大型火力发电机组失磁附异步运行状况分析.docVIP

大型火力发电机组失磁及异步运行状况分析 内容摘要： 本文是作者通过几年的运行实践，并参考有关资料针对发电厂中特别是二十万千瓦汽轮发电机组经常发生的失中特别异步运行的状态、现 象、影响及电力系统失磁异步运行的可行性进行了定性的分析和论述并针对发电机失磁故障的处理提出了一些建设性意见。由于作者条件和理论水平所限，对失磁异步运行问题的认识还不够深刻，论述中难免有不妥之处，敬请同行多多指教。 目录 一、发电机失磁后的物理过程分析 二、发电机失磁运行的现象分析 三、失磁运行带来的不利影响 四、发电机失磁异步运行可行性讨论 五、大型汽轮发电机组失磁故障处理原则的研讨 汽轮发电机组由于某种原因失去励磁从而转入异步运行状态是同步发电机的一种特殊运行方式，也是完全统计，自一九八三年一月十六我厂第一台二十万千瓦汽轮发电机组投产以来，已先后发生各种类型的失磁故障十几次，占全部电气故障的发生确实较为频繁，同时也说明励磁系统的安全稳定运行的确是当前电力系统安全稳定运行的薄弱环节。 目前，二十万千瓦汽轮发电机组已是电力系统的主力机组，全国各地并入电网运行的二十万千瓦汽轮发电机现已近百台。为了不断提高电力系统特别是二十万千瓦汽轮发电机组运行的可靠性与稳定性，提高广大运行人员对失磁故障的予想、分析、判断和处理能力，很有必要对大型汽轮发电机组失磁异步运行的状态、现象以及失磁对发电机自身、对电力系统的影响，失磁后异步运行的可行性进行如下定性的分析、讨论。 一．发电机失磁的物理过程 发电机在正常稳定运行时，由定子三相电流产生的定子旋转磁场与由转子励磁绕组产生的转子主磁场在空间以同步转速旋转；在不记及各种附加损耗的前提下，原动机输入的机械功率与发电机输出的电磁功率处于平衡状态；发电机在发出有功功率的同时，还将向系统送出一定的感性无功功率，以维持系统电压的稳定，即发电机处于稳定的同步速，迟相运行状态。 当正常运行中的发电机因某种原因失去励磁时，转子电流及其产生的转子主磁通都将按指数规律自初始值衰减到零值。在失磁的初始阶段，与转子主磁通相对应的定子纵轴同步电势Ed也将按同一规律衰减。当不考虑发电机的剩磁影响时，则定子电势Ed和电磁功率随时间变化的规律分别为： Edt=Ed0-eT’d t （1 – 1） Edt=Ed0-eT’d Pe=Edt×Uc×Sinδ/Xd∑ （1 – 2） 式中 Edt 随时间变化的定子电势 Edo 失磁开始时的定子电势 Uc 与发电机相连的系统电压 Xd∑ 发电机及连接系统的总电抗 δ 发电机的功角 T’d 转子回路暂态时间常数 定子电势Edt衰减的快慢，及时间常数T’d的大小，取决于励磁系统的接线方式和失磁故障产生的具体原因。 从式（1 – 2）可以看出，定子电势Ed的衰减，必将引起发电机电磁功率Pc（即电磁转矩Mc）随之降低。但由于此时原动机输入的机械转矩Mo尚未立即改变，于是，作用于转子上的力矩平衡关系将被破坏，出现过剩力矩△M=Mo-Mc。在这一过剩力矩的作用下，转子就会加速，其机电特性方程为： Pj-Pc=Pj-Edt.Uc.Sin/Xd∑=Md2/dt2 （1 – 3） 式中Pj 原动机输入的机械功率 M 发电机组的惯性常数 在失磁的初始阶段（90度），由于转子的惯性作用，转速n=ne将维持基本不变（ne为额定转速）。而原动机的调速系统只有在转子的转速发生变化时才能进行调整。因而在这一阶段原动机的输入也将保持基本不变。同时，由于功角的不断增大将补偿定子电势Ed的下降，从而也维持了发电机输出的电磁功率Pc=Po。此后随着定子电势Ed的衰减，功角不断增大，当=90度时，发电机的运行就达到了临界失步状态，而待》90后，电磁功率Pcl机械功率Pj，转子上就出现过剩力矩 m=Mj-Mc》0，转子转速上升，使功角继续增大，最终使发电机脱离同步进入异步运行状态。 发电机从失磁到失步的整个物理过程参见图1-1所示。 如图，当》90后，由于转子不断加速，发电机转子与定子旋转磁场之间产生了相对运动，出现了转差S，于是定子磁场就将在转子回路各部（铁芯槽楔及励磁绕组等感应出滑差频率Sfo的交变电流。由这一电流所产生的单相脉动磁场再与定子旋转磁场相互作用，即产生了异步制动力矩。发电机就在克服这一异步制动力矩的过程中向系统送出了异步有功功率Pyb。输出有功的多少，与滑差的大小，机组的异步转矩特性，调速器的调速特性及失磁前机组所带有功负荷的大小均有关系。同时发电机还将从系统吸收大量的无功功率以供定转子建立磁场。吸收无功的大小则主要