综述汽轮发电机失磁异步运行对电网和电机的影响

发电机失磁保护本文主要介绍发电机失磁产生的影响、发电机失步爱护、发电机逆功率爱护以及发电机过电压爱护。

一、发电机失磁产生的影响需要从电网中汲取很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。

由于从电力系统中汲取无功功率将可能引起电力系统电压下降，假如电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。

由于失磁发电机汲取了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，汲取的无功功率越大，则降低越多。

失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。

明显，当转差率越大时，所引起的过热也越严峻。

失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。

二、发电机失步爱护这部分主要介绍什么是发电机失步爱护、失步爱护要求、失步爱护构成原理和出口方式。

定义：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。

失步爱护要求：①失步爱护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步爱护装置不应动作。

②失步爱护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步爱护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。

③检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能动身，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为180°时跳闸。

④失步爱护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120°时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的状况下，失步爱护不应误动作。

失步爱护构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作挨次反应发电机机端测量阻抗的变化。

出口方式：推断为减速失步时，发减速脉冲；推断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍旧处于失步状态时，就动作于解列灭磁。

159FORTUNE WORLD 2009.3同步发电机失磁异步运行分析与处理任纯榕 宁波镇海热电厂有限公司1 引言发电机在运行过程中，由于某种原因失去励磁电流，使转子的励磁磁场消失，被称作为发电机失磁。

若失磁后的发电机不从电网上解列，仍带有一定的有功功率，以某一滑差率与电网保持联系，这种特殊的运行方式，称之为发电机异步运行。

从提高供电电网的可靠性和不使故障扩大到整个系统的观点看，整体式转子的汽轮发电机在失去励磁后，最好不立即从系统中断开，维持在电网上运行一段时间，使我们有可能查出去励磁的原因并及时恢复励磁，即将主励磁机切换为备用励磁机供励，或将发电机的负荷转移到其它发电机上去。

因此，在处理励磁系统故障时，需要将发电机作短时的失磁异步运行。

发电机失去励磁的原因很多，往往是由于励磁系统发生某些故障引起的。

一般在同轴励磁系统中，常由于励磁回路断线，如转子回路断线、励磁机电枢回路断线、励磁机励磁绕组断线、自动灭磁开关受振动或误碰掉闸、磁场变阻器接头接触不良等造成励磁回路开路，以及转子回路短路和励磁机与原动机在联接对轮处的机械脱开等原因造成开路。

2 失磁异步运行的工作原理发电机失去励磁后，由于励磁绕组电感较大，励磁电流If及其产生的磁通φf，将按指数规律衰减到零，如图1所示，在励磁电流If减少时，电势Ef也随着减少，功率极限也随之下降，如图2所示。

功角θ将增大，定子合成磁场与转子磁场间的吸引减少。

发电机的转子力矩平衡关系将随着电磁力矩的下降而打破。

由于原动机主力矩未变，所以转子将获得使其加速的过剩转矩。

当励磁电流If减少时到θ角大于90㎜时，转子就可能超出同步点而失步，进入异步运行状态。

图1励磁电流衰减曲线图2 转矩、电势与功角θ的关系发电机失磁进入异步运行状态，由电网向发电机定子送入励磁电流，此电流在定子内感应出电势E，同时在气隙内产生旋转磁场。

由于转子转速超过同步转速，转子与旋转磁场间发生相对运动，其转差n1-n=Sn1(n1为定子磁场的同步转速，n为转子失磁后的转速)，转子以转差Sn1的速度切割定子旋转磁场。

浅析300MW汽轮机发电失磁故障及处理生产运营部崔志强前言汽轮发电机的激磁系统是机组运行中较为薄弱的环节，发电机失磁故障占机组故障比例也较大。

所谓汽轮发电机的失磁运行，系指发电机正常运行时，可能由于励磁开关误跳，励磁机或半导体励磁系统放生故障，转子回路开路及断路等原因，使发电机全部或部分失去励磁，但仍供给一定的有功功率，并以低转差率的异步运行状态与电网继续并列运行的一种特殊运行方式。

这对电网及机组本身都有一定的不良影响。

但由于300MW发电机失磁运行还能继续向电网供给大量的有功，因此，在失磁后，系统电压降低值在允许范围内，又无损坏发电机的情况下，则不必匆忙将发电机与系统解裂，以争取一定的时间来排除失磁的原因，恢复激磁，保证机组正常运行。

所以，电气值班员对发电机失磁故障必须事先有一定的思想准备：明确掌握发电机失磁后的失步过程、异步运行、恢复励磁后再同步过程以及发电机失磁后观察到的现象、失磁时的处理，做到心中有数。

及时、准确地分析和处理失磁故障，这对于确保机组供电的可靠性和系统得稳定性具有重要的意义。

对失磁运行的研究，是发电机运行中予以重视的问题。

1 发电机失磁后的失步过程汽轮发电机正常运行时，原动机的输入机械转规和轴上摩擦转矩，电磁制动力规处于平衡状态，转子以同步速度旋转，这时送出的电磁功率为：P e＝m·E o·U／X t·sinδ,在QFSN－300－2型齐鲁发电机中：相数m为3 ，在与无穷大电网并联的情况下：U为发电机端电压20KV，且当电机不饱和同步电抗Xt为1.836；又维持发电机激磁电流不变即发电机空载电势E o为常数时，P e随功率角δ按正弦规律变化。

因励磁系统故障，当刚刚失去励磁时，转子励磁产生的磁通则按指数规律逐渐下降直至衰减到零。

同时，由励磁通在定子绕组中感应得电势也按同一指数规律衰减。

随着定子绕组电势的减小，发电机的电磁功率P e也相应减小，致使电机轴上出现原动机转矩大于制动力矩的不平衡情况。

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。

发电机运行中失磁对发电机本身的影响一、发电机的失磁：同步发电机失去直流励磁，称为失磁。

发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低滑差s与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，是一种特殊的运行方式。

二、发电机失磁的原因。

引起发电机失磁的原因有励磁回路开路，如自动励磁开关误跳闸，励磁调节装置的自动开关误动；转子回路断线，励磁机电枢回路断线，励磁机励磁绕组断线；励磁机或励磁回路元件故障，如励磁装置中元件损坏，励磁调节器故障，转子滑环电刷环火或烧断；转子绕组短路；失磁保护误动和运行人员误操作等。

三、发电机失磁运行的现象。

发电机失磁运行有如下现象：1)中央音响信号动作，“发电机失磁”光字牌亮。

2)转子电流表的指示等于零或接近于零。

转子电流表的指示与励磁回路的通断情况及失磁原因有关，若励磁回路开路，转子电流表指示为零；若励磁绕组经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭路，或AVR、励磁机、硅整流装置故障，转子电流表有指示。

但由于励磁绕组回路流过的是交流(失磁后，转子绕组感应出转差频率的交流)，故直流电流表有很小的指示值。

3)转子电压表指示异常。

在发电机失磁瞬间，转子绕组两端可能产生过电压(励磁回路高电感而致)；若励磁回路开路，则转子电压降至零；若转子绕组两点接地短路，则转子电压指示降低；转子绕组开路，转子电压指示升高。

4)定子电流表指示升高并摆动。

升高的原因是由于发电机失磁运行时，既向系统送出一定的有功功率，又要从系统吸收无功功率以建立机内磁场，且吸收的无功功率比原来送出的无功功率要大，使定子电流加大。

摆动的原因是因为力矩的交变引起的。

发电机失磁后异步运行时，转子上感应出差频交流电流，该电流产生的单相脉动磁场可以分解为转速相同、方向相反的正向和反向旋转磁场，其中，反向旋转磁场以相对于转子sn1的转速逆转子转向旋转，与定子磁场相对静止，它与定子磁场作用，对转子产生制动作用的异步力矩；另一个正向旋转磁场，以相对于转子s"。

填空题1.故障发生后对电力系统造成的后果有烧坏故障设备、影响用户正常工作和产品质量、破坏电力系统稳定运行。

2。

电气设备运行超过额定电流时将引起过热、加速绝缘老化、降低寿命、引起短路等3.继电保护的基本任务是当电力系统故障时,能自动、快速、有选择的切除故障设备,是非故障设备免受损坏，保证系统其余部分继续运行当发生异常情况时，能够自动、快速、有选择的发出信号,由运行人员进行处理或切除继续运行会引起故障的设备。

4。

继电器是当输入量达到整定值时改变输出状态的一种自动器件；继电保护装置由一个或若干个继电器连接组成,一般分为测量、逻辑执行部分。

5缩短故障切除时间就必须缩短保护动作时间、缩小断路器的跳闸时间。

6.所谓运用中的设备是指全部或部分带电及一经操作带电的设备。

7。

实际工作中只能用整组试验的方法校验保护回路和整定值的正确性.8。

电网继电保护的整定不能兼顾速动性、选择性或灵敏性时按下列原则取舍局部电网服从整个电网，下级电网服从上级电网,自行消化局部问题尽量照顾局部电网和下级电网的需要，保证重要用户供电.9.在某些情况下,必须加速切除短路时,可使保护无选择性动作。

但必须采用补救措施。

如重合闸和备自投来补救.10.电力设备由一种运行方式转为另一种运行的操作过程中，被操作的有关设备均应在保护的范围内.部分保护装置可短时失去选择性。

3.1判断题1.在最大运行方式下，电流保护的保护区大于最小运行方式下的保护区。

对2.继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无保护的状态下运行。

对3。

大接地电流系统是指所有变压器中性点均直接接地的系统。

错4．在我国系统零序电抗与正序电抗的比值是大接地电流系统与小接地电流系统的划分标。

对5.继电保护装置的电磁兼容性是指它具有定的耐受电磁干扰的能力对周围电子设备产生较小的干扰。

对6．系统运行方式越大,保护装置的动作灵敏度越。

错7。

自耦变压器中性点必须直接接地运行。

对8．快速切除线路和母线的短路故障是提高电力系统静态稳定的重要手段.错9．主保护的双重化主要是指两套主保护的交流电流、电压和直流电源彼此独立有独立的选相功能有两套独立的保护专（复）用通道;断路器有两个跳闸线圈，每套主保护分别启动一组。

发电机组失磁进相运行的危害及措施分析李贺昌;程宝芳;陈素君【摘要】介绍了一起发电机失磁进相运行的事故,分析了机组失磁进相运行的危害,并提出了机组进入失磁运行状态的应对措施,以避免机组长期处于失磁运行模式.【期刊名称】《山西冶金》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】3页(P88-90)【关键词】发电机;失磁;进相运行【作者】李贺昌;程宝芳;陈素君【作者单位】首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山 063200;首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山 063200;首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山063200【正文语种】中文【中图分类】TM31进相运行是发电机的一种特殊运行状态，是实现电网无功优化平衡及系统电压稳定的有效措施，是发电机安全、可靠、灵活运行的调节方式之一。

当系统电压过高时，发电机组可以吸收电网无功电流而进相运行，从而降低系统的电压。

发电机组进相运行的原理是：调整发电机的励磁电流，当机组过励时发电机可以发出感性无功功率；当机组欠励时，发电机则要吸收感性无功功率，通过调节机组的无功出力，来调整系统的电压水平。

但是发电机组一旦失磁即励磁电流为零，并进入此种进相运行模式时，会带来一系列的问题。

首先导致机组端部漏磁相应增高，引起定子端部损耗增加，发热逐步趋向明显，考验机组绝缘水平。

同时还会对系统运行电压产生影响，一旦电能质量超出国家标准，会引发电网部分用电设备跳闸，更甚者则会导致电网崩溃，带来系统性灾难。

因此，应尽量避免发电机组进入失磁进相运行状态，以确保机组和电网的稳定运行。

随着科学技术的不断发展，用电设备的种类越来越多，用电设备对电能质量的要求越来越高。

电能质量若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电带来不同程度的危害，同时对整个电网的稳定运行也造成影响。

发电机组进入进相运行模式的难点在于首先会导致机组端部漏磁相应增高，引起定子端部损耗增加，发热逐步趋向明显，考验机组绝缘水平。

一、失磁保护：发电机失磁不仅使定子端部发热，力矩超过允许值，发电机由送出无功变为吸收无功，严重时造成电压崩溃。

为防止事故的发生，发电机装有失磁保护，一旦失磁，直接跳闸。

大机组满载时失磁突然跳闸，从保电网的角度看，虽失去部分有功功率，但可避免电压崩溃危险。

通过大量研究并试验，证明容量不超过800MW的二级汽轮发电机若失磁机组快速减载到允许水平，只要电网有相应无功储备，可确保电网电压，失磁机组的厂用电保持正常工作的情况，失磁机组可不跳闸，尽快恢复励磁。

由于失磁异常运行受到机组设计特点、电网条件等限制，要根据本身机组特点及电网中所处的条件而决定。

发电机失磁危害：发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障。

励磁异常下降是指发电机励磁电流的降低超过了静态稳定极限所允许的程度，使发电机稳定运行遭到破坏。

失磁可能是由于励磁开关误跳闸，励磁调节器故障，转子回路某处断线等原因引起。

失磁后果：对发电机本身的影响：1）发电机输出同步电磁功率下降：发电机的同步功率是励磁电流建立的磁场所传递的有功功率，随励磁电流的减小，同步功率将相应地减小。

而定子磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为异步转矩，它们之间所传递的功率称为异步功率。

发电机在正常运行时，从汽轮机传过来的主力矩与同步力矩相平衡。

当某种原因造成励磁电流中断时，由于磁场不会消失，在短暂的时间内，转子磁场将逐渐衰减，使同步力矩逐渐减小，所出现的过剩力矩就会使转子加速，而使转子转速与定子旋转磁场的转速变得不一致。

与此同时，发电机变为欠励，从电网吸收感性无功功率，以维持气隙磁场。

由于定子旋转磁场与转子间有相对速度，即有了转差率S，于是在闭路的励磁绕组、阻尼绕组和转子的其它金属构件中感应出频率与转差率相应的交变电流。

该电流和定子旋转磁场作用产生异步力矩。

主力矩克服异步力矩过程中作功，亦可以继续向电网送出有功。

异步力矩是随S增大而增大的，而汽机又因转速升高使调速器动作而减少输给发电机的机械功率，所以当主力矩和异步力矩相等时，即达到新的异步运行平衡状态。

同步发电机的失磁异步运行同步发电机的失磁异步运行是指同步发电机失去励磁后，仍带有一定的有功负荷，以某一滑差与电网并联运行的一种非正常运行方式，即由同步发电机转变为感应发电机的一种特殊运行方式。

同步发电机全部或部分地失去励磁是常见的一种故障。

造成发电机失去励磁的原因，可能是励磁系统中某一开关跳闸，励磁回路短路或断线及励磁机故障等。

通常发电机失磁一般能由运行人员较快地消除并恢复励磁或切换到备用励磁机运行。

如果发电机失磁立即由失磁保护动作跳闸，不仅对热力设备安全非常不利，而且机组操作复杂，容易造成温差、胀差超过规定或断油磨瓦、弯轴等严重事故。

而在电网和机组本身允许的条件下，发电机在失磁后短时间内采用异步运行方式，继续与电网并列运行且发出一定的有功功率，待运行人员手动或由自动装置自动恢复励磁进入同步运行，对保证机组和电网安全、减少负荷损失均具有重要意义。

实际电力系统中的发电机是否允许失磁异步运行，应通过具体试验确定。

1失磁的物理过程同步发电机正常运行时，从原动机输入的力矩与发电机的电磁力矩相等，发电机转子磁场与定子磁场均以同步速度旋转。

当某种原因造成励磁电源中断时，虽然励磁电压已降到零，但由于励磁回路的电感很大，转子励磁电流不能立即降到零，而是按指数规律逐渐减到零。

同步发电机的激磁电势也逐步减少，在转子上出现转矩不平衡现象，即原动机输入力矩将大于发电机电磁力矩，这个过剩力矩就会使转子加速，使δ角增大。

当励磁电流减小到某一数值时，会使δ角大于静态稳定极限角，发电机在过剩力矩作用下失去同步，进入异步运行状态。

随着励磁电势的减小，发电机从稳定的同步运行过渡到进相运行，再过渡到低励失步状态，最后到稳态的异步运行。

)/ ω)，定由于定子磁场与转子磁场间有相对速度，即有滑差s (s=(ω-ω子旋转磁场切割成闭合回路的励磁绕组、组尼绕组和其它金属导体。

并在其中感应出滑差频率的交流电势和电流。

该电流与定子旋转磁场相互作用产生异步力矩。