异步化高压发电机失磁故障和改善措施

何郁

摘要：在电力系统的正常运行过程中发电机突然失去了部分或全部的励磁，直接影响着电网和发电机的稳定性，异步化高压发电机是一种新型发电机，有效结合了异步化同步发电机和超高压同步发电机，既能够有效提升输出电压，还能够在交流励磁过程中实现独立调节，有效降低了电厂成本，提升了电力系统的发现效率。因此，对异步化高压发电机失磁故障和改善措施进行研究是非常有必要的，能够准确判断失磁故障，并尽快解决故障，保障电力系统的稳定运行。

关键词：异步化；高压发电机；失磁故障；改善措施

引言

由于发电机组励磁系统比较复杂，是由很多环节组成，造成失磁故障比较多，所以，失磁故障是发电机常见的故障之一，当发电机出现失磁故障后会造成电机局部发热，励磁系统过电流，严重的还会造成电力系统崩溃、瘫痪，使得发电机组的正常运行受到影响。异步化高压发电机失磁过程可以看作为为一个复杂的机电暂态过程，当出现失磁后转速是变化的，转子会产生过热现象，电子的电流变大造成电子铁芯过热，并且会吸取电网的无功功率，而发电机的有功功率输出则是降低的状态，进而造成发电机、线路、变压器等部件出现过载现象，使得相应元件开启保护操作，导致故障范围增加，影响到整个电力系统的运行。

一、异步化高压发电机对称失磁故障

当s=0的状态下，异步化高压发电机突然出现对称失磁故障时，电磁场分布保持均匀，和正常运行下的电磁场的区别不大，定子、转子铁芯的磁通密度会有变化，主要集中在对应的气隙处，轭部局部磁密、齿部磁密、气隙磁密都存在变大的现象。而当s=-0.2时，发电机出现失磁故障时电机的轭部局部磁密、齿部磁密、气隙磁密要大于S=0状态下的磁密，出现这一现象是因为将电网电压设定为常量，系统电压和电机端电压是一致的，所以出现失磁故障后磁场降低，而发电机需要维持端电压，只能吸取电网的无功电流维持磁场。

当s=0的状态下，异步化高压发电机处于正常运行时，气隙磁密波形的对称性比较好，呈现出正弦分布，高次谐波磁场的幅值比较小，而当发电机处于失磁故障后气隙磁密波形产生了非常明显的变化，绝对值出现上升的趋势。由于发电机的定子绕组和电网系统属于直连，所以机端电压和系统电压是统一的，使得气隙磁场基波的上升幅值比较小。受到失磁故障影响，磁场降低，发电机需要吸取无功电流补充磁场，达到气隙磁场恒定，机端电压不变的状态。而当s=-0.2时，发电机失磁前后的气隙磁密波形和谐波分布出现非常明显的变化。

当异步化高压发电机定子绕组出现短路故障时，则会造成感应电流增加，破坏电机绝缘，损坏电子绕组，进一步分析发电机转子的正常运行和失磁故障后的电气量的变化情况，当s=-0.2时，发电机的定子电流波形主要是基波，谐波存在的比较少，当三相转子绕组在0.5s出现对称短路故障时，则会使得定子电流突然增加到额定电流的1.5倍。所以，在发电机产生对称短路时，变流装置不能为转子进行励磁，只能在故障刚发生时转子剩磁起作用，经过0.2s后发电机就可以实现异步电动机的新状态，进而发电机利用定子在电网系统中获取无功功率，构建磁场，在出现短路故障时定子电流感应则会出现大量的谐波，谐波幅值也会增加。当s=0时，异步化高压发电机出现失磁故障后，电子定流幅值会逐渐增加，同时还会出现振荡，在波形里面含有非常多的谐波，并且基波也明显增加。当发电机出现转子失磁故障后，会影响并网运行的异步化高压发电机。当电子绕组出现故障后，则会产生明显的感应电流，短时间里损伤绕组线圈、绝缘等部件。另外，电子电流变大会启动后备保护操作，使得故障范围增加，进而造成更严重的经济损失。

二、 异步化高压发电机非对称失磁故障

当转子绕组出现转子两相短路时，转子和定子的铁芯磁通密度也会出现一定变化，其中变化比较明显的地方是气隙处，当转差工况不一样时，磁力线的分布规律会存在一定差异，磁密变大的位置也会不一样，并且s=0的磁密要小于S=-0.2的磁密。轭部局部磁密、齿部磁密、气隙磁密都存在变大的现象。当s=0时，发电机出现转子两相短路故障后，磁通密度最大值变大，之间相差0.2T,使得齿部铁芯产生过饱和的问题。

受到转差率的影响，并网运行后的发电机失磁故障前后的气隙径向磁密和谐波分布有着明显变化。当s==0时，异步化高压发电机在出现两相短路故障后，转子磁场受到转子电流的影响出现变化，产生气隙磁场畸变，在同步运行的影响下，气隙磁场中高次谐波变化被两相短路所影响。当s=-0.2时，异步化高压发电机励磁绕组两相短路故障后，转子电流出现明显变化，受到定子和转子磁场的影响，气隙磁密的幅值有所降低，高次谐波和正常运行下的谐波对比是明显减小，说明两相短的会影响气隙基波和高次谐波。

当s=-0.2时，异步化高压发电机的正常运行中，定子电流中含有基波成分，谐波成分是非常小的，而在0.5s时电机转子出现两相短路故障后，电子单相电流变大，是正常运行状态下的4.2倍。故障的出现将电机励磁的作用进行弱化，只能由转子的非故障相进行励磁，所以，电机的短路电流属于逐渐减弱的状态，但在0.8s后电机就可以进行新状态，这时电机的稳定数值大概是短路故障前的3倍，在故障出现后电流基波成分明显增加，谐波成分比较小。当s=0时，异步化高压发电机出现两相失磁后，定子单相电流则会不断扩大，还会存在振荡现象，一直到2.5s后才达到稳定状态。相比于转子对称失磁故障，定子电流的谐波呈现上升状态，达到稳定状态的时间比较长。

结语

异步化高压发电机失磁故障可以分为对称短路和非对称短路，在失磁前后发电机的气隙磁场、电子感应电流的变化时不同的，发生短路故障后，转子绕组的气隙磁密波形存在明显变化，且谐波成分受到转差率的影响也会出现变化。而当转子绕组出现短路失磁后，异步化高压发电机的定子绕组和电网属于直连，为了保障机端电压不变，发电机需要从电网系统中吸取无功电流，进而弥补削弱的磁场。在转子绕组出现非对称短路失磁故障后，会改变定子和转子铁芯的磁通密度，受转差影响磁密增加位置也会不一样。在s=-0.2时，磁密幅值要大于同步状态下的幅值，定子电流幅值大概是正常状态下的3倍，谐波成分变多。所以，在检测异步化高压发电机的不同失磁故障时，可以根据电机故障后达到稳定状态的时间进行判断，有效提升判断效率和准确度。

参考文献

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