等表计因电压互感器二次侧断线失去指示，电能表也因此停止计量，而其他表计，如定子电流、转子电流、转子电压、励磁回路有关表计仍指示正常，此时，运行人员应根据所有表计指示情况做综合分析，判定指示不正常的原因。不可因上述表计指示不正常而盲目解列停机，也不能调节负荷，应通过其他表计监视发电机的运行，并通知维护人员进行处理。

发电机仪表指示失常（视频文件）

④电流互感器二次侧开路引起表计指示不正常：如一相开路，其定子电流表、有功表、无功表均可能指示不正常。具体情况和程度与电流互感器的故障相别有关。出现电流互感器二次侧开路后，应立即通知值班人员，不要盲目调节负荷。处理过程中，应加强对发电机运行工况的监视，并防止电流互感器二次侧开路高压对人的伤害。

5.发电机进相运行

当发电机励磁系统由于AVR 的原因或故障，或人为降低发电机的励磁电流过多，使发电机由发出感性无功功率变为吸收系统感性无功功率，定子电流由滞后于机端电压变为超前于机端电压运行，这就是发电机的进相运行。进相运行也是现场经常提到的欠励磁运行（或低励磁运行）。此时，由于转子主磁通降低，引起发电机的励磁电动势降低，使发电机无法向系统送出无功功率，进相程度取决于励磁电流的降低程度。

（1）引起发电机进相运行的原因。

①低谷运行时，发电机无功负荷原已处于低限，当系统电流因故忽然升高或有功负荷增加时，励磁电流自动降低引起进相（有功功率增加，功率因素增大，无功功率减小使励磁电流减小）。

②AVR 失灵或误动、励磁系统其他设备发生了故障、人为操纵使励磁电流降低较多等也会引起进相运行。

发电机进相运行（视频文件）

（2）发电机进相运行的处理方法。

①假如由于设备原因引起进相运行，只要发电机尚未出现振荡或失步，可适当降低发电机的有功负荷，同时进步励磁电流，使发电机脱离进相状态，然后查明励磁电流降低的原因。

②由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时，应及早解列。机组进相运行时，定子铁芯端部容易发热，对系统电压也有影响。

③制造厂答应或经过专门试验确定能进相运行的发电机，如系统需要，在不影响电网稳定运行的条件下，可将功率因数进步到1 或在答应进相状态下运行。此时，应严密监视发电机运行工况，防止失步，尽早使发电机恢复正常。还应留意对高压厂用母线电压的监视，保证其安全。

二、发电机的故障及处理

1.发电机定子单相接地

发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地的原因可分为真接地和假接地。

（1）发电机定子接地的原因。

①小动物引起定子接地。如老鼠窜入设备，使发电机一次回路的带电导体经小动物接地，造成瞬时接地报警。

②定子绕组绝缘损坏。除了绝缘老化方面的原因，主要还有各种外部原因引起的绝缘损坏，如定子铁芯叠装松动、绝缘表面落上导电性物体（如铁屑）、绕组线棒在槽中固定不紧等，在运行中产生振动使绝缘损坏。制造发电机时，线棒绝缘留有局部缺陷、运转时转子零件飞出、定子端部固定零件绑扎不紧、定子端部接头开焊等因素均能引起绝缘损坏。

③定子绕组引出线回路的瓷绝缘子受潮或脏物引起定子回路接地。

发电机定子接地的原因（视频文件）

④水冷机组漏水及内冷却水电导率严重超标，引起接地报警。

⑤发电机变压器组（简称发变组）单元接线中，主变压器低压绕组或高压厂用变压器高压绕组内部发生单相接地，都会引发定子接地报警信号。

发电机带开口三角形绕组的电压互感器高压熔断器熔断时，也会发出定子接地报警信号，这种现象通常称为“假接地”。

（2）发电机定子接地的现象及其判断。

当发电机定子绕组及与定子绕组直接连接的一次回路发生单相接地或发电机电压互感器高压熔断器熔断时，均发出“定子接地”光字牌报警信号，按下发电机定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表出现零序电压指示。

发电机发出“定子接地”报警后，运行人员应判别接地相别和真假接地。判别的方法是：当定子一相接地为金属性接地时，通过切换定子电压表可测得接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，各线电压不变且平衡。按下定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表指示为零序电压值，其值应为100 V。如果一点接地发生在定子绕组内部或发电机出口且为电阻性，或接地发生在发变组主变压器低压绕组内，切换测量定子电压表，测得的接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压，“定子接地”电压表指示小于100 V。

当发电机电压互感器高压侧一相或两相熔断器熔断时，其二次侧开口三角形绕组端电压也要升高。如U 相熔断器熔断，发电机各相对地电压未发生变化，仍为相电压，但电压互感器二次电压测量值因U 相熔断器熔断发生了变化，即UUV、UWU降低，而UVW仍为线电压（线电压不平衡），各相对地电压UU0、UW0接近相电压，UU0 明显降低（相对地无电压升高），“定子接地”电压表指示为100／3 V，发出“定子接地”光字牌信号（假接地）。

发电机定子接地的现象及判断（视频文件）

综上所述，真、假接地的根本区别在于：真接地时，定子电压表指示接地相对地电压降低（或等于零），非接地相对地电压升高（大于相电压但不超过线电压），而线电压仍平衡。假接地时，相对地电压不会升高，线电压也不平衡。这是判断真、假接地的关键。

（3）发电机定子接地的处理方法。

对于中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的发电机（200 MW 及以下），当发生单相接地时，接地电流均不超过允许值（2～4 A），故可继续运行，并查找和处理接地故障。若判明接地点在发电机内，应立即减负荷停机；若接地点在机外，运行时间不应超过2 h。对于中性点经高电阻接地的发电机（200 MW 及以上），当发生单相接地时，接地保护一般作用于跳闸，动作跳闸待机停转后，通过测量绝缘电阻，找出故障点。这是考虑到接地点发生在发电机内部时，接地电弧电流易使铁芯损坏，对大机组来说，铁芯损坏不易修复。另外，接地电容电流能使铁芯熔化，熔化的铁芯又会引起损坏区扩大，使有效铁芯“着火”，由单相短路发展为相间短路。

由上所述，当接到“定子接地”报警后，若判明为真接地，应检查发电机本体及所连接的一次回路，如果接地点在发电机外部，应设法消除。例如，将厂用电倒为备用电源供电，观察接地是否消除。如果接地无法消除，应在规定时间内停机。如果查明接地点在发电机内部，应立即减负荷解列停机，并向上级调度汇报。如果现场检查不能发现明显故障，但“定子接地”报警又不消失，应视为发电机内部接地，必须停机检查处理。

发电机定子接地的处理（视频文件）

若判明为假接地，应检查并判明发电机电压互感器熔断器熔断的相别，视具体情况，带电或停机更换熔断器。如果带电更换熔断器，应做好人身安全措施和防止继电保护误动的措施。

2.发电机转子接地

发电机转子接地分转子一点接地和两点接地，另外还会发生转子层间和匝间短路故障。与定子接地一样，转子接地也有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地、金属性接地和电阻接地之分。

（1）转子接地的原因。

工作人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地；转子集电环、槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏；长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地；鼠类等小动物窜入励磁回路，定子进出水支路绝缘引水管破裂漏水，励磁回路脏污等引起转子接地。

（2）发电机转子一点接地的现象及处理方法。

发电机发生转子一点接地时，中央信号警铃响，“发电机转子一点接地”光字牌亮，表计指示无异常。

转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。此时，运行人员应检查“转子一点接地”光字信号是否能够复归。若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，则通知检修人员检查转子一点接地保护是否正常。若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。如发现某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压（正、负极之间的电压值），说明确实发生了一点接地。运行人员应按下述步骤处理：

①检查励磁回路是否有人工作，如是工作人员引起，应予以纠正。

②检查励磁回路各部位有无明显损伤或是否因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫。

③对有关回路进行详细外部检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。

④检查区分接地是在励磁回路还是在测量保护回路。

⑤若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，将转子两点接地保护作用于跳闸，并申请尽快停机处理。

⑥转子带一点接地运行时，若机组又发生欠励磁或失步，一般可认为转子接地已发展为两点接地，这时转子两点接地保护动作跳闸，否则应立即人为停机。对于双水内冷机组，在转子一点接地时又发生漏水，应立即停机。

（3）发电机转子两点接地或层间短路的现象及处理方法。

当转子发生两点接地时，转子电流表指示剧增，转子和定子电压表指示降低，无功表指示明显降低，功率因数提高甚至进相，“转子一点接地”光字牌亮，警铃响，机组振动较大，严重时可能发生失步或失磁保护动作跳闸。

发电机转子接地（视频文件）

由于转子两点接地时，转子电流增大很多，会造成励磁回路设备过热甚至损坏。如果其中一接地点发生在转子绕组内部，部分转子绕组也要出现过热。另外，转子两点接地使磁场的对称性遭到破坏，故机组产生强烈振动，特别是两点接地时除发生刺耳的尖叫声外，发电机两端轴承间隙还可能向外喷带火苗的黑烟。为此，发电机发生转子两点接地时，应立即紧急停机。如果“转子一点接地”光字牌未亮，由于转子层间短路引起机组振动超过允许值或转子电流明显增大时，应立即减小负荷，使振动和转子电流减少至允许范围。经处理无效时，根据具体情况申请停机或打闸停机。

3.发电机的非同期并列

在不满足同期条件时，人为操作或借助自动装置操作将发电机并入系统，这种并列操作称非同期并列。非同期并列是发电厂电气运作的恶性事故之一，非同期并列对发电机及系统都会造成严重后果，非同期并列时，由于合闸冲击电流很大，机组产生剧烈振动，会使待并发电机组变形、扭转、绝缘崩裂，定子绕组并头套熔化，甚至将定子组烧毁。特别是大容量机组与系统非同期并列，将造成对系统的冲击，引起该机组与系统间的功率振荡，危及系统的稳定运行。因此，必须防止发电机的非同期并列。

发电机的非同期并列（视频文件）

（1）非同期并列的现象。

发电机非同期并列时，发电机定子产生大的电流冲击，定子电流表剧烈摆动，定子电压表也随之摆动，发电机发生剧烈振动，发出轰鸣声，其节奏与表计摆动相同。

（2）非同期并列的处理方法。(www.xing528.com)

对于发电机的非同期并列，应根据事故现象正确判断处理。当同期条件相差不悬殊时，发电机组无强烈的振动和轰鸣声，且表计摆动能很快趋于缓和，则机组不必停机，机组会很快被系统拉入同步，进入稳定运行状态。若非同期并列对发电机产生极大的冲击和引起强烈的振动，表计摆动剧烈且不衰减时，应立即解列停机，试验检查确认机组无损坏后，方可重新启动开机。

4.发电机的失磁

同步发电机失去直流励磁，称为失磁。发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低转差率与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，它是一种特殊的运行方式。

（1）发电机失磁的原因。

引起发电机失磁的原因有励磁回路开路，如自动励磁开关误跳闸、励磁调节装置的自动开关误动；转子回路断线，即励磁机电回路断线，励磁机励磁绕组断线；励磁机或励磁回路元器件故障，如励磁装置中元器件损坏，励磁调节器故障，转子集电环、电刷环火或烧断；转子绕组短路；失磁保护误动和运行人员误操作等。

（2）发电机失磁运行的现象。

①中央音响信号动作，“发电机失磁”光字牌亮。

②转子电流表的指示等于零或接近于零。转子电流表的指示与励磁回路的通断情况及失磁原因有关：若励磁回路开路，转子电流表指示为零；若励磁绕组经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭路，或AVR、励磁机、整流装置故障，转子电流表有指示。但由于励磁绕组回路流过的是交流（失磁后，转子绕组感应出转差频率的交流），故直流电流表有很小的指示值。

③转子电压表指示异常。在发电机失磁瞬间，转子绕组两端可能产生过电压（励磁回路高电感而致）；若励磁回路开路，则转子电压降至零；若转子绕组两点接地短路，则转子电压指示降低；若转子绕组开路，则转子电压指示升高。

④定子电流表指示升高并摆动。升高的原因是由于发电机失磁运行时，既向系统送出有功功率，又要从系统吸收无功功率以建立机内磁场，且吸收的无功功率比原来送出的无功功率要大，使定子电流加大。摆动是由转矩的交变引起的。发电机失磁后异步运行时，转子上感应出差频交流电流，该电流产生的单相动磁场可分解为正向和反向旋转磁场，其中反向旋转磁场与定子磁场作用，对转子产生起制动作用的异步转矩；正向旋转磁场与定子磁场作用，产生交变的异步转矩。由于电流与转矩成正比，所以转矩的变化引起电流的脉动。

⑤定子电压降低且摆动。发电机失磁时，系统向发电机送出无功功率，因定子电流比失磁前增大，故沿回路的电压降增大，导致机端电压下降。电压摆动是由定子电流摆动引起的。

⑥有功表指示降低且摆动。有功功率输出与电磁转矩直接相关。发电机失磁时，由于原动机的转矩大于电磁转矩，转速升高，汽轮机调速器自动关小汽门，这样，驱动转矩减小，输出有功功率也减小，直到原动机的驱动转矩与发电机的异步转矩平衡时，调速器停止动作。发电机的有功功率输出稳定在小于正常值的某一数值。摆动的原因也是由于存在交变异步功率造成的。

⑦无功表指示为负值，功率因数表指示进相。发电机失磁进入异步运行后，相当于一个转差率为的异步发电机，一方面向系统送出有功功率，另一方面从系统吸收大量的无功功率作用于励磁，所以发电机的无功表指示负值，功率因数表指示进相。

（3）发电机失磁运行的影响及应用条件。

发电机失磁运行的影响：

①发电机失磁后，从系统吸收无功功率，造成系统的无功功率严重缺额，系统电压下降，这不仅影响失磁机组厂用电的安全运行，还可能引起其他发电机的过电流。更严重的是电压下降，降低了其他机组的功率极限，可能破坏系统的稳定性，还可能因电压崩溃造成系统瓦解。

②对失磁机组的影响。发电机失磁运行时，使定子电流增大，引起定子绕组温度升高；使机端漏磁增加，端部铁芯构件因损耗增加而发热，温度升高；由于失磁运行，在转子本体中因感应出的差频交流电流产生损耗而发热，并引起转子局部过热；由于转子的电磁不对称产生的脉动转矩将引起机组和基础的振动。

根据上述不良影响，允许发电机失磁运行的条件是：

①系统有足够的无功电源储备。通过计算，应能确认发电机失磁后要保证电压不低于额定值的90%，这样才能保证系统的稳定。

②定子电流不超过发电机运行规程所规定的数值，一般不超过额定值的1.1 倍。

③定子端部各构件的温度不超过允许值。

④转子损耗：外冷式发电机不超过额定励磁损耗；内冷式发电机不超过0.5 倍额定励磁损耗。

（4）发电机失磁运行的处理方法。

由于不同电力系统的无功功率储备和机组类型不同，有的发电机允许失磁运行，有的不允许失磁运行，因此，处理的方式也不同。

对于汽轮发电机（如100 MW 汽轮机组），经大量失磁运行试验表明，在30 s 内将发电机的有功功率减至额定值的50%，可继续运行15 min；若将有功功率减至额定值的40%，可继续运行30 min。但对无功功率储备不足的电力系统，考虑到电力系统电压水平和系统稳定性，不允许某些容量的汽轮发电机失磁运行。

对于调相机和水轮发电机，无论系统无功功率储备如何，均不允许失磁运行。因调相机本身是无功电源，失去励磁就失去了无功调节的作用。而水轮发电机的转子为凸极转子，失磁后，转子上感应的电流很小，产生的异步转矩小，故输出有功功率也小，失磁运行基本没有实际意义。

①不允许发电机失磁运行的处理步骤：

a.根据表计和信号显示，尽快判明失磁原因。

b.失磁机组可利用失磁保护带时限动作于跳闸。若失磁保护未动作，应立即手动将机组与系统解列。

c.若失磁机组的励磁可切换至备用励磁，且其余部分仍正常，在机组解列后，可迅速换至备用励磁，然后将机组重新并网。

d.在进行上述处理的同时，应尽量增加其他未失磁机组的励磁电流，以提高系统电压稳定能力。

e.严密监视失磁机组的高压厂用母线电压，在条件允许且必要时，可切换至备用电源供电，以保证该机组厂用电的可靠性。

发电机的失磁（视频文件）

②允许发电机失磁运行的处理步骤：

a.发电机失磁后，若发电机为重载，在规定的时间内，将有功功率减至允许值（降低对系统和厂用电的影响）；若发电机为轻载，则不必减小有功功率；在允许运行时间内，查找机组失磁的原因。

b.增加其他机组的励磁电流，维持系统电压。

c.监视失磁机组的定子电流，应不超过1.1 倍额定电流，定子电压应不低于0.9 倍额定电压，并同时监视定子端部温度。

d.在允许运行时间内，设法迅速恢复励磁电流。如果AVR 不能正常工作，应切换至备用励磁装置。

e.如果在允许继续运行的时间内不能恢复励磁，应将失磁发电机的有功功率转移至其他机组，然后解列。

5.发电机的振荡和失步

同步发电机正常运行时，定子磁极与转子磁极之间可看成是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，这相当于磁力线缩短。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功角不能立即稳定在新的数值，而是要在新的稳定值左右经过若干次摆动，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，最后发电机稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称之为同步振荡；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，进入异步运行，称之为非同步振荡。

（1）发电机振荡或失步时的现象。

①定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈摆动。这是因为各并列电动势间的夹角发生了变化，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，转矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流表的指针就来回摆动。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的夹角在变化，引起电压摆动。因为电流比正常时大，压降也就大，引起电压偏低。

③有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。这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功率、有时吸收有功功率的缘故。

④转子电压、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，就使得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地变化，作用在转子上的转矩也相应变化，因而转速也随之变化。

⑥发电机发出有节奏的响声，并与表计指针的摆动节奏合拍。

⑦欠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。这往往是因为运行方式改变，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。

③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，造成系统功率严重不平衡。

④大机组失磁。大机组失磁，从系统吸取大量无功功率，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。

⑤原动机调速系统失灵。原动机调速系统失灵，造成原动机输入转矩突然变化，功率突升或突降，使发电机转矩失去平衡，引起振荡。

⑥发电机运行时电动势过低或功率因数过高。

⑦电源间非同期并列未能拉入同步。

（3）单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别。

①失步机组的表计指针摆动幅度比其他机组表计的指针摆动幅度要大。

②失步机组的有功表指针摆动方向正好与其他机组的相反，失步机组有功表的指针摆动可能满刻度，而其他机组在正常值附近摆动。

③系统性振荡时，所有发电机表计指针的摆动是同步的。

（4）发电机振荡或失步的处理方法。

当发生振荡或失步时，应迅速判断是否为本厂误操作所引起，并观察是否有某台发电机发生了失磁。如本厂情况正常，应了解系统是否发生故障，以判断发生振荡或失步的原因。发电机发生振荡或失步的处理如下：

①如果不是某台发电机失磁引起，则应立即增加发电机的励磁电流，以提高发电机电动势，增加功率极限，提高发电机稳定性。这是由于励磁电流的增加，使定子、转子磁极间的拉力增加，削弱了转子的惯性，在发电机到达平衡点时而拉入同步。这时，如果发电机励磁系统处在强励状态，1 min 内不应干预。

发电机的振荡和失步（PPT）

②如果是由于单机高功率因数引起，则应降低有功功率，同时增加励磁电流。这样既可以降低转子惯性，也由于提高了功率极限而增加了机组的稳定运行能力。

③当振荡是由于系统故障引起时，应立即增加各发电机的励磁电流，并根据本厂在系统中的地位进行处理。如本厂处于送端，为高频率系统，则应降低机组的有功功率；反之，若本厂处于受端且为低频率系统，则应增加有功功率，必要时采取紧急拉闸措施以提高效率。

④如果是单机失步引起的振荡，采取上述措施经一定时间仍未进入同步状态时，可根据现场规定，将机组与系统解列或按调度要求将同期的两部分系统解列。

以上处理，必须在系统调度的统一指挥下进行。

6.发电机调相运行

同步发电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行。当运行中的发电机因汽轮机危及保安器误动或调速系统故障而导致主汽门关闭时，发电机失去原动力，此时若发电机的横向联动保护或逆功率保护未动作，发电机则变为调相机运行。

（1）发电机变为调相机运行的现象。

①汽轮机盘出现“主汽门关闭”光字牌报警信号。

②发电机有功表指示为负值，电能表反转。此时，发电机从系统吸取少量有功功率维持其同步运行。

③发电机无功表指示升高。此时，发电机仅从系统吸取少量有功功率维持空载转动，而发电机的励磁电流未发生变化。由发电机的电压相量图或功率输出P－Q 特性曲线可知，其功角减小时，功率因数角加大，故无功功率增大。

④发电机定子电压升高，定子电流减小。定子电流的减小是由于发电机输出有功功率突然消失引起的，虽然输出无功功率增加，并从系统吸取少量有功功率，但定子总的电流仍减小。由于定子电流的减小，电流在定子绕组上的压降减小，故定子电压升高。由于发电机与系统相连，发电机向系统输送的无功功率增加，使发电机的去磁作用增加，定子电压自动降低，保持发电机电压与系统电压平衡。

⑤发电机励磁回路仪表指示正常，系统频率可能有降低。因励磁系统未发生变化，故磁路回路各表计指示正常。发电机调相运行时，不仅不输出有功功率，还要从系统吸取少量有功功率维持其同步运行。当该发电机占系统总负荷比例较大时，由于系统有功功率不足，会使系统频率下降。

（2）发电机变为调相机运行的处理方法。

发电机变为调相机运行，对发电机本身来说并无危害，但汽轮机不允许长期无蒸汽运行。这是由于汽轮机无蒸汽运行时，叶片与空气摩擦将会造成过热，使汽轮机的排汽温度很快升高，故汽轮发电机不允许持续调相运行。

发电机调相运行
（PPT）

当汽轮发电机发生调相运行后，逆功率保护应动作跳闸，按事故跳闸处理；若逆功率保护拒动，运行人员应根据表计指示及信号情况迅速做出判断，在1 min内将机组手动解列，此时应注意厂用电联动正常。若汽轮机能很快恢复，则可再并列带负荷；若汽轮机不能很快恢复，应将发电机操作至备用状态。

水轮发电机组由发电转为调相，或者由调相转为发电方式，在运行上都是允许的，而且是很方便的。机组由发电转为调相运行时，一般先将有功负荷减到零，然后将导水叶全关，但机组不与系统解列，由电网带动机组旋转，转子继续励磁，从而向系统发送无功功率。机组由停机备用转为调相运行时，可按正常程序开机，先使发电机并网空载运行，然后再调节励磁使之调相运行。

担负调相运行的水轮发电机组，为了避免调相运行时水涡轮在水中旋转而造成能量损失，应考虑转轮室的排水方式。通常是向转轮室通入压缩空气以压低转轮室水位。同时，也相应要考虑主轴水封的润滑及冷却方式。

7.发电机断路器自动跳闸

机组正常运行时，由于种种原因可能使发电机与系统相连的断路器自动跳闸，运行人员应正确判断并及时处理，以保证机组安全运行。

（1）发电机断路器自动跳闸的原因。

①继电保护动作跳闸。如机组内部或外部短路故障引起继电保护动作跳闸；发电机因失磁或断水保护动作跳闸；热力系统故障由热机保护联锁使断路器跳闸。

②工作人员误碰或误操作、继电保护误动作使断路器跳闸。

发电机断路器自动跳闸（PPT）

③直流系统发生两点接地，造成控制回路或继电保护误动作跳闸。

（2）发电机断路器自动跳闸后的现象。

保护正确动作引起的跳闸：

①扬声器响，机组断路器和灭磁开关的位置指示灯闪烁。当机组发生故障时，发电机主断路器、灭磁开关、高压厂用工作分支断路器在继电保护的作用下自动跳闸，各跳闸断路器的绿灯闪烁。高压厂用备用分支断路器被联动自动合闸，备用分支断路器的红灯闪烁。

②发电机主断路器、高压厂用工作分支断路器、灭磁开关“事故跳闸”光字牌信号报警，有关保护动作光字牌亮。

③发电机有关表计指示为零。发电机事故跳闸后，其有功表、无功表、定子电流和电压表、转子电流和电压表等表计指示全部为零。

④在断路器跳闸的同时，其他机组均有异常信号，表计也有相应异常指示。如发电机故障跳闸时，其他机组应出现过负荷、过电流等现象，并出现表计指示大幅度上升或摆动。

人员误碰、保护误动作引起的跳闸：

①断路器位置指示灯闪光，灭磁开关仍在合闸位置。

②发电机定子电压升高，机组转速升高。

③在自动励磁调节器作用下，发电机转子电压、电流大幅度下降。

④有功功率、无功功率及其他表计有相应指示。因厂用分支断路器未跳闸，仍带厂用电负荷。

⑤其他机组表计无故障指示，无电气系统故障现象。

（3）发电机断路器自动跳闸的处理方法。

保护正确动作的处理：

①发电机主断路器自动跳闸后，应检查灭磁开关是否已经跳闸，若未跳闸应立即断开。

②发电机主断路器、灭磁开关、高压厂用电源工作分支断路器跳闸后，应检查高压厂用电源工作分支切换至备用分支是否成功。若不成功，应手动合上备用分支断路器（若工作分支断路器未跳闸，应先拉工作分支后合备用分支），以保证机组停机用电的需要。

③复归跳闸断路器控制开关和音响信号。将自动跳闸和自动合闸断路器的控制开关置至与断路器的实际位置相一致的位置，使闪光信号停止。按下音响信号的复位按钮，使音响停止。

④停用发电机的自动助磁调节器（AVR）。

⑤调节、监视其他无故障机组的运行工况，以维持其正常运行。

⑥检查继电保护动作情况，并做出相应处理。若发电机因系统故障跳闸（如母线差动、失灵保护），应维持汽轮机的转速，并检查发变组一次系统，特别是需对断路器和灭磁开关的外部状况进行详细检查。在系统故障排除或经倒换运行方式将故障隔离后，联系调度，将机组重新并入系统；若为发变组内部保护动作跳闸，应立即将与其有关的系统改为冷备用，对发电机、主变压器、高压厂用变压器及有关设备进行检查，并测量绝缘；查明原因，确定故障点和故障性质后，汇报调度停机检修，待故障排除后重新启动并网。若为失磁保护动作跳闸，应查明原因，对可切换至备用励磁装置运行的机组，可重新并网，否则只能停机，待缺陷消除后再将机组启动并网。

（4）发电机断路器误跳闸的处理方法。

①发电机保护误动作跳闸。断路器跳闸时，应有继电保护动作信号发出，但机组和系统无故障现象，其他电气设备也无不正常信号。此时，应检查是什么保护误动作引起跳闸。

如为后备保护误动作，在征得调度同意后，可将其暂时停用，先将发电机并网，然后消除故障；如为机组主保护误动作引起跳闸，必须查明保护误动的原因，消除误动故障后方可重新并网。发电机断路器自动跳闸后，检查发变组一次系统无异常，检查保护也无异常时，经总工程师及调度同意，可对发电机手动零起升压。若升压过程中有异常，应立即停机处理。

②人为误磁、误操作引起的跳闸。一般情况下，此时灭磁开关仍处于合闸位置，发电机各表计指示为用负荷现象。此时，应将灭磁开关手动跳闸，在查明确实是人为原因引起后，应尽快将机组重新并网运行。

③因直流系统两点接地引起的误跳闸。这种情况出现前，直流系统往往带一点接地运行，跳闸时可能无故障信号发生，因此应首先查找并消除直流系统接地故障，然后将机组重新并网运行。

8.发电机内部爆炸、着火

（1）发电机冒烟着火的主要原因。

发电机内部爆炸、着火（PPT）

发生短路故障后的切除时间过长；绝缘击穿形成火花或电弧；绝缘表面脏污造成绝缘损坏，构成故障；承载大电流的接头过热：局部铁芯过热，杂散电流引起火花等。

（2）故障现象。

发电机内部有强烈爆炸声，两侧端盖处冒烟，有焦臭味：发电机内部氢气压力大幅改动，出口氢温升高，氢气纯度下降；发电机表计指示可能基本正常，发电机内部保护动作。

（3）处理方法。

保护未动作时，应立即将发电机与系统解列，切除励磁，并按现场规定灭火。为了防止发电机大轴受热不均而弯曲，应维持发电机在10%额定转速左右运行。

任务实施

（1）根据发电机事故处理的基本原则、处理流程和相关规程，正确写出发电机异常的处理步骤，并结合有关规定在仿真机上进行发电机异常处理。

（2）根据发电机事故处理的基本原则、处理流程和相关规程，正确写出发电机故障的处理步骤，并结合有关规定在仿真机上进行发电机故障处理。