發(fā)電機振蕩的原因分析及處理方法

鄒斌

【摘要】水輪發(fā)電機組在運行過程中，因內(nèi)部或外部的各種原因，可能出現(xiàn)事故或非正常運行方式。嚴重時會使發(fā)電機組與系統(tǒng)之間發(fā)生電流和功率的激烈波動，機組產(chǎn)生振蕩甚至失步，導致整個系統(tǒng)的解列。機組振蕩時處理方法一般有：在電壓下降過多情況下增加發(fā)電機勵磁電流；轉(zhuǎn)速變化過大時操作調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)有功功率；振蕩時間過長或情況惡劣時應(yīng)讓機組解列運行，發(fā)生異常現(xiàn)象時，運行值班人員應(yīng)根據(jù)故障性質(zhì)、特征、積極思考、認真分析，要迅速、及時、正確地排除故障，確保水電站設(shè)備安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。本文就水輪發(fā)電機組出現(xiàn)振蕩，進行了原因分析及采取的處理的方法。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機；振蕩；原因分析

一、發(fā)電機振蕩產(chǎn)生的現(xiàn)象

當系統(tǒng)發(fā)生短路現(xiàn)象、發(fā)電機非同期并列、勵磁電流過分降低時等諸多原因，系統(tǒng)的靜態(tài)或動態(tài)穩(wěn)定可能被破壞，從而造成水輪發(fā)電機組產(chǎn)生劇烈的振蕩。水輪發(fā)電機組產(chǎn)生振蕩時，會產(chǎn)生如下運行現(xiàn)象：

1.定子電流I周期性劇烈擺動，且超過正常值

2.定子電壓U周期性劇烈擺動，且大幅度降低。

3.有功、無功表全盤擺動

4.勵磁電流If、勵磁電流IU、在正常值附近擺動。

5.頻率或機組轉(zhuǎn)速忽上忽下，發(fā)電機發(fā)出嗚嗚聲，其節(jié)奏與表計的擺動合拍

6.廠用電照明燈隨電壓的波動一明一暗

7.其他并列運行的發(fā)電機的儀表也相應(yīng)擺動，但幅度較小，擺動的方向相反。

二、發(fā)電機振蕩原因分析

當系統(tǒng)發(fā)生重大故障，如系統(tǒng)中大容量發(fā)電機及變壓器的斷路器跳閘、調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定、線路短路切除大量負荷、發(fā)電機突然失磁和系統(tǒng)突然短路等，使子系統(tǒng)并列的發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定被破壞，引發(fā)發(fā)電機和系統(tǒng)之間發(fā)生電流和功率的激烈振蕩，并可能會發(fā)展到使發(fā)電機和系統(tǒng)失去同步。

發(fā)電機的功角特性如圖所示.

由發(fā)電機的功角特性

P=（EqU/∑X）sinδ

式中：Eq發(fā)電機電動勢；U為系統(tǒng)電壓；∑X為發(fā)電機與系統(tǒng)間的總電抗。

顯然，當功角小于90°時，機組能穩(wěn)定運行，當功角大于90°時，機組不能穩(wěn)定運行，線路所能輸送的最大極限功率為

Pm=EqU/∑X

根據(jù)這一特征，我們可以分析引起發(fā)電機振蕩的基本原因：

1.線路輸送的有功功率超過靜穩(wěn)定極限（Pt >Pm）.

2.系統(tǒng)短路（U下降使Pm下降）

3.勵磁電流If過分降低，（Eq下降使Pm下降）

4.非同期并列，當發(fā)電機非同期并列時，定子電流急劇上升且擺動，母線電壓大量降低，機內(nèi)發(fā)出吼叫聲，當沖擊電流較大，發(fā)電機母線電壓降得過低，而強勵回響不能自動投入時，EqU大幅降低，產(chǎn)生失步而振蕩。

三 、發(fā)電機非同期并列產(chǎn)生振蕩的危害

1.將產(chǎn)生很大的沖擊電流，其值甚至比機端短路電流還要大得多。

2.會引起系統(tǒng)電壓嚴重下降

3.使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩以至使系統(tǒng)瓦解。

4.沖擊電流產(chǎn)生的強大電動力還可能對電氣設(shè)備造成嚴重的損壞，以致在短期內(nèi)難以恢復等。

四、發(fā)電機產(chǎn)生振蕩的處理措施

事故處理時要盡量限制事故的擴大，首先解除對人身和設(shè)備的危害，其次，堅持設(shè)備的繼續(xù)運行，力求維持整個電力系統(tǒng)的相對穩(wěn)定。

1.若系統(tǒng)非同期并列產(chǎn)生振蕩，應(yīng)立即將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，然后，按非同期故障的處理措施進行處理后，重新并網(wǎng)。

2.發(fā)電機非同期并列產(chǎn)生振蕩，（同步發(fā)電機在不符合準同期并列條件就與系統(tǒng)并列，稱為非同期并列）此時將產(chǎn)生很大的沖擊電流和沖擊力矩，發(fā)電機非同期并列產(chǎn)生振蕩處理措施：

（1）測定發(fā)電機定子繞組的絕緣電阻。

（2）打開發(fā)電機端蓋，檢查發(fā)電機端部繞組有無變形。

（3）查明非同期并列的原因，證明發(fā)電機機電部分正常，再啟起、升壓、并列。

3.其他原因引起的振蕩，可按下述步驟進行處理：

（1）對無自動勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)設(shè)法盡快增大發(fā)電機的勵磁電流。

（2）若采取上述措施仍不能恢復同步或?qū)τ谟凶詣觿畲耪{(diào)節(jié)器的機組，應(yīng)減小導葉開度，降低機組出力。

（3）若采取上述措施后，若在2min內(nèi)仍不能恢復同步時，匯報調(diào)度同意后，方可將機組解列。解列后可重新將機組并入系統(tǒng)運行。

注意：對于全廠型振蕩，即全廠所有發(fā)電機都產(chǎn)生振蕩時，此時，全廠所有發(fā)電機的振幅相同，擺動方向一致。若原因可能是線路引起的，也可能是系統(tǒng)引起的，此時應(yīng)立即與調(diào)度聯(lián)系，并設(shè)法增加發(fā)電機的勵增電流。未經(jīng)調(diào)度同意，切不可輕率地減負荷。若在2min內(nèi)仍不能恢復同步時，匯報調(diào)度同意后，方可將機組解列。

五、結(jié)束語

水輪發(fā)電機是水電站中最重要的動力設(shè)備，為保證設(shè)備安全運行，必須認真負責地進行監(jiān)視，一量發(fā)現(xiàn)設(shè)備有缺陷和異常情況時，要及時匯報，迅速進行處理。

出現(xiàn)事故時要盡量限制事故的擴大，首先解除對人身和設(shè)備的危害，其次，堅持設(shè)備的繼續(xù)運行，力求維持整個電力系統(tǒng)的相對穩(wěn)定。

水電站的運行人員要深入了解水輪發(fā)電機在各種運行方式下的運行機理、運行特征、有助于加強對運行監(jiān)視的認識，提高分析事故和故障的能力。出了事故后，相關(guān)部門應(yīng)組織有關(guān)人員進行事故分析，分清事故的原因責任，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓，提高運行水平和反事故能力。從而保證設(shè)備的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。

參考文獻：

[1] 程無楚，中小型水電站運行維護與管理.中國電力出版社，2006.

[2] 李啟榮，水電站機電設(shè)備運行與檢修技術(shù)問答. 中國電力出版社，1996.