發(fā)電機的失磁運行及其產(chǎn)生的影響
大型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障的種類很多，例如滅磁開關誤動而轉子線圈經(jīng)滅磁電阻短接、轉子線圈短路、轉子線圈回路斷線而開路、硅整流的故障以及自動調節(jié)勵磁裝置的故障等，都將導致發(fā)電機全部或部分失磁。根據(jù)我國1995年統(tǒng)計資料，100MW及以上容量發(fā)電機共發(fā)生失磁故障32次，約占總數(shù)的26.7%，是各種電氣故障中發(fā)生最多的一種。這對電機本身及電力系統(tǒng)有時會造成重大危害，尤其是在失磁而失步以后。因此，現(xiàn)代大型發(fā)電機已經(jīng)或正在普遍裝設失磁保護與失步保護。
當發(fā)電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機的感應電勢Ed隨著勵磁電流的減小而減小，因此，其失磁轉矩也將小于原動機的轉矩，因而引起轉子加速，使發(fā)電機的功角δ增大。當各超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時，發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機失磁后將從并列運行的電力系統(tǒng)中吸取電感性無功功率供給轉子勵磁電流，在定子繞組中感應電勢。在發(fā)電機超過同步轉速后，轉子回路中將感應出頻率為fi-fs(f1為對應發(fā)電機轉速的頻率，fs為系統(tǒng)的頻率)的電流，此電流產(chǎn)生異步制動轉矩，當異步制動轉矩與原動機轉矩達到性的平衡時，即進入穩(wěn)定的異步運行。
根據(jù)電機學的分析，異步發(fā)電機的等效電路與異步電動機的相似。
當發(fā)電機失磁后而異步運行時，將對電力系統(tǒng)和發(fā)電機產(chǎn)生以下影響：
(1)需要從電網(wǎng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場。
(2)由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功功率的儲備不足，則可能使失磁發(fā)電機的極端電壓、升壓變壓器高壓側的母線電壓、或其它臨近點的電壓低于允許值，從而破壞了負荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。
(3)由于失磁發(fā)電機吸收了大量的無功功率，因此為了防止其定子繞組的過電流，發(fā)電機所能發(fā)出的有功功率將較同步運行時有不同程度的降低，吸收的無功功率越大，則降低的越多。
(4)失磁后發(fā)動電機的轉速超過同步轉速，因此，在轉子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為fi-fs的交流電流，因而形成附加的損耗，使發(fā)電機轉子和勵磁回路過熱。顯然，當轉差率越大時，所引起的過熱也越嚴重。
根據(jù)以上分析，結合汽輪發(fā)電機來看，由于其異步功率比較大，調速器也比較靈敏，因此當超速運行后，調速器立即關小汽門，使汽輪機的輸出功率與發(fā)電機的異步功率很快達到平衡，在轉差率小于住5%的情況下即可穩(wěn)定運行。故汽輪發(fā)電機在很小的轉差下異步運行一段時間，原則上是安全允許的。此時，是否需要并允許其異步運行，則主要取決于電力系統(tǒng)的具體情況。例如，當電力系統(tǒng)的有功功率供應比較緊張，同時一臺發(fā)電機失磁后，系統(tǒng)能夠供給它所需要的無功功率，并能保證電網(wǎng)的電壓水平時，則失磁后就應該繼續(xù)運行；反之，如系統(tǒng)中有功功率有足夠的儲備，或者系統(tǒng)沒有能力供給它所需要的無功功率，則失磁以后就不應該繼續(xù)運行。
對水輪機而言，考慮到：①其異步功率較小，必須在較大的轉差下(一般達到1%一2%)運行，才能發(fā)出較大的功率；②由于水輪機的調速器不夠靈敏，時滯較大，甚至可能在功率尚未達到平衡以前就大大超速，從而使發(fā)電機與系統(tǒng)解列；③其同步電抗較小，如果異步運行，則需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率；④其縱軸和橫軸很不對稱，異步運行時，機組振動較大等因素的影響，因此水輪發(fā)電機一般不允許在失磁以后繼續(xù)運行。
為此，在發(fā)電機上，尤其是在大型發(fā)電機上應裝設失磁保護，以便及時發(fā)現(xiàn)失磁故障，并采取必要的措施，例如發(fā)出信號由運行人員及時處理、自動減負荷、或動作于跳閘等，以保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機的安全。
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