浅谈发电机失磁原因及危害

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摘 要： 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它关系到发电机及电力系统的安全稳定运行。

然而，励磁系统的失磁故障在发电机的各类故障中是最高的，本文将简要介绍近几年个别火力发电厂失磁案例，分析引起失磁的原因以及失磁的危害。

关键词：发电机 失磁 灭磁开关

On the cause and damage of generator excitation loss

Zhang tian bao

（InnerMonglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.，Tuoketuo 010206，China）

Abstract：The excitation system is an important part of synchronous generator， which is related to the safe and stable operation of generator and power system.However， the excitation system of the demagnetization fault in all kinds of faults of generator is the highest. This paper will give a brief introduction individual thermal power plants in recent years， the loss of excitation case， analyze the cause of the harm of loss of magnetic and loss of excitation.

Key words：generator； loss of excitation；FCB

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0262-02

引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它关系到发电机及电力系统的安全稳定运行。同步发电机在运行过程中，可能突然全部或部分地失去励磁。励磁系统的失磁故障在发电机的各类故障中是最高的，据有关资料统计，失磁故障占发电机各类故障的比例很高。引起失磁的原因包括励磁回路开路、短路或励磁调节器故障或转子绕组故障等。发电机发生失磁故障后，将从系统吸收大量无功，导致系统电压下降，以及引起发电机失步运行，并产生危及发电机安全的机械力矩；在转子回路中出现差频电流，引起附加温升等危害。由此可见发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。

一、发电机失磁现象

1.发电机失磁后，发电机将从系统吸收无功功率，引起定子电流上升，导致线路压降增大，导致机端电压下降，危及厂用负荷的安全稳定运行。如失磁前发电机带50%额定负荷运行，6.3KV母线电压平均值约为失磁前的78%，最低值为72%。

图1 典型的灭磁开关跳闸后发电机机端电压变化曲线

2.发电机失磁后，励磁电流指示为零或近似为零。当发电机失去励磁后，转子电流迅速的以指数规律进行衰减，其减小的程度与失磁的原因、剩磁的大小有关。当励磁回路开路后，转子电流表指示为零，当励磁回路短路或经小电阻闭合时，转子回路有交流电流通过，直流电流表有指示，但指示很小。

图2 典型的灭磁开关跳闸后发电机励磁电流变化曲线

3.发电机失磁后，发电机将从电力系统吸收无功，无功功率表指示为负值，发电机进相运行。

图3 典型的灭磁开关跳闸后发电机无功功率变化曲线

4.发电机失磁后，转子电流很快以指数规律衰减至零，原来有转子电流建立的磁场也很快消失，这样电磁制动力矩就消失力，“释载”的转子在原动机带动下很快升速，直至建立新的平衡。这与汽轮机的调整特性以及该发电机在某一转差下所能产生的异步力矩大小有关系。

图4 典型的灭磁开关跳闸后发电机频率变化曲线

5.发电机失磁后，转子各部件的温度升高。异步运行发电机的励磁绕组、阻尼绕组、转子铁芯等处产生滑差电流，从而在转子上引起损耗使转子温度升高。另外，失磁后的发电机，既向电网送出无功功率，又从电网吸收无功功率，所以将造成定子电流上升，摆动是因为转子回路有差频脉动电流所引起的。

二、发电机失磁原因

发电机失去励磁的原因一般可归纳为励磁回路开路或短路，包括励磁机、励磁变或励磁回路的故障、误碰励磁开关、切换备用励磁不当、励磁系统失去厂用电源、转子绕组或励磁回路开路或转子绕组严重短路、半导体励磁系统发生故障、转子滑环着火或烧断。

1.励磁变故障跳闸引起发电机失磁

由于该变压器存在绝缘制造缺陷，或运行中绝缘缺陷逐步恶化，产生放电现象，导致励磁变保护动作跳闸，失磁保护动作导致机组跳闸。某热电公司2号机由于励磁变绝缘损坏，产生放电，导致励磁变故障导致机组跳闸。因此，应严格执行规程、标准，开展定期试验、落实情况、排查问题。对照相关规程、标准，认真开展绝缘专业定期试验落实情况。

2.灭磁开关跳闸引起发电机失磁

灭磁开关跳闸原因包括：

2.1 DCS上误发灭磁开关跳闸指令

2.2出口继电器故障发出灭磁开关跳闸指令；

2.3集控室电气立盘灭磁开关跳闸按钮接点吸合发出跳闸指令；

2.4励磁小间就地控制盘手动分开灭磁开关；

2.5灭磁开关控制回路电缆绝缘下降；

2.6开关本体机械跳开灭磁开关；

2.7直流系统瞬时接地导致灭磁开关跳闸。

某发电厂2015年发生一起灭磁开关跳闸事件，后经检查结果及原因分析，判断开关本体机械跳开灭磁开关和开关控制回路受到干扰造成误跳闸的可能性较大。

3.励磁滑环打火引起发电机失磁

2012年某热电厂#1 机组在运行过程中由于振动扰动，内滑环09 号刷握托板铆钉松脱，托板脱落触碰滑环摩擦起火，造成滑环表面灼伤不平，滑环与碳刷之间产生火花，使滑环与碳刷的温度持续上升，最终形成环火导致碳刷烧毁。

2012年某热电公司2号机组励磁滑环碳刷打火导致机组解列。事故原因为碳刷压簧压力不均，造成部分碳刷电流分布不均，致使个别碳刷电流过大，引起发热。另外碳刷存在脏污现象，污染了碳刷和滑环接触面，造成部分碳刷和滑环接触电阻增大继而出现打火，另外正、负极碳刷磨损程度不均衡，负极磨损一直比正极严重，因磨损严重造成滑环表面不平度加大，因未及时得到控制造成滑环环火。

4.直流系统接地引起发电机失磁

某厂3 号机组因直流接地导致失磁保护动作机组跳闸。直流系统发生正极接地后，由于长电缆存在分布电容，而电容两端电压不能突变，引起发电机灭磁开关外部跳闸回路长电缆电容电流流经其外部跳闸出口中间继电器，继电器动作跳开发电机灭磁开关，造成发电机失磁保护动作跳机。

5.励磁调节系统故障引起发电机失磁

2012年某公司6号机组因发电机励磁系统调节器EGC板故障，造成6号发电机励磁调节器转子过电压保护动作，导致失磁保护动作跳闸。

6.整流柜全停引起发电机失磁

2014年某电厂5号机整流柜风扇共有两路电源，分别取自厂用380V MCC和励磁变低压侧，在启动电泵过程中，引起380V系统电压降低，励磁系统发出辅助电源故障报警，由于切换回路继电器辅助触电电阻过大，导致电源切换失败，整流柜风机无法正常运行，导致整流柜超温跳闸，失磁保护动作，机组停运。

2014年某电厂7号机组运行中，整流柜交流侧电源开关触头的镀银层薄或质量低劣，运行中铜与空气接触产生氧化层， 造成触头接触电阻增大，随着电流增大，温度升高导致触头过热，处理过程中导致失磁保护动作，机组跳闸。

三、发电机失磁危害

运行中的大容量发电机组，如果发生低励、失磁故障，将对发电机和电力系统的稳定运行造成非常严重的影响。

1.对电力系统的影响

1.1低励或失磁时，发电机从电力系统吸收无功，引起系统电压下降。此时，电力系统中的其他发电机组在自动调整励磁装置作用下将增大无功输出，从而可能使某些发电机组和线路过负荷，其后备保护可能发生误动作，使故障范围扩大。

1.2一台发电机失磁后，由于有功功率的摆动，以及电力系统电压的下降，可能导致相邻正常发电机与电力系统之间或系统各回路之间发生振荡，造成严重后果。另外发电机额定容量越大，低励、失磁引起的无功缺额也越大。如果电力系统相对容量较小，则补偿这一无功缺额的能力较差，由此而来的后果会更严重。

2.对发电机本身的影响

2.1失磁后，发动机定转子之间出现转差，在发电机转子回路中产生损耗超过一定值时，将使转子过热。特别是大型发电机组，其热容量裕度较低，转子易过热。而流过转子表面的差额电流，还将使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。另外，低励或失磁发电机进入异步运行后，从电力系统吸收无功功率增加，在重负荷下失磁发电机进入异步运行后，如不立即采取措施，发动机将因过电流使定子绕组过热。

2.2在重负荷下失磁后，转差也可能发生周期性的变化，使发电机出现周期性的严重超速，直接威胁着发电机组的安全。低励、失磁时，发动机定子端部漏磁增加，将使发电机端部部件和边段铁芯过热，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。

四、发电机失磁的处理

大型发电机组原则上不允许失磁运行，因此发生失磁事故时应迅速按以下原则进行处理

1.失磁保护未动作，且危及系统及本厂厂用电的运行安全时，则应及时将失磁的发电机解列，并应注意厂用电应自投成功，若自投不成功，则按有关厂用电事故处理原则进行处理。

2.失磁保护未动作，短时未危及系统及本厂厂用电的运行安全，应迅速降低失磁机组的有功出力，切换厂用电； 尽量增加其它未失磁机组的励磁电流，提高系统电压、增加系统的稳定性。如失磁原因查明并且故障排除，则将机组重新恢复正常工况运行；如机组运行中故障不能排除，应申请停机处理。

3.失磁保护动作跳闸，则应完成机组解列工作，查明失磁原因，经处理正常后机组重新并入电网， 同时汇报调度。

参考文献

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[2]谭欣星 单元机组集控运行 中国电力出版社，2009.12

[3]李振东，任智新，单宝库等 职业技能鉴定指导书-电气值班员 中国电力出版社，2008.09

[4]桂东波，孙文平，张立等 火力发电生产典型异常事件汇编 中国电力出版社，2013.05

作者简介：张天保，（1986-），男，助理工程师 ，工程学士，长期从事发电厂集控运行工作。