同步發(fā)電機(jī)的失磁異步運(yùn)行

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1、同步發(fā)電機(jī)的失磁異步運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的失磁異步運(yùn)行是指同步發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，仍帶有一定的有功負(fù)荷，以某一滑差與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的一種非正常運(yùn)行方式，即由同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)發(fā)電機(jī)的一種特殊運(yùn)行方式。同步發(fā)電機(jī)全部或部分地失去勵(lì)磁是常見(jiàn)的一種故障。造成發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁的原因，可能是勵(lì)磁系統(tǒng)中某一開(kāi)關(guān)跳閘，勵(lì)磁回路短路或斷線及勵(lì)磁機(jī)故障等。通常發(fā)電機(jī)失磁一般能由運(yùn)行人員較快地消除并恢復(fù)勵(lì)磁或切換到備用勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行。如果發(fā)電機(jī)失磁立即由失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘，不僅對(duì)熱力設(shè)備安全非常不利，而且機(jī)組操作復(fù)雜，容易造成溫差、脹差超過(guò)規(guī)定或斷油磨瓦、彎軸等嚴(yán)重

2、事故。而在電網(wǎng)和機(jī)組本身允許的條件下，發(fā)電機(jī)在失磁后短時(shí)間內(nèi)采用異步運(yùn)行方式，繼續(xù)與電網(wǎng)并列運(yùn)行且發(fā)出一定的有功功率，待運(yùn)行人員手動(dòng)或由自動(dòng)裝置自動(dòng)恢復(fù)勵(lì)磁進(jìn)入同步運(yùn)行，對(duì)保證機(jī)組和電網(wǎng)安全、減少負(fù)荷損失均具有重要意義。實(shí)際電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)是否允許失磁異步運(yùn)行，應(yīng)通過(guò)具體試驗(yàn)確定。1失磁的物理過(guò)程同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，從原動(dòng)機(jī)輸入的力矩與發(fā)電機(jī)的電磁力矩相等，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)均以同步速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)某種原因造成勵(lì)磁電源中斷時(shí)，雖然勵(lì)磁電壓已降到零，但由于勵(lì)磁回路的電感很大，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流不能立即降到零，而是按指數(shù)規(guī)律逐漸減到零

3、。同步發(fā)電機(jī)的激磁電勢(shì)也逐步減少，在轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不平衡現(xiàn)象，即原動(dòng)機(jī)輸入力矩將大于發(fā)電機(jī)電磁力矩，這個(gè)過(guò)剩力矩就會(huì)使轉(zhuǎn)子加速，使δ角增大。當(dāng)勵(lì)磁電流減小到某一數(shù)值時(shí)，會(huì)使δ角大于靜態(tài)穩(wěn)定極限角，發(fā)電機(jī)在過(guò)剩力矩作用下失去同步，進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。隨著勵(lì)磁電勢(shì)的減小，發(fā)電機(jī)從穩(wěn)定的同步運(yùn)行過(guò)渡到進(jìn)相運(yùn)行，再過(guò)渡到低勵(lì)失步狀態(tài)，最后到穩(wěn)態(tài)的異步運(yùn)行。由于定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間有相對(duì)速度，即有滑差s(s=(ω-ω0)/ω)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割成閉合回路的勵(lì)磁繞組、組尼繞組和其它金屬導(dǎo)體。并在其中感應(yīng)出滑差頻率的交流電勢(shì)和電流。該電流與定子旋

4、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生異步力矩。原動(dòng)機(jī)輸入的力矩在克服異步力矩的過(guò)程中作功，使機(jī)械能變?yōu)殡娔?。因此，發(fā)電機(jī)仍向電網(wǎng)有功功率PYB。異步力矩的大小是隨轉(zhuǎn)差率s的增大而增大的(在一定范圍內(nèi))，而原動(dòng)機(jī)又因轉(zhuǎn)帶的升高使調(diào)速器動(dòng)作，減小了原動(dòng)機(jī)的輸入力矩，加之發(fā)電機(jī)失磁后由自動(dòng)裝置或人為地減少輸入功率，所以，當(dāng)原動(dòng)機(jī)輸入的力矩與發(fā)電機(jī)的異步電磁力矩相平衡時(shí)，發(fā)電機(jī)進(jìn)入無(wú)勵(lì)磁的穩(wěn)定異步運(yùn)行狀態(tài)，s維持一定值。在這種狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率，同時(shí)吸收無(wú)功功率，相當(dāng)于異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。2同步發(fā)電機(jī)的異步運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路里感

5、應(yīng)出頻率為滑差頻率的交流電流，這個(gè)單相的交流電流就是發(fā)電機(jī)失去直流勵(lì)磁后的交流勵(lì)磁電流的一部分(另一部分為阻尼繞組、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的多相交流電流)。該電流又建立起以滑差頻率相對(duì)于轉(zhuǎn)子脈動(dòng)的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其中一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相對(duì)轉(zhuǎn)子sn1的轉(zhuǎn)速逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，與定子磁場(chǎng)相對(duì)靜止，它與定子磁場(chǎng)相互作用，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)作用的恒定異步力矩。另一個(gè)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速sn1的轉(zhuǎn)速順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，與定子磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速為2sn1。它與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生交變異步力矩，這個(gè)交變異步力矩是機(jī)組

6、振動(dòng)和定子電流脈動(dòng)的原因之一。另外，阻尼繞組、轉(zhuǎn)子本體相當(dāng)于多相繞組。在發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行中，定子磁場(chǎng)切割阻尼繞組、轉(zhuǎn)子本體導(dǎo)體，在這些導(dǎo)體中感應(yīng)出多相電流，這種多相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是與定子磁場(chǎng)相對(duì)靜止的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與定子磁場(chǎng)相互作用也產(chǎn)生恒定的制動(dòng)性質(zhì)的異步力矩。發(fā)電機(jī)失磁后異步運(yùn)行時(shí)，其異步力矩即為上述各異步力矩之和。同步發(fā)電機(jī)能否在失磁狀態(tài)下穩(wěn)定地異步運(yùn)行，與異步力矩的大小和特性有關(guān)。異步力矩特性與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。對(duì)于實(shí)心轉(zhuǎn)子的汽輪發(fā)電機(jī)，其異步轉(zhuǎn)距特性與深槽式和雙鼠籠式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距特性相似，滑差很小就能產(chǎn)生相當(dāng)大的制

7、動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在滑差由0到0.2%--0.7%的小范圍內(nèi)，隨著滑差的增大，異步轉(zhuǎn)距增加很快，直到s等于臨界滑差scr時(shí)，轉(zhuǎn)距達(dá)到最大值，隨后在高于臨界滑差的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)距維持在相當(dāng)高的水平。因而，汽輪發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)輸出的有功功率仍相當(dāng)高，一般轉(zhuǎn)子外冷的汽輪發(fā)電機(jī)，失磁異步運(yùn)行時(shí)可輸出50%--60%的額定功率，水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子的汽輪發(fā)電機(jī)可輸出40%--50%的額定功率。3失磁運(yùn)行時(shí)表計(jì)的指示變化與原因分析(1)轉(zhuǎn)子電流表的指示為零或?yàn)榱愫笥忠远ㄗ颖碛?jì)擺動(dòng)次數(shù)的一半而擺動(dòng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于接線不同造成的。若失磁后的轉(zhuǎn)子繞組是通過(guò)滅磁

8、電阻或自同期電阻成閉合回路時(shí)，在定子磁場(chǎng)的作用下此回路將感應(yīng)出差額電流，若轉(zhuǎn)子電流表的分流器在此回路時(shí)，直流電流表上反映的是差額電流的變化，因表計(jì)是單向的，所以是“一起、一落”以轉(zhuǎn)差頻率擺動(dòng)。如果發(fā)生失磁的原因，純屬勵(lì)磁回路開(kāi)路造成，則轉(zhuǎn)子電流應(yīng)為