1、第第8 8章章 同步发电机运行监视及同步发电机运行监视及异常运行分析和处理异常运行分析和处理l同步发电机的运行监视同步发电机的运行监视l同步发电机不对称运行同步发电机不对称运行l同步发电机突然短路同步发电机突然短路l同步发电机失磁运行同步发电机失磁运行l同步发电机的常见故障类型同步发电机的常见故障类型一、同步发电机的主要技术参数一、同步发电机的主要技术参数l东方电机股份有限公司东方电机股份有限公司300 MW汽轮发电机汽轮发电机的技术参数见下表所示。的技术参数见下表所示。8.1 同步发电机的运行监视同步发电机的运行监视一、同步发电机的主要技术参数一、同步发电机的主要技术参数东方电机股份有限公司
2、东方电机股份有限公司暂态负序能力暂态负序能力10s型号型号QFSN-300-2直轴同步电抗直轴同步电抗xd204.7%冷却方式冷却方式水氢氢水氢氢交轴同步电抗交轴同步电抗xq193%额定容量（额定容量（MVA）353直轴瞬变电抗直轴瞬变电抗22. 598%额定功率（额定功率（MW）300交轴瞬变电抗交轴瞬变电抗22. 598%最大连续出力（最大连续出力（MW）330直轴超瞬变电抗直轴超瞬变电抗15. 584%额定功率因数（滞后）额定功率因数（滞后）0.85交轴超瞬变电抗交轴超瞬变电抗15. 584%额定电压（额定电压（kV）20负序电抗负序电抗17. 183%额定电流（额定电流（A）10190
3、零序电抗零序电抗7. 326%额定转速（额定转速（r/min）3000允许频率偏差允许频率偏差-5%+3%频率（频率（Hz）50允许电压偏差允许电压偏差5%相数相数3励磁方式励磁方式三相励磁或自并励静态三相励磁或自并励静态额定氢压（额定氢压（Mpa）0.25励磁电压（励磁电压（V）455效率效率99. 1%励磁电流（励磁电流（A）2075短路比短路比0. 6241强行励磁电压倍数强行励磁电压倍数2稳态负序能力稳态负序能力10%AVR型式型式数字微机型数字微机型二、同步发电机正常运行的监视二、同步发电机正常运行的监视1.所有安装在发电机表盘上的电气表计指示值，必所有安装在发电机表盘上的电气表计指
4、示值，必须每小时记录一次；发电机定子绕组、定子铁芯须每小时记录一次；发电机定子绕组、定子铁芯和进出水、进出风温度，必须每小时检查一次，和进出水、进出风温度，必须每小时检查一次，每两小时记录一次。每两小时记录一次。2.发电机在额定负荷及正常的冷却条件下运行时，发电机在额定负荷及正常的冷却条件下运行时，定子线圈、铁芯温度若发现个别测点温度异常，定子线圈、铁芯温度若发现个别测点温度异常，应加强监视，并分析其温度升高的原因，同时作应加强监视，并分析其温度升高的原因，同时作好事故预想。好事故预想。3.进口风温度为最高不超过进口风温度为最高不超过40，出口风温度为最，出口风温度为最高不超过高不超过80，冷
5、却器的循环水进水温度，冷却器的循环水进水温度33，出水温度最高为出水温度最高为37。在不影响线圈、铁芯及其。在不影响线圈、铁芯及其它部件温升时，进水或进风温度允许有所提高。它部件温升时，进水或进风温度允许有所提高。二、同步发电机正常运行的监视二、同步发电机正常运行的监视二、同步发电机正常运行的监视二、同步发电机正常运行的监视部件部件测量位置和测量方测量位置和测量方法法正常运行限正常运行限值值报警值报警值停机值停机值备注备注定子绕组定子绕组检温计检温计绕组层间绕组层间102102120120继续上升继续上升 转子绕组转子绕组 8888120120继续上升继续上升 定子铁芯定子铁芯埋置检温计埋置检
6、温计9494120120继续上升继续上升 定子端部结定子端部结构部件允许构部件允许温度温度埋置检温计埋置检温计120120120120继续上升继续上升 轴承轴承温度计温度计油温油温656570707575进油温度进油温度不高于不高于4040检温计检温计瓦温瓦温808090909595 出风出风检温计检温计出风出风8080超过限超过限值值继续上升继续上升 1.电压、电流、负荷情况，周波以及各部分的电压、电流、负荷情况，周波以及各部分的温升等均不得超过额定值或相应的规定，并温升等均不得超过额定值或相应的规定，并定时加以记录；定时加以记录；l当定子线圈中的温度过高或局部过热时，应当定子线圈中的温度过
7、高或局部过热时，应予以特别的注意，必要时应停机检查；予以特别的注意，必要时应停机检查；l若铁芯温度过高时，可适当降低电压或负荷，若铁芯温度过高时，可适当降低电压或负荷，情况严重时亦应停机处理。情况严重时亦应停机处理。三、三、发电机运行中检查及注意事项发电机运行中检查及注意事项 2.通过端盖视察窗，检查端部情况，若发现定通过端盖视察窗，检查端部情况，若发现定子线圈端部有流胶现象，应加强监视，并适子线圈端部有流胶现象，应加强监视，并适当加循环水流量。若仍不能消除流胶，则应当加循环水流量。若仍不能消除流胶，则应及时停机处理。及时停机处理。3.励磁系统运行注意事项：若发电机工况不变，励磁系统运行注意事
8、项：若发电机工况不变，运行中励磁电流有所增加，应检查是否有匝运行中励磁电流有所增加，应检查是否有匝间短路，熔断器熔断或其它问题。间短路，熔断器熔断或其它问题。三、三、发电机运行中检查及注意事项发电机运行中检查及注意事项 四、四、发电机安全运行极限发电机安全运行极限 P-Q图：图：四、四、发电机安全运行极限发电机安全运行极限 P-Q图上安全运行范围是由下列因素所限制。图上安全运行范围是由下列因素所限制。l曲线曲线CD是以是以M为圆心，以为圆心，以最大安全励磁电流最大安全励磁电流IfN为半径所画出的圆弧；为半径所画出的圆弧；l曲线曲线GC是以是以O为圆心，用为圆心，用最大安全定子电流最大安全定子电
9、流IN为半径所决定的圆弧；为半径所决定的圆弧；l水平线水平线BG是由原动机是由原动机最大安全输出功率最大安全输出功率所决定，所决定，原动机最大安全输出功率稍大于发电机额定有原动机最大安全输出功率稍大于发电机额定有功功率功功率PN；lBF曲线是曲线是实际静稳定边界实际静稳定边界；lD、C、G、B、F点及其相应的曲线围起来的点及其相应的曲线围起来的面积，就叫面积，就叫隐极机安全运行面积隐极机安全运行面积。发电机的运。发电机的运行点落在这块面积之内或边界上，均能安全稳行点落在这块面积之内或边界上，均能安全稳定运行。定运行。五、五、电压、频率的偏差，功率因数电压、频率的偏差，功率因数的变化对发电机容许
10、负荷的影响的变化对发电机容许负荷的影响 1.电压偏差对发电机容许负荷的影响电压偏差对发电机容许负荷的影响l电压的变化范围在额定电压的电压的变化范围在额定电压的5以内，即以内，即105UN95UN； l当当U95UN时，允许长期运行的定子电流仍时，允许长期运行的定子电流仍不得大于额定值的不得大于额定值的105，发电机出力应减小。，发电机出力应减小。l主要原因主要原因：电压降低，磁通减小，铁耗减小，：电压降低，磁通减小，铁耗减小，但电流的增加使铜耗加大。通常铜耗引起的温但电流的增加使铜耗加大。通常铜耗引起的温升大于铁耗引起的温升，总的来说，还是使定升大于铁耗引起的温升，总的来说，还是使定子绕组的温
11、升增加了。子绕组的温升增加了。五、五、电压、频率的偏差，功率因数电压、频率的偏差，功率因数的变化对发电机容许负荷的影响的变化对发电机容许负荷的影响 l当当U105UN时，发电机出力应减小。时，发电机出力应减小。l主要原因主要原因：电压增加，磁通大增，铁芯温度增：电压增加，磁通大增，铁芯温度增加；磁路饱和使端部漏磁场增加，端部的结构加；磁路饱和使端部漏磁场增加，端部的结构件和转子护环表面的发热增加。端电压升高时件和转子护环表面的发热增加。端电压升高时发电机的励磁电流要加大，又会受转子绕组发发电机的励磁电流要加大，又会受转子绕组发热的限制。热的限制。五、五、电压、频率的偏差，功率因数电压、频率的偏
12、差，功率因数的变化对发电机容许负荷的影响的变化对发电机容许负荷的影响 2.频率的偏差对发电机容许负荷的影响频率的偏差对发电机容许负荷的影响l频率的变化范围在额定频率的频率的变化范围在额定频率的 5以内，即以内，即105fN95fN 。l频率变化将引起损耗、冷却条件及励磁电流的频率变化将引起损耗、冷却条件及励磁电流的变化。变化。五、五、电压、频率的偏差，功率因数电压、频率的偏差，功率因数的变化对发电机容许负荷的影响的变化对发电机容许负荷的影响 l频率增高时频率增高时，转速升高，转子的离心力增大，转速升高，转子的离心力增大，如此长时间运行，要受到转子本体构件能承受如此长时间运行，要受到转子本体构件
13、能承受的机械强度限制。频率升高，会使发电机的通的机械强度限制。频率升高，会使发电机的通风摩擦损耗加大，但当电压不变时，频率升高，风摩擦损耗加大，但当电压不变时，频率升高，磁密要减小，铁损要下降。其总的损耗变化，磁密要减小，铁损要下降。其总的损耗变化，与电机的结构有关。与电机的结构有关。l频率降低时频率降低时，转速要下降，通风条件较差。另，转速要下降，通风条件较差。另外，由于转速降低，若要保持端电压不变，必外，由于转速降低，若要保持端电压不变，必须增大励磁电流。更为严重的是由于频率低，须增大励磁电流。更为严重的是由于频率低，给厂用电设备的正常运行造成威胁。使得锅炉、给厂用电设备的正常运行造成威胁
14、。使得锅炉、汽机不能正常工作，影响整个电厂和系统的安汽机不能正常工作，影响整个电厂和系统的安全运行。全运行。五、五、电压、频率的偏差，功率因数电压、频率的偏差，功率因数的变化对发电机容许负荷的影响的变化对发电机容许负荷的影响 3.功率因数变化对发电机容许负荷的影响功率因数变化对发电机容许负荷的影响 发电机的功率因数与其额定值有偏差而长期发电机的功率因数与其额定值有偏差而长期运行时应遵守的原则是，应使其定子和转子运行时应遵守的原则是，应使其定子和转子电流不超过在当时冷却条件下所容许的数值。电流不超过在当时冷却条件下所容许的数值。8.2 同步发电机不对称运行同步发电机不对称运行一、引起不对称运行的
15、主要原因一、引起不对称运行的主要原因1.电力系统发生不对称短路故障。电力系统发生不对称短路故障。2.输电线路或其他电气设备一次回路断线。输电线路或其他电气设备一次回路断线。3.并、解列操作后，断路器个别相未拉开或并、解列操作后，断路器个别相未拉开或未合上。未合上。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析1.各相序电动势各相序电动势 转子励磁磁场按规定的方向旋转，在定子绕转子励磁磁场按规定的方向旋转，在定子绕组中感应的三相电动势为正序，故正序电动组中感应的三相电动势为正序，故正序电动势就是正常运行时的励磁电动势势就是正常运行时的励磁电动势E+=E0，所，所以负序和零序电动势为零，即：以负序和零序
16、电动势为零，即：E=0、E0=0。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析2.各相序电抗各相序电抗1）正序电抗）正序电抗x+l正序电抗：正序电抗：正序电流流过定子绕组时遇到的正序电流流过定子绕组时遇到的电抗。电抗。l由于正序电流流过定子绕组时产生的旋转磁由于正序电流流过定子绕组时产生的旋转磁场与转子同速同向旋转，在空间与转子相对场与转子同速同向旋转，在空间与转子相对静止，不会在转子绕组中感应电动势，所以静止，不会在转子绕组中感应电动势，所以正序电抗就是发电机正常运行时的同步电抗，正序电抗就是发电机正常运行时的同步电抗，即即x+=xt。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析2）负序电抗）负序电
17、抗xl负序电抗：负序电抗：负序电流流过定子绕组时遇到的负序电流流过定子绕组时遇到的电抗。电抗。l负序电枢磁场的旋转也为同步转速，但其转负序电枢磁场的旋转也为同步转速，但其转向与转子的转向相反，它以向与转子的转向相反，它以两倍两倍同步转速切同步转速切割转子上的励磁绕组和阻尼绕组，而感应出割转子上的励磁绕组和阻尼绕组，而感应出两倍频率的电动势和电流，励磁绕组和阻尼两倍频率的电动势和电流，励磁绕组和阻尼绕组的感应电流会建立反磁动势，将负序磁绕组的感应电流会建立反磁动势，将负序磁通排斥到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁路径上，通排斥到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁路径上，因而负序磁场所遇到的磁阻增大。因而负序磁场所
18、遇到的磁阻增大。l负序电抗负序电抗 x=(xd+xq)/2二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析3）零序电抗）零序电抗x0l零序电抗：零序电抗：零序电流流过定子绕组时遇到的零序电流流过定子绕组时遇到的电抗。电抗。l零序电流三相合成磁动势基波为零，不形成零序电流三相合成磁动势基波为零，不形成旋转磁场。旋转磁场。l零序电流只产生定子漏磁通。零序电流只产生定子漏磁通。x0 x。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析l同步发电机负序和零序电抗的标幺值同步发电机负序和零序电抗的标幺值电电 机机 型型 式式x*x0*二极汽轮发电二极汽轮发电机机0.1340.180.0150.08有阻尼绕组的有阻尼绕组
19、的水轮发电机水轮发电机0.130.350.020.20无阻尼绕组的无阻尼绕组的水轮发电机水轮发电机0.300.700.040.25二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析3.相序电动势方程式和等效电路相序电动势方程式和等效电路l对于任意一相，忽略定子绕组电阻，各序电对于任意一相，忽略定子绕组电阻，各序电动势方程式为动势方程式为二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析l各相序等效电路各相序等效电路二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析4.不对称运行对发电机的影响不对称运行对发电机的影响1）负序磁场引起转子表面涡流，使转子局部）负序磁场引起转子表面涡流，使转子局部高温高温l当负序旋转磁场以两倍同
20、步转速切割发电机当负序旋转磁场以两倍同步转速切割发电机转子时，在转子铁心表面、槽楔、其他金属转子时，在转子铁心表面、槽楔、其他金属构件和转子绕组中感应出倍频电流，倍频电构件和转子绕组中感应出倍频电流，倍频电流在感抗较小的转子表面流通，引起了额外流在感抗较小的转子表面流通，引起了额外损耗和发热，同时还会使转子金属构件接触损耗和发热，同时还会使转子金属构件接触面如护环嵌装面、槽隙接缝处、大齿表面等面如护环嵌装面、槽隙接缝处、大齿表面等产生局部高温，严重者发生局部烧伤及腐蚀，产生局部高温，严重者发生局部烧伤及腐蚀，如局部高温产生在护环部位时还可能导致护如局部高温产生在护环部位时还可能导致护环松动的危
21、险。环松动的危险。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析2）负序磁场引起振动增大）负序磁场引起振动增大l不对称运行还会引起振动。负序磁场和转子不对称运行还会引起振动。负序磁场和转子励磁磁场之间有励磁磁场之间有2n1的相对速度，它们之间的的相对速度，它们之间的作用力时大时小，就使力矩变成两倍于周波作用力时大时小，就使力矩变成两倍于周波数的频率而脉动，造成转子及定子机座的振数的频率而脉动，造成转子及定子机座的振动，严重时甚至损坏电机。动，严重时甚至损坏电机。l注：注：在电机设计中通常在电机转子上装设在电机设计中通常在电机转子上装设阻阻尼绕组尼绕组以削弱负序磁场，还起到抑制震荡作以削弱负序磁场，还
22、起到抑制震荡作用。用。二、不对称运行的分析二、不对称运行的分析3）不对称运行现象及处理）不对称运行现象及处理l现象：现象：三相定子电流表指示各不相等，负序三相定子电流表指示各不相等，负序信号装置可能动作报警。信号装置可能动作报警。l对不对称运行的监控：对不对称运行的监控：稳态负序电流的最大稳态负序电流的最大允许值允许值(I2/IN)为为10%， 暂态负序电流的最大允暂态负序电流的最大允许值许值(I2/IN)2t为为10s。机械振动不超过允许值。机械振动不超过允许值。l处理：处理： 机组已由继电保护动作跳闸；机组已由继电保护动作跳闸； 负序信号报警时，立即减负荷；负序信号报警时，立即减负荷； 并
23、列操作后定子电流不平衡时，若一相断路并列操作后定子电流不平衡时，若一相断路器未合上，重新发一次合闸信号；若两相断器未合上，重新发一次合闸信号；若两相断路器未合上，立即将合上的断路器拉开。路器未合上，立即将合上的断路器拉开。8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路l同步发电机三相突然短路同步发电机三相突然短路，是指发电机在，是指发电机在原来正常稳定运行的情况下，发电机出线原来正常稳定运行的情况下，发电机出线端发生三相突然短路。发电机从原来的稳端发生三相突然短路。发电机从原来的稳定运行状态过渡到稳定短路状态，该过渡定运行状态过渡到稳定短路状态，该过渡过程包括过程包括次暂态次暂态(有阻尼绕组有阻
24、尼绕组)、暂态、稳态、暂态、稳态短路短路3个阶段。个阶段。8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路无论交链回路的外磁无论交链回路的外磁场如何变化，由感应场如何变化，由感应电流产生的磁链将恰电流产生的磁链将恰好抵消这种变化，使好抵消这种变化，使得任意瞬间超导闭合得任意瞬间超导闭合回路的总磁链始终不回路的总磁链始终不变，即超导闭合回路变，即超导闭合回路保持其磁链等于初始保持其磁链等于初始值而且不变，这就是值而且不变，这就是超导闭合回路的磁链超导闭合回路的磁链守恒原理。守恒原理。 00aaaeie 8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路一、三相突
25、然短路时的物理过程和同步电抗一、三相突然短路时的物理过程和同步电抗为了简化分析，假定为了简化分析，假定1）转子转速一直保持同步转速，只考虑电磁）转子转速一直保持同步转速，只考虑电磁过渡过程，不考虑机械过渡过程；过渡过程，不考虑机械过渡过程；2）磁路不饱和，在分析时可利用叠加原理；）磁路不饱和，在分析时可利用叠加原理；3）突然短路前电机处于空载状态）突然短路前电机处于空载状态,突然短路发突然短路发生在发电机的出线端；生在发电机的出线端；4）突然短路后由励磁电源提供的励磁电流始）突然短路后由励磁电源提供的励磁电流始终不变，即认为空载电动势不变。终不变，即认为空载电动势不变。1 1定子绕组的磁链定子
26、绕组的磁链取转子取转子d d轴与定子轴与定子A A相相绕组轴线垂直为绕组轴线垂直为t=0t=0时刻。时刻。8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路定子三相绕组中的磁链的表达式为定子三相绕组中的磁链的表达式为8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路初值为：初值为： 短路发生后，根据磁链守恒原理，由定子短路发生后，根据磁链守恒原理，由定子电流产生的磁链将抵消转子主磁场对定子的磁电流产生的磁链将抵消转子主磁场对定子的磁链的变化，并且保持磁链的初始值不变，即链的变化，并且保持磁链的初始值不变，即8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路即即 说明每相的磁链有说明每相的磁链有交流分量交流分量（
27、周期分量）（周期分量）和和直流分量直流分量（非周期分量）两部分组成。（非周期分量）两部分组成。 与之对应的定子电流也有两个分量，一个与之对应的定子电流也有两个分量，一个是三相对称的是三相对称的交流分量交流分量短路电流，另一个是短路电流，另一个是直直流分量流分量短路电流。短路电流。8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路2 2定、转子电流的对应关系定、转子电流的对应关系 定子三相对称定子三相对称交流分量交流分量短路电流产生直轴短路电流产生直轴的同步旋转电枢反应磁场，与转子相对静止，的同步旋转电枢反应磁场，与转子相对静止，与励磁主磁通方向相反。该磁场的磁链企图穿与励磁主磁通方向相反。该磁场的磁
28、链企图穿过励磁和阻尼绕组。为保持磁链守恒，励磁绕过励磁和阻尼绕组。为保持磁链守恒，励磁绕组和阻尼绕组将分别感应与原励磁电流同方向组和阻尼绕组将分别感应与原励磁电流同方向的的直流分量直流分量电流，这两电流分别产生恒定方向电流，这两电流分别产生恒定方向的直流磁链抵消定子的直轴电枢反应磁场的影的直流磁链抵消定子的直轴电枢反应磁场的影响。响。 8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路 定子三相定子三相直流分量直流分量短路电流产生合成的短路电流产生合成的静止磁场，相对转子是旋转的，它分别在励静止磁场，相对转子是旋转的，它分别在励磁绕组和阻尼绕组中将感应出磁绕组和阻尼绕组中将感应出交流分量交流分量电流
29、，电流，二者分别产生交变的磁链抵消定子的静止磁二者分别产生交变的磁链抵消定子的静止磁场的影响，维持磁链守恒。场的影响，维持磁链守恒。8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路短路时短路时t=0时刻磁场分布时刻磁场分布突然短路后磁场分布突然短路后磁场分布8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路突然短路后磁场分布突然短路后磁场分布等效磁场等效磁场一、突然短路后定子绕组电抗的变一、突然短路后定子绕组电抗的变化化 l突然短路的过渡过程：突然短路的过渡过程：dddxxx8.3 同步发电机突然短路同步发电机突然短路l突然短路后的几个阶段突然短路后的几个阶段
30、 ：二、突然短路电流的衰减二、突然短路电流的衰减 l定子电流周期性分量的最大值为定子电流周期性分量的最大值为Im=E0m/xd;l当阻尼绕组中感应电流分量衰减完毕后，电当阻尼绕组中感应电流分量衰减完毕后，电枢反应磁通可以穿过阻尼绕组，电流幅值变枢反应磁通可以穿过阻尼绕组，电流幅值变为为Im=E0m/xd;l当励磁绕组中的感应电流分量也衰减完毕后，当励磁绕组中的感应电流分量也衰减完毕后，达到稳态短路电流，电枢反应磁通可以穿过达到稳态短路电流，电枢反应磁通可以穿过励磁绕组，电流幅值变为励磁绕组，电流幅值变为Im=E0m/xd。二、突然短路电流的衰减二、突然短路电流的衰减 l当当A相绕组交链的空载磁
31、通为零时出现短路，相绕组交链的空载磁通为零时出现短路，A相短路电流的衰减过程相短路电流的衰减过程 ：二、突然短路电流的衰减二、突然短路电流的衰减 l短路发生的时刻不同，其短路电流的值也不短路发生的时刻不同，其短路电流的值也不同，我们把在最恶劣的情况下发生短路时可同，我们把在最恶劣的情况下发生短路时可能出现的最大电流值称为能出现的最大电流值称为冲击电流冲击电流im，其值，其值可达额定电流的可达额定电流的1020倍，它出现在短路后倍，它出现在短路后半个周波时刻。考虑到衰减，冲击电流半个周波时刻。考虑到衰减，冲击电流im=k Im，其中，其中k称为冲击系数，取值范围为称为冲击系数，取值范围为1.81
32、.9。 三、突然短路对电机的影响三、突然短路对电机的影响 1.发电机突然短路会使定子绕组的端部受到很发电机突然短路会使定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用，使绕组变形。定子绕组大的电磁力的作用，使绕组变形。定子绕组端部相互间的作用力端部相互间的作用力F3、定子绕组端部与转、定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力子绕组端部相互间的作用力F1、定子绕组端、定子绕组端部与铁心之间的作用力部与铁心之间的作用力F2。2.发电机突然短路还会使转轴受到很大的电磁发电机突然短路还会使转轴受到很大的电磁力矩作用，使振动加剧；力矩作用，使振动加剧；3.发电机突然短路时，由于短路电流很大，会发电机突然短路时，由于
33、短路电流很大，会引起绕组过热。引起绕组过热。三、突然短路对电机的影响三、突然短路对电机的影响 8.4 同步发电机失磁运行同步发电机失磁运行一、引起失磁的原因一、引起失磁的原因1.励磁机或励磁回路发生故障。励磁机或励磁回路发生故障。2.转子绕组或励磁回路开路，或转子绕组严重转子绕组或励磁回路开路，或转子绕组严重短路。短路。3.励磁调节器或副励磁机系统发生故障。励磁调节器或副励磁机系统发生故障。4.转子集电环电刷环火或烧断。转子集电环电刷环火或烧断。5.大容量的汽轮发电机由于采用可控硅整流的大容量的汽轮发电机由于采用可控硅整流的交流励磁机系统比直流励磁机复杂，故障的交流励磁机系统比直流励磁机复杂，
34、故障的概率更大。概率更大。二、失磁的过程分析二、失磁的过程分析 二、失磁的过程分析二、失磁的过程分析 1.在失磁初期，由于转子电感线圈电流不会跃在失磁初期，由于转子电感线圈电流不会跃变，而是按指数规律衰减，发电机的电势变，而是按指数规律衰减，发电机的电势E0也按指数规律衰减。功角特性由曲线也按指数规律衰减。功角特性由曲线1移到移到曲线曲线2，运行点从，运行点从a转到转到b，相应地，相应地角也增大角也增大了。有功功率输出不变，仅功角偏移。了。有功功率输出不变，仅功角偏移。2.当励磁电流减小到某一值时，使当励磁电流减小到某一值时，使角增大到角增大到等于或大于静稳定极限角等于或大于静稳定极限角(=9
35、0)，发电机，发电机在剩余转矩作用下，被加速而超出同步速运在剩余转矩作用下，被加速而超出同步速运行导致失步，进入暂态异步运行状态。行导致失步，进入暂态异步运行状态。二、失磁的过程分析二、失磁的过程分析 3.当转子以转差当转子以转差s切割该旋转磁场时，在转子切割该旋转磁场时，在转子上的励磁绕组、阻尼绕组或齿和槽楔中，将上的励磁绕组、阻尼绕组或齿和槽楔中，将分别感应出转差频率的单相交变电流，经分分别感应出转差频率的单相交变电流，经分解产生正向和反向的旋转磁场，其中反向的解产生正向和反向的旋转磁场，其中反向的旋转磁场产生制动性质的电磁转矩（也叫异旋转磁场产生制动性质的电磁转矩（也叫异步功率）。步功率
36、）。二、失磁的过程分析二、失磁的过程分析 4.在一定范围内，发电机转速愈高，转差越大，在一定范围内，发电机转速愈高，转差越大，制动电磁转矩愈大。但转速升高将引起原动制动电磁转矩愈大。但转速升高将引起原动机的调速器动作，关小汽门、减小驱动转矩。机的调速器动作，关小汽门、减小驱动转矩。当制动电磁转矩与驱动转矩相平衡时，就出当制动电磁转矩与驱动转矩相平衡时，就出现了新的平衡状态，此时发电机在某一高于现了新的平衡状态，此时发电机在某一高于同步转速的转速下稳定运行，进入了稳定异同步转速的转速下稳定运行，进入了稳定异步运行。步运行。注意：注意：发电机失步后发电机失步后(即异步运行时即异步运行时)，由于调，
37、由于调速器的作用，机组输出的有功功率将减小。速器的作用，机组输出的有功功率将减小。三、失磁运行时表计指示变化与原因三、失磁运行时表计指示变化与原因 1.转子电流表的指示为零或接近于零转子电流表的指示为零或接近于零 当发电机失去励磁后，转子电流迅速地依指当发电机失去励磁后，转子电流迅速地依指数规律衰减，其减小的程度与失磁原因，剩数规律衰减，其减小的程度与失磁原因，剩磁大小有关。当励磁回路开路时，转子电流磁大小有关。当励磁回路开路时，转子电流表指示为零（但在转子本体仍然会产生电表指示为零（但在转子本体仍然会产生电流）；当励磁回路短路或经小电阻闭合时，流）；当励磁回路短路或经小电阻闭合时，转子回路有
38、交流电流通过，直流电流表有指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。示，但指示值很小。三、失磁运行时表计指示变化与原因三、失磁运行时表计指示变化与原因 2.定子电流表的指示升高并摆动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，既向失磁后的发电机进入异步运行状态时，既向电网送出有功功率，又从电网吸收无功功率，电网送出有功功率，又从电网吸收无功功率，所以造成电流指示值的上升。摆动的原因简所以造成电流指示值的上升。摆动的原因简单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的。引起的。三、失磁运行时表计指示变化与原因三、失磁运行时表计
39、指示变化与原因 3.有功功率表的指示降低并摆动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异步运行发电机的有功功率的指示平均值比失磁前降低，这是因为机组失磁后，转子电失磁前降低，这是因为机组失磁后，转子电流很快以指数曲线衰减到零，原来由转子电流很快以指数曲线衰减到零，原来由转子电流所建立的转子磁场也很快消失，这样作为流所建立的转子磁场也很快消失，这样作为原动机力矩的电磁转矩也消失了，原动机力矩的电磁转矩也消失了，“释载释载”的转子在原动机的作用下很快升速。这时汽的转子在原动机的作用下很快升速。这时汽轮机的调速系统自动使汽门关小，以调整转轮机的调速系统自动使汽门关小，以调整
40、转速。所以在平衡点建立起来的时候，有功功速。所以在平衡点建立起来的时候，有功功率要下降。有功功率降低的程度和大小，与率要下降。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汽轮机的调整特性以及该发电机在某一转差下所能产生的异步力矩的大小有关。下所能产生的异步力矩的大小有关。三、失磁运行时表计指示变化与原因三、失磁运行时表计指示变化与原因 4.机端电压显著下降，且随定子电流摆动机端电压显著下降，且随定子电流摆动 由于定子电流增大，线路压降增大，导致机端由于定子电流增大，线路压降增大，导致机端电压下降，危及厂用负荷安全稳定运行。如在电压下降，危及厂用负荷安全稳定运行。如在发电机
41、带发电机带50额定功率时，额定功率时，6.3kV母线电压平母线电压平均值约仍为失磁前的均值约仍为失磁前的78，最低值达，最低值达72。5.无功功率表指示负值，功率因数表示指示进相无功功率表指示负值，功率因数表示指示进相 这是由于失磁后的发电机的无功，由输出变为这是由于失磁后的发电机的无功，由输出变为输入而发生了反向，发电机进入定子电流超前输入而发生了反向，发电机进入定子电流超前于电压的进相运行状态而造成的结果。于电压的进相运行状态而造成的结果。三、失磁运行时表计指示变化与原因三、失磁运行时表计指示变化与原因 6.转子各部分温度升高转子各部分温度升高 异步运行发电机的励磁绕组，阻尼绕组、转异步运
42、行发电机的励磁绕组，阻尼绕组、转子铁心等处产生滑差电流，从而在转子上引子铁心等处产生滑差电流，从而在转子上引起损耗使温度升高，特别是在转子本体端部，起损耗使温度升高，特别是在转子本体端部，温升更高，它们的大小与异步电磁转矩和滑温升更高，它们的大小与异步电磁转矩和滑差成正比，严重时将危及转子的安全运行。差成正比，严重时将危及转子的安全运行。四、失磁的危害四、失磁的危害1.发电机失磁后，转入异步运行，要从系统吸发电机失磁后，转入异步运行，要从系统吸收大量的无功功率，如系统无功储备不足，收大量的无功功率，如系统无功储备不足，将引起系统电压下降，甚至造成电压崩溃，将引起系统电压下降，甚至造成电压崩溃，
43、从而瓦解系统。从而瓦解系统。2.失磁后，发电机转入低滑差异步运行，在转失磁后，发电机转入低滑差异步运行，在转子及励磁回路中将产生脉动电流，因而增加子及励磁回路中将产生脉动电流，因而增加了附加损耗，使转子和励磁回路过热。了附加损耗，使转子和励磁回路过热。五、失磁导致异步运行时的处理五、失磁导致异步运行时的处理 发电机失磁异步运行时，一般处理原则：发电机失磁异步运行时，一般处理原则：1.对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网解列，以免损坏设备或造成系统事故。网解列，以免损坏设备或造成系统事故。2.对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运对于允许无励磁运行的发电
44、机应按无励磁运行规定执行以下操作：行规定执行以下操作：迅速降低有功功率到允许值（本厂失磁规定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。时定子电流将在额定电流左右摆动。手动断开灭磁开关，退出自动电压调节装置手动断开灭磁开关，退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置。和发电机强行励磁装置。 五、失磁导致异步运行时的处理五、失磁导致异步运行时的处理 注意其它正常运行的发电机定子电流和无注意其它正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定功功率值是否超出规定,必要时按发电机允必要时按发电机允许过
45、负荷规定执行。许过负荷规定执行。 对励磁系统进行迅速而细致的检查，如属对励磁系统进行迅速而细致的检查，如属工作励磁机的问题，应迅速启动备用励磁工作励磁机的问题，应迅速启动备用励磁机恢复励磁。机恢复励磁。 注意厂用分支电压水平，必要时可倒至备注意厂用分支电压水平，必要时可倒至备用电源接带。用电源接带。 在规定无励磁运行的时间内在规定无励磁运行的时间内,仍不能使机组仍不能使机组恢复励磁，则应将发电机自系统解列。恢复励磁，则应将发电机自系统解列。8.5 同步发电机的常见故障类型同步发电机的常见故障类型l同步发电机的故障原因是多方面的，但主要同步发电机的故障原因是多方面的，但主要的原因多是由于制造上的缺陷、安装和检修的原因多是由于制造上的缺陷、安装和检修质量不良、绝缘老化、运行人员的误操作、质量不良、绝缘老化、运行人员的误操作、大气过电压和操作过电压以及外部短路所造大气过电压和操作过电压以及外部短路所造成。成。l较常见的故障有转子绕组故障、定子绕组故较常见的故障有转子绕组故障、定子绕组故障、定子铁芯故障，以及冷却系统故障等。障、定子铁芯故障，以及冷却系统故障等。
