三相交流同步發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)異常運(yùn)行的研究

肖漢杰

[摘要]文章闡述了在電機(jī)實(shí)驗(yàn)室做三相交流同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的異常情況，分析研究發(fā)生非同期并網(wǎng)的原因及解決辦法，同時(shí)對(duì)原實(shí)驗(yàn)接線圖提出了修改意見。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行

在電機(jī)教學(xué)中，學(xué)生們經(jīng)常要到電機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行三相交流同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)同期并列運(yùn)行時(shí)需要滿足的幾個(gè)條件。準(zhǔn)同期并列法的幾個(gè)條件是：(1)待并發(fā)電機(jī)的電Uu和電網(wǎng)電壓Uw大小相等；(2)待并發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓相位相同；(3)待并發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相等；(4)待并發(fā)電機(jī)電壓的相序和電網(wǎng)電壓相序相同。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行三相交流同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，常采用對(duì)認(rèn)識(shí)并列條件較直觀的燈光法，即暗燈法和旋轉(zhuǎn)燈光法。暗燈法的接線如圖1。暗燈法是指接在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間的三組燈同時(shí)熄滅的瞬間，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同步，符合并網(wǎng)條件，在該時(shí)刻可以進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。旋轉(zhuǎn)燈光法接線如圖2。旋轉(zhuǎn)燈光法是指燈光旋轉(zhuǎn)到接在同名相上的一盞燈熄滅時(shí)(如圖2中的A相燈)，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同步，符合并網(wǎng)條件。通常情況下，操作者只要把握好符合并網(wǎng)條件的瞬間。按下合閘按鈕，即可完成發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并網(wǎng)操作，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的出力就可向電網(wǎng)供電。但有時(shí)也有偶然的情況。例如，在一次電機(jī)老師組織學(xué)生到電機(jī)實(shí)驗(yàn)室做三相交流同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)同期法并列運(yùn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，就有一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組不能實(shí)現(xiàn)同期并列，發(fā)生了非同期并列的情況，使發(fā)電機(jī)受到了巨大的沖擊振動(dòng)，并變?yōu)樵胍艉艽蟮漠惒竭\(yùn)行。實(shí)驗(yàn)只好停止下來，等待查明原因。

一、非同期并網(wǎng)的原因分析

針對(duì)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的異常情況，我們首先對(duì)接線是否有誤進(jìn)行了檢查。經(jīng)過對(duì)連接導(dǎo)線的一一查對(duì)，并和與實(shí)驗(yàn)接線圖上的接線校核，甚至連接線柱上的緊固螺母是否旋緊都進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)連線錯(cuò)漏或松動(dòng)造成虛接的情況。接著又按照準(zhǔn)同期法并網(wǎng)的四個(gè)條件去核對(duì)討論，覺得電壓、相位、頻率、相序均符合要求，沒有發(fā)現(xiàn)哪條不對(duì)，接線沒有錯(cuò)，并網(wǎng)條件又滿足，從原理上分析是可以并網(wǎng)的，但試并網(wǎng)時(shí)，異常情況依然存在。其后，又從操作方法是否得當(dāng)去考慮，經(jīng)過再次慎重地起動(dòng)，加勵(lì)升壓，每一步操作都非常認(rèn)真仔細(xì)，電壓、頻率每個(gè)數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)都按并網(wǎng)條件的要求進(jìn)行，提前角的把握也恰到好處，當(dāng)暗燈法的燈光接近黑暗的瞬間，我們果斷地按下了并網(wǎng)按鈕，結(jié)果還是出現(xiàn)原來的異常情況。這說明問題依然存在，因此，可能是設(shè)備存在問題。于是，我們又對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了檢查。通過檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)沒有問題，并網(wǎng)開關(guān)沒有問題，起動(dòng)控制的閘刀開關(guān)也沒有問題，但在查到與電網(wǎng)連接的閘刀開關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)閘刀開關(guān)下的B相熔絲已經(jīng)熔斷。它就是不能實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)的根源。發(fā)現(xiàn)了問題，安裝好熔絲，重新進(jìn)行并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一切都很正常，如愿地進(jìn)行了并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。

二、B相熔絲熔斷造成非同期并網(wǎng)的原因分析

(一)合閘初始時(shí)的情況分析

從實(shí)驗(yàn)接線圖(見圖3)看，合閘初始，由乎電網(wǎng)側(cè)三相閘刀開關(guān)K下的B相熔絲熔斷，B相開路，并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)即變?yōu)锳C兩相運(yùn)行。由于兩相電壓相位不同，有0-2U電壓差變化，合閘時(shí)有沖擊電流，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，最大時(shí)可以達(dá)到電機(jī)額定電流的20多倍。由于相位差可在0-180。范圍之內(nèi)變動(dòng)，沖擊電流不僅有無功分量，還有有功分量，強(qiáng)大的沖擊電流可使發(fā)電機(jī)定子繞組端都和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生很大的沖擊力矩，發(fā)出巨大的振動(dòng)聲。

(二)合閘后的情況分析

合閘結(jié)束后，在無限大容量電網(wǎng)電壓作用下發(fā)電機(jī)改變了原有的發(fā)電功能。變成兩相運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)缺相運(yùn)行，且A、C兩相電流升高倍，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，出現(xiàn)嚴(yán)重的振動(dòng)、噪聲和局部異常發(fā)熱現(xiàn)象，容易燒毀發(fā)電機(jī)。

三、B相熔絲熔斷仍有同期信號(hào)出現(xiàn)的分析

由于與電網(wǎng)側(cè)相連接的相燈，是經(jīng)過閘刀開關(guān)K3、K4，再連接到電網(wǎng)閘刀開關(guān)K下的熔斷器的出線側(cè)。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)B相熔絲熔斷，此時(shí)電網(wǎng)側(cè)B相開路，B相電網(wǎng)電壓傳不過來。但是，由于電壓表v2和頻率表H2是并接在K3出線的三相之間(見圖4)，使B相相燈經(jīng)V2、Hz的并接點(diǎn)，再經(jīng)V2、Hz的線圈與A、C兩相電網(wǎng)電壓形成回路，所以B相相燈仍然同其他完好的兩相一樣，具有同明同暗信號(hào)出現(xiàn)，造成同期的假象。

四、對(duì)原三相交流同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)接線圖的修改意見

從原三相交流同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)接線圖及出現(xiàn)的異常情況看，原圖電網(wǎng)側(cè)三相閘刀開關(guān)下的熔斷器在電機(jī)出線(開關(guān)外)發(fā)生短路時(shí)具有一定的保護(hù)電機(jī)作用，但熔絲裝在閘刀開關(guān)內(nèi)的隱蔽性，使熔絲熔斷時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，也沒有明顯的特征顯示。這就容易造成錯(cuò)覺，會(huì)造成非同期并網(wǎng)。為此，可考慮將三相閘刀開關(guān)改換上同容量的三相塑殼式自動(dòng)空氣開關(guān)(開關(guān)的進(jìn)線側(cè)接在電機(jī)側(cè))，實(shí)用性會(huì)更好。

由此可見，在實(shí)驗(yàn)室里，難免會(huì)遇到這樣或那樣的問題，只要認(rèn)真查找、分析和研究，問題總會(huì)得到有效解決。

(責(zé)編何田田)