淺析對(duì)船舶同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁失電的分析與處理

摘要 船舶同步發(fā)電機(jī)的失電、失磁是發(fā)電機(jī)的常見(jiàn)故障，對(duì)系統(tǒng)的影響和破壞比較大。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都帶有自動(dòng)控制調(diào)整裝置，隨著微機(jī)控制的發(fā)展和應(yīng)用，今后及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次設(shè)備問(wèn)題也就較為容易，但是要徹底解決發(fā)電機(jī)的異常問(wèn)題，還需電氣工程人員不斷鉆研知識(shí)、積累更多經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞船舶;同步發(fā)電機(jī);勵(lì)磁失電;分析

中圖分類號(hào)TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0006-01

0前言

同步發(fā)電機(jī)與直流發(fā)電機(jī)一樣，也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。不過(guò)它所輸出的電能是一種交流電能，故亦稱交流發(fā)電機(jī)。交流電在輸送方面，可以通過(guò)變壓器變壓后進(jìn)行高壓輸電，低壓用電，減少線路上的電能損失;在用電方面，可以使電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制電路簡(jiǎn)單，降低了用電設(shè)備的造價(jià)。因此，交流電優(yōu)于直流電，目前船上大多采用交流發(fā)電機(jī)。

1同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁失電后的表現(xiàn)

一般發(fā)電機(jī)失電后，表現(xiàn)為:(1)發(fā)電機(jī)定子電流和有功功率在瞬間下降后又迅速上升，而且比值增大，并開(kāi)始擺動(dòng)。(2)發(fā)電機(jī)失磁后還能發(fā)一定的有功功率，并保持送出的有功功率的方向不變，但功率表的指針周期性擺動(dòng)。(3)定子電流增大，其電流表指針也周期性擺動(dòng)。(4)從送出的無(wú)功功率變?yōu)槲諢o(wú)功功率，其指針也周期性的擺動(dòng)。吸收的無(wú)功功率的數(shù)量與失磁前的無(wú)功功率的數(shù)量大約成正比。(5)轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出滑差頻率的交變電流和交變磁動(dòng)勢(shì)，故轉(zhuǎn)子電壓表指針也周期性的擺動(dòng)。(6)轉(zhuǎn)子電流表指針也周期性的擺動(dòng)，電流的數(shù)值較失磁前的小。 失磁后表計(jì)上反映情況是，發(fā)電機(jī)失磁后轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流突然降為零或接近于零，勵(lì)磁電壓也接近為零，且有等于轉(zhuǎn)差率的擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)電壓及母線電壓均較原來(lái)降低，定子電流表指示升高，功率因數(shù)表指示進(jìn)相，無(wú)功功率表指示為負(fù)，表示發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中吸取無(wú)功功率，各表計(jì)的指針都擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率為轉(zhuǎn)差率的1倍。(7)當(dāng)轉(zhuǎn)子回路開(kāi)路時(shí)，由轉(zhuǎn)子本體表面感應(yīng)出一定的渦流而構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，也產(chǎn)生一定的異步功率。

發(fā)電機(jī)失磁原因。運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)，由于滅磁開(kāi)關(guān)受振動(dòng)或誤動(dòng)而跳閘，磁場(chǎng)變阻器接觸不良，勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)線圈斷線或整流子嚴(yán)重打火，自動(dòng)電壓調(diào)整器故障等原因，造成勵(lì)磁回路斷路時(shí)，將使發(fā)電機(jī)失磁。

2船舶同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁失電對(duì)系統(tǒng)的影響

大容量發(fā)電機(jī)的失磁對(duì)系統(tǒng)影響很大，所以，一般未經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定以前，發(fā)電機(jī)不允許無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行。國(guó)產(chǎn)300MW發(fā)電機(jī)組，裝設(shè)了欠磁保護(hù)和失磁保護(hù)裝置，為了使保護(hù)裝置自系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)不致誤動(dòng)，將失磁保護(hù)時(shí)限整定為1S，發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，經(jīng)過(guò)0.5S，欠磁保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)由自動(dòng)勵(lì)磁切換到手動(dòng)勵(lì)磁，備用勵(lì)磁電源投入運(yùn)行，如果不是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路故障，發(fā)電機(jī)仍可拉入同步而恢復(fù)正常工作，如果備用勵(lì)磁投入運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)的失磁現(xiàn)象仍未消除，那么經(jīng)過(guò)1S，失磁保護(hù)動(dòng)作將發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)解列。

發(fā)電機(jī)失磁后，就從同步運(yùn)行變成異步運(yùn)行，從原來(lái)向系統(tǒng)輸出無(wú)功功率變成從系統(tǒng)吸取大量的無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將高于系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)速。這時(shí)由定子電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將在轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)出頻率等于轉(zhuǎn)差率交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，使轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱。發(fā)電機(jī)所帶的有功負(fù)荷越大，則轉(zhuǎn)差率越大，感應(yīng)電勢(shì)越大，電流也越大，轉(zhuǎn)子表面的損失也越大。在發(fā)電機(jī)失磁瞬間，轉(zhuǎn)子繞組兩端將有過(guò)電壓產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子繞組與滅磁電阻并聯(lián)時(shí)，過(guò)電壓數(shù)值與滅磁電阻值有關(guān)，滅磁電阻值大，轉(zhuǎn)子繞組的過(guò)電壓值也大。試驗(yàn)表明，如果滅磁電阻值選擇為轉(zhuǎn)子熱態(tài)電阻值的5倍時(shí)，則轉(zhuǎn)子的過(guò)電壓值為轉(zhuǎn)子額定電壓值的2～4倍?？傊?，發(fā)電機(jī)失磁對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，例如:(1)對(duì)系統(tǒng)的影響是:使系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功功率差額;造成其它發(fā)電機(jī)過(guò)流。(2)對(duì)發(fā)電機(jī)本身的影響是:轉(zhuǎn)子的損耗增大造成轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱;發(fā)電機(jī)受交變異步功率的沖擊而發(fā)生振動(dòng)。

3發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)的處理

3.1 處理原則

發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)，一般處理原則如:(1) 對(duì)于不允許無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)立即從電網(wǎng)解列，以免損壞設(shè)備或造成系統(tǒng)事故;(2) 對(duì)于允許無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)按無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行規(guī)定執(zhí)行以下操作:迅速降低有功功率到允許值此時(shí)定子電流將在額定電流左右擺動(dòng);手動(dòng)斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，退出自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置和發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁裝置;注意其它正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)定子電流和無(wú)功功率值是否超出規(guī)定，必要時(shí)按發(fā)電機(jī)允許過(guò)負(fù)荷規(guī)定執(zhí)行;對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行迅速而細(xì)致的檢查，如屬工作勵(lì)磁機(jī)的問(wèn)題，應(yīng)迅速啟動(dòng)備用勵(lì)磁幾恢復(fù)勵(lì)磁;注意常用分支電壓水平，必要時(shí)可倒至備用電源接帶;在規(guī)定無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)，仍不能使機(jī)組恢復(fù)勵(lì)磁，則應(yīng)將發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)解列。

3.2 處理方法

處理上，要求做到:(1)失磁保護(hù)動(dòng)作后經(jīng)自動(dòng)切換勵(lì)磁方式、減有功負(fù)荷無(wú)效而作用于跳閘時(shí)，按事故停機(jī)處理;(2)若失磁是由于滅磁開(kāi)關(guān)誤跳閘引起，應(yīng)立即重合滅磁開(kāi)關(guān)，重合不成功則馬上將發(fā)電機(jī)解列停機(jī);(3)若失磁是因?yàn)閯?lì)磁調(diào)節(jié)器AVR故障，應(yīng)立即將AVR由工作通道切至備用通道，自動(dòng)方式故障則切換至手動(dòng)方式運(yùn)行;(4)發(fā)電機(jī)失磁后而發(fā)電機(jī)未跳閘，應(yīng)在1.5min內(nèi)將有功負(fù)荷減至120MW，失磁后允許運(yùn)行時(shí)間為15min;(5)若失磁引起發(fā)電機(jī)振蕩，應(yīng)立即將發(fā)電機(jī)解列停機(jī)，待勵(lì)磁恢復(fù)后重新并網(wǎng)。

失磁后允許運(yùn)行時(shí)間及所帶負(fù)荷。發(fā)電機(jī)失磁后，是否可以繼續(xù)運(yùn)行，與失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)容量和系統(tǒng)容量的大小有關(guān)。大容量的發(fā)電機(jī)失磁后，應(yīng)立即從電網(wǎng)中切除，停機(jī)處理。發(fā)電機(jī)容量較小，電網(wǎng)容量較大，一般允許發(fā)電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)，低負(fù)荷下失磁運(yùn)行，以待處理失磁故障。

對(duì)于允許勵(lì)磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，發(fā)生失磁故障后，應(yīng)立即減小發(fā)電機(jī)負(fù)荷，使定子電流的平均值降低到規(guī)定的允許值以下，然后檢查滅磁開(kāi)關(guān)是否跳閘。如已跳閘就應(yīng)立即合上，如滅磁開(kāi)關(guān)未跳閘或合上后失磁現(xiàn)象仍未消失，則應(yīng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置停用，并轉(zhuǎn)動(dòng)磁場(chǎng)變阻器手輪，試行增加勵(lì)磁電流。此時(shí)若仍未能恢復(fù)勵(lì)磁，可以再試行換用備用勵(lì)磁機(jī)供給勵(lì)磁。經(jīng)過(guò)這些操作后，如果仍不能使失磁現(xiàn)象消失，就可以判斷為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生故障，必須在30min以內(nèi)安排停機(jī)處理。

4結(jié)語(yǔ)

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都帶有自動(dòng)控制調(diào)整裝置，但是一些老機(jī)組和小機(jī)組因種種原因?qū)⒆詣?dòng)控制系統(tǒng)退出運(yùn)行，改為手動(dòng)調(diào)整，而手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁有很多缺點(diǎn)，如調(diào)整時(shí)間不能及時(shí)把握，調(diào)整勵(lì)磁電流的大小無(wú)法控制等等。更重要的是如果調(diào)整不及時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行，或者在事故情況下造成系統(tǒng)電壓崩潰。調(diào)整勵(lì)磁就是調(diào)整勵(lì)磁電流。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，就是解決并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功功率合理分配問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)平衡系統(tǒng)的無(wú)功功率，進(jìn)而維持機(jī)端電壓為額定水平。隨著微機(jī)控制的發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷地更新，自動(dòng)化程度在不斷地提高，性能也在不斷地完善，這對(duì)我們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次設(shè)備問(wèn)題非常重要，并且能夠徹底解決發(fā)電機(jī)的異常問(wèn)題。

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