端部漏磁给水轮发电机运行带来的影响及相应对策

水轮发电机运行中的常见问题及改进措施作者：王智辉来源：《科学与财富》2018年第31期摘要：在水利工程中最为关键的设备就是水轮发电机，是否可以确保其安全稳定运行会对水电厂的经济效益造成直接影响。

因此在日常工作当中，工作人员应严格按照相关要求进行操作，科学使用相关设备，并对水轮发电器及其相关设备做好检修、维护工作。

本文主要分析了水轮发电机运行过程当中的问题，并提出了一系列改进措施。

关键词：水轮发电机；运行；常见问题；改进措施1引言随着我国科学技术的不断发展，在水利工程中对水轮发电机的要求也在不断提高。

因为水利工程当中的发电机通常都处在较为潮湿的环境当中，且运行时间很长，所以许多发电机存在磨损以及腐蚀的问题。

为了降低水轮发电机在运行过程当中出现问题的可能性，工作人员应该及时对出现的问题进行分析探讨，采取解决措施，并提前做好预防工作。

2水轮发电机的概述现如今，随着我国超高压远距离输电的快速发展发动机系统无功运转情况加重。

例如对于500kV、330kV以及220kV的架空线路，其地容性无功分别是每千米1000kvar、400kvar以及130kvar。

特别是如果处在非工作时间负荷量较低时，过剩无功的情况将会升高电网的电容量，甚至可能是电容量超过系统的规定值，从而对供电质量造成严重影响，还会损害电网，影响电力公司的经济效益。

水轮发电机在运行时和电力生产的目标相互结合，采取有效技术，来改善水轮发电机的运行状况，充分吸收电网过剩的无功功率，从而进行降压。

使用这种方法非常方便，不需要其他的设备，可以使得电压的调控范围充分扩大，确保电网能够正常运行。

这充分体现了水轮发电机调节电压的灵活性以及方便性。

可以说水轮发电机的运行可以提高电网电压的运行质量，推动电网电压的可持续发展。

3水轮发电机运行过程当中的常见问题水轮发电机在我国水利工程当中具有非常重要的作用，但是目前水轮发电机在运行过程当中依旧存在许多问题。

3.1水轮发电机在运行时存在绝缘损毁的情况设计水电站水轮发电机的人员为了尽可能降低构造水轮发电机的投入，在设计时并没有充分做好绝缘工作，有些地方所包扎的绝缘层数非常少，这很容易导致发生脱节的情况。

水轮发电机定子铁心端部冲片逸出原因分析及预防措施2017.№6 44水轮发电机定子铁心端部冲片逸出原因分析及预防措施刘世泽1，岳文亭1，肖先照2，刘宇2，李悦2，武倩倩2（1.国网甘肃省电力公司刘家峡水电厂，甘肃永靖731600；2.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）[摘要]本文研究了水轮发电机定子铁心端部冲片逸出，割伤线圈主绝缘，导致绕组接地的问题。

分析了冲片逸出的原因，总结了一些在结构设计、生产工艺和安装方面预防端部冲片逸出的措施。

本文对定子铁心结构设计以及处理冲片逸出具有指导意义。

[关键词]水轮发电机；定子铁心；冲片；逸出[中图分类号]TM312[文献标志码]A[文章编号]1000-3983(2017)06-0044-03Cause Analysis and Preventive Measures on the Escape of Punching Sliceof Hydro-generator Stator EndLIU Shize1,YUE Wenting1,XIAO Xianzhao2,LIU Yu2,LI Yue2,WU Qianqian2(1.Liujiaxia Hydro Power Station,Yongjing731600,China;2.Harbin Electric Machinery Co.,Ltd.,Harbin150040,China)Abstract:This paper deals with the problem of stator winding grounding caused by the escape ofpunching slice of hydro-generator stator end.It further analyses the causes of the escape ofpunching slice and summaries some measures to prevent the escape of punching slice fromstructural design,production process and installation process.This paper has guiding significancefor the stator core structure design and treatment on the escape of punching slice.Key words:hydro-generator;stator core;punching slice;escape0前言近年来，水轮发电机定子铁心端部冲片在径向移动逸出，割伤定子线棒主绝缘，屡屡造成定子绕组接地的事故，极大地威胁到电厂的安全生产。

发电机漏磁引起的端盖和螺栓发热故障分析及处理摘要：介绍了不同类型发电机漏磁引起端盖和螺栓发热的几起案例现象及相应处理情况，分析了发电机漏磁引起端盖和螺栓发热的原因，提出了解决办法、安装验收注意事项和建议。

关键词：发电机漏磁端盖螺栓发热0 引言大型发电机由于定子线圈的节距大，每个相带的线圈数量比较多，导致绕组端部较长，在定子线圈端部形成一个旋转漏磁场。

另外，隐极式转子在转子线圈端部也有一个随转子旋转的漏磁场。

以上两个旋转漏磁场在发电机端部形成一个合成的旋转漏磁场，其中定子端部漏磁场为主要成分。

由于漏磁通总是沿着磁阻最小的路径通过，因此，定子和转子漏磁通的耦合主要集中在端部最边段铁芯处和定子的压圈内圆、压指等处，导致这些部位附加损耗增大，温度升高。

虽然，发电机厂为减小漏磁附加损耗，从技术角度对发电机结构采取了相应措施。

例如，定子铁心端部采用阶梯段结构，逐步增大气隙，增大漏磁通磁路电阻，可以减少从轴向进入定子铁心的漏磁通；定子铁芯压圈、压指、压板以及转子护环，采用电阻系数低的非磁性钢板或铸钢材料，可以分别对定子端部和转子端部漏磁通起到削弱作用；采用硅钢片叠压导磁性较好但导电性能差的磁屏蔽，可以通过导磁减少漏磁损耗；采用铜或铝制成的导电性能好但导磁性能差的电屏蔽，可以利用电屏蔽内的涡流阻止漏磁进入压圈等。

但是，部分发电机由于设计等原因，端部漏磁仍然偏大，时常有发电机出现端盖或螺栓发热现象；特别是当发电机非正常方式运行（进相运行、空载试验、短路试验、非全相运行等）时，定子磁通和转子磁通在端部的合成漏磁通增大，结构件中涡流损耗过大，问题暴露更明显。

不仅降低了发电机效率，还影响到发电机运行的安全性和可靠性。

1 故障案例1.1案例一：发电机内端盖和机端结合面出现灼烧痕迹1.1.1设备概况某电厂2×330MW汽轮发电机组，发电机型号T255-460，额定电压24KV，额定电流9339A，励磁电压542V，励磁电流2495A。

水利发电机失磁判据及措施分析水力发电机在运转过程中，主要是依靠物理学中的电磁感应原理使系统中的机械能转化为电能，而一旦电磁场出现失磁现象，就会使发电系统失衡，进而对整个发电机组造成危害，因此，在发电机出现失磁现象后对其进行正确的失磁故障判定进而有效排除失磁问题是保证水力发电机组正常运行的前提条件。

文章对于发电机失磁现象产生的原因以及解决方法做出了系统分析，旨在最大限度的降低失磁现象对发电机正常运行的干扰，提高水力发电机的发电效能。

标签：励磁系统；处理原则；失磁保护判据水力发电机能够将机械能转化为电能主要是通过内部电磁场发挥作用，而保证磁场处于良好的运行状态需要通过励磁系统正常发挥其功能才能够得以实现，在励磁系统中如果电流供应出现异常情况，将会导致磁场失磁现象的发生，进而使发电机系统无法正常运转，大量无用功和有用功瞬间叠加，系统内部的电压也会迅速下降，发电系统会出现因电压不足而发生断电问题，致使发电机组无法正常运转。

解决上述问题的方法就是通过对系统采取励磁系统保护措施来保障励磁系统在运行过程中不受其他因素的干扰。

1 失磁现象的作用机理和引发的不良后果发电机的正常运转需要电磁场中转子运动所发出的电流来保持磁场系统的稳定性，当转子运行异常无法满足磁场电流供应条件时，励磁系统就会因电流的减弱或突然消失而出现故障，引发水力发电机失磁现象。

发电机在处于励磁系统失磁的状况下，通过发电机的电流会突然减弱，而其与磁场中电流的变化不同步，使得转子突然加速，产生电流激增现象，系统的电流保护系统会由于电流的突然增大而瞬间切断系统保护装置，而与此同时，由于水力发电机进入异常运转状态，会同时输送大量的无用功和有用功，使得系统整体的电压快速下降，随着无用功功率的逐渐增加，其与有用功之间的差额也逐渐增大，进而有可能引发由于电压下降而出现发电机系统断电现象，切断了系统的正常运行状态。

一旦发电机出现失磁现象，就会对整个水力发电机组运行的环境造成破坏，对其功能造成不良的影响，更为严重的是，失磁现象还有可能中断整个电力系统的电力供应，导致整个电力系统的瘫痪。

水轮发电机继电保护失磁保护水轮发电机失去励磁后，一方面将从系统吸收大量的无功功率，引起电力系统的电压下降，另外发电机失磁后将过渡到异步运行，水轮发电机的异步功率较小，在异步运行时反应功率较大，而反应功率是以两倍转差变化的，因而发电机的有功功率将随反应功率而产生较大摆动，影响系统稳定运行，还可能导致发电机定子和转子过热.鉴于近期投产的水轮发电机均采用静止励磁，存在失磁的可能性，因此需装设失磁保护。

目前失磁保护主要由按静稳边界或按异步边界整定的阻抗元件、判别系统电压降低的低电压元件、判别转子电压异常降低的元件以及防止误动作的闭锁元件和延时元件等构成。

失步保护大容量发电机失步时对系统影响较大，而且长时间的振荡电流将使定子绕组过热及端部遭受机械损伤，规程规定容量为300 MW及以上的发电机宜装设失步保护。

处于电动机工况的抽水蓄能机组由于失步期间机端电压大幅度波动，其输入功率亦将随之急剧变化，从而严重的扰乱了泵组的正常运行，必须要装设失步保护，将机组及时切除。

失步保护可由双阻抗元件构成，也有在主轴上方装齿盘(其齿数与磁极数对应)，利用探头监侧其脉冲可获知转子的频率，并在保护装里中与系统的频率做比较，侧得功角变化，来判别机组是否失步。

过电压保护水轮发电机甩负荷后，转速将突然上升，可能导致定子电压过分升高，危及发电机绝缘，为此应装设过电压保护。

该保护延时动作于灭磁和切除断路器。

过负荷保护为保护发电机定子绕组过负荷，装设定时限过负荷保护;50 MW及以上的水轮发电机装设定时限负序过负荷保护作为发电机转子表层过负荷保护，100 MW及以上的水轮发电机还装设定时限转子绕组过负荷保护。

对称短路故障时对灵敏性的要求;对于采用自并励励磁方式的发电机，为考虑短路电流衰减所产生的影响，防止后备保护拒动，采用低电压起动电流自保持的过电流保护或精确工作电流足够小的低阻抗保护。

定子绕组接地保护根据规程要求.容量为100MW及以上的发电机装设保护区为100%的定子接地保护，容量为100 MW以下的发电机则装设保护区不小于90%的定子接地保护。

浅谈水轮发电机失磁保护卢明东摘要：本文介绍发电机失磁产生的原因，失磁对水轮发电机组的影响，以及一些通用的失磁保护判据，提出了以检测失磁水轮发电机组转子绕组感应过电压为保护判据的实现及整定方法。

关键词：水轮发电机，失磁，励磁系统，保护，整定。

Summarize the protection of loss excitation in hydropower generatorAbstract：The paper introduces the reason of loss excitation, its effect to hydropower generators, and the general principle of loss excitation protection. It gives the ideal of loss excitation protection of hydropower units by inspecting over-voltage of rotors, then the paper gives an example of how to set parameters.Key words：hydropower generator, loss excitation, excitation system, protection, parameter setting.0 引言同步发电机是根据电磁感应的原理工作的，发电机的转子电流（励磁电流）用于产生电磁场，正常发电运行工况下，转子电流必须维持在一定的水平上。

发电机失磁是指励磁系统提供的激磁电流突然全部消失或者部分消失。

水轮发电机一般不允许失磁运行，否则将危及机组和励磁系统的安全，因此失磁保护必须保证稳定可靠。

本文论述了一般保护的工作原理，并提出在励磁系统中实现失磁失步检测的保护方案。

1发电机失磁及其产生原因引起失磁的原因大致有：发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关误跳闸、励磁系统误操作等。

浅谈水轮发电机失磁保护摘要：积石峡水电厂安装3台单机容量34万千瓦水轮发电机组，总装机102万千瓦。

2016年12月06日1号水轮发电机组开机并网后发电机失磁保护动作，机组停机进一步查找故障点为1号机组转子励磁引下线绝缘老化受损，导致转子放电短路故障，短路电流达到8860A，超过发电机灭磁开关过流脱口动作定值，引起灭磁开关动作跳闸，造成发电机失磁保护动作机组停机。

在这里就发电机失磁产生的原因，失磁对发电机及电力系统的影响，以及一些通用的失磁保护判据，积石峡WFB-800A微机发电机失磁保护的判据、逻辑等进行浅谈。

一、同步发电机是根据电磁感应的原理工作的，发电机的转子电流（励磁电流）用于产生电磁场。

正常运行工况下，转子电流必须维持在一定的水平上。

发电机失磁是指励磁系统提供的励磁电流突然全部消失或者部分消失，同步发电机失磁后将转入异步发电机运行，从原来发出无功功率转变为吸收无功功率。

对于无功功率储备容量较小的电力系统，大型机组失磁故障首先反映为系统无功功率不足、电压下降，严重时将造成系统的电压崩溃，使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。

在这种情况下，失磁保护必须采取快速可靠动作，将失磁机组从系统中断开，以保持系统的正常运行。

二、发电机失磁及其产生的原因对于并网运行的发电机组，当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减到零。

由于发电机的感应电势随着励磁电流的减小而减小；因此其电磁转距也将小于原动机的转距，因而引起转子加速，使发电机的功角增大。

当功角超过稳定极限角时，发电机将与系统失去同步，进入失步运行状态。

发电机失去励磁后将从并列运行的电力系统中吸收感性的无功功率供给励磁电流，在定子绕组中感应电势。

发电机失步后，转子回路将感应出频率为ff-fs（ff为发电机转速的频率，fs 为系统的频率）的电流，此电流产生异步制动转距。

引起发电机失磁的原因大致有：发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关误跳闸及回路发生故障等。

发电机失磁运行分析及处理摘要：发电机失磁运行是常见的故障形式。

发电机运行时发生失磁对发电机本身和电力系统造成影响，一旦保护拒动其将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身平安。

我们要从认识发电机失磁原理、失磁后工况变化，制定发电机失磁防范措施，防止发电机失磁运行和失磁后快速切除故障发电机运行。

关键词：失磁措施处理1、发电机失磁工况介绍发电机是一种将机械能转变为电能的工具，简单的从原理方面说，它是由转子和定子线圈组成的，转子绕组由励磁系统提供电流，在原动机的拖动下旋转，即产生了旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈，在定子回路产生感应电势，当发电机带上负载后，就产生了三相交流电，因三相定子绕组依次相差120°电角度布置，三相电流产生的磁场组合成一个磁场，即产生了定子旋转磁场。

发电机正常运行中，转子的旋转磁场与定子的旋转磁场方向、速度一样，转差为零，即发电机为同步运行方式。

当发电机励磁系统故障后，失去了励磁电流，也就是平常所说的发电机失磁。

发电机失磁后，转子旋转磁场消失，电磁力矩减少，而原动力矩不变，出现了过剩力矩，使转子转速增加，转子与定子的旋转磁场有了相对速度，出现了转差，定子磁场以转差速度切割转子外表，使转子外表感应出电流来，这个电流与定子旋转磁场作用就产生了一个力矩，称为异步力矩，它的制动作用限制了转子转速无限升高，转速越高，异步力矩越大，从而降低了转差，这时的发电机进入了异步运行状态。

发电机从系统吸收无功，供定子、转子产生磁场，向系统输送有功功率。

2、发电机失磁运行的危害、由于发电机失磁后，转子与定子出现了转差，在转子外表感应出转差频率的电流，该电流在转子中产生损耗，使转子发热增大，转差越大电流越大，严重时可使转子烧损；特别是直接冷却高利用率的大型机组，热容量裕度相对降低，转子容量过热。

失磁后，发电机转入异步运行，发电机的等效电抗降低，从系统吸收的无功功率增大。

失磁前的有功越大，转差越大，等效电抗就越小，吸收的无功也越大，因此在大负荷下失磁，由于定子绕组过电流将使定子过热。

水电站发电机的运行与维护措施探讨摘要水电站发电机的正常维护与检修措施，是水电站多发、满发、实现经济运行的重要保障。

根据电力企业的特点，应掌握发电设备的运行规律，做好发电机组的日常维护工作，以预防为主的计划检修，切实做到该修必修、修必修好，从而让水电站内所有的设备处于良好的状态。

而水轮发电机，是水电站的重要设施，对水电站的安全运营与生产指标都有着重要的作用。

本文就对水电站发电机的日常运行与维护措施进行简要的分析、探讨。

关键词水电站；水轮发电机；运行；维护中图分类号tm6 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）52-0069-021 水电站发电机的运行1.1 水轮发电机组的运行方式按带负荷方式有单机运行、并网运行两种基本运行方式。

按调速器控制方式一般分为手动运行、自动运行两种运行方式。

1.2 凸极式同步发电机的运行方式1.2.1 进相运行随着电力系统的发展，高压电缆及输电线路长度的增加，电力系统的容性无功功率也相应增加。

在系统处于低负荷时，因线路问题造成的剩余无功功率，有可能使电网的某些点上出现电压超过上限的情况。

由此，发电机应进相运行，以此吸收多余的无功，从而起到调节电压的效果。

与此同时，水电站发电机的励磁电流低于正常的励磁电流，发电机处于欠励状态。

1.2.2 迟相运行一般情况下，水电站的电力系统不仅需要一定的有功功率，还需要大量的感性无功。

与此同时，发电机的励磁电流超出了正常的励磁电流，使发电机处于过励状态。

1.2.3 负励磁和调相运行水电站发电机可以作调相运行，以此维持电力系统和电网的电压稳定，从而改善其功率因数并提高运行的效率。

发电机处于调相运行时，可根据系统的要求运行于欠励和过励状态。

凸极式同步发电机处于无励磁运行时，其仍然可以产生磁阻功率，甚至在其处于负励磁运行时，依然可以产生小于磁阻功率的有功功率。

在功角相同的情况下，发电机在负励磁运行时从系统中吸收的无功比处于无励磁运行时还多。

1 失磁保护原理发电机励磁系统故障使励磁降低或全失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组本身及电力系统的安全造成重大的危害。

因此,大、中型机组装设失磁保护，其主判据可由下述判据组成。

1.1 静稳极限励磁电压U fd (P)主判据该判据的优点是：凡是能导致失步的失磁初始阶段，由于U fd （励磁电压）快速降低，U fd (P判据可快速动作；在通常工况下失磁，U fd (P)判据动作大约比静稳边界阻抗判据动作提前1S以上，有预测失磁失步的功能。

Uf d(P )判据的动作方程为：U fd ≤K set (P-P t )1.2 定励磁低电压辅助判据为了保证在机组空载运行及P<P t 的轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口，附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据”，其动作方程为：U fd ≤U fd.s et (励磁低电压动作整定值)。

在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中，“定励磁低电压判据”不会误动作。

U fd -P及定励磁低电压判据动作特性曲线如图1所示。

1.3 静稳边界阻抗主判据阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0°接线方式，动作特性见下图，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第I象限随时间进入第Ⅳ象限，达静稳边界附近进入圆内。

静稳边界阻抗判据满足后，至少延时1～1.5 s发失磁信号、压出力或跳闸，延时1～1.5 s的原因是躲开系统振荡。

扇形与R轴的夹角10°～15°为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。

静稳边界阻抗判据动作特性如图2所示。

2 失磁保护逻辑方案某电厂的发电机保护采用许继电气股份有限公司生产的W F B -801A /F 型发电机保护装置（内含励磁变保护）。

W F B -801A/F装置提供三种失磁保护方案，电厂选择方案一，逻辑框图如图3所示。