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摘要 船舶同步发电机的失电、失磁是发电机的常见故障,对系统的影响和破坏比较大。同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置,随着微机控制的发展和应用,今后及时发现发电机励磁系统的一次设备问题也就较为容易,但是要彻底解决发电机的异常问题,还需电气工程人员不断钻研知识、积累更多经验。
关键词船舶;同步发电机;励磁失电;分析
中图分类号TM341 文献标识码A 文章编号1673-9671-(2009)111-0006-01
0前言
同步发电机与直流发电机一样,也是根据电磁感应原理,将机械能转变为电能的装置。不过它所输出的电能是一种交流电能,故亦称交流发电机。交流电在输送方面,可以通过变压器变压后进行高压输电,低压用电,减少线路上的电能损失;在用电方面,可以使电动机的结构简化,控制电路简单,降低了用电设备的造价。因此,交流电优于直流电,目前船上大多采用交流发电机。
1同步发电机励磁失电后的表现
一般发电机失电后,表现为:(1)发电机定子电流和有功功率在瞬间下降后又迅速上升,而且比值增大,并开始摆动。(2)发电机失磁后还能发一定的有功功率,并保持送出的有功功率的方向不变,但功率表的指针周期性摆动。(3)定子电流增大,其电流表指针也周期性摆动。(4)从送出的无功功率变为吸收无功功率,其指针也周期性的摆动。吸收的无功功率的数量与失磁前的无功功率的数量大约成正比。(5)转子回路感应出滑差频率的交变电流和交变磁动势,故转子电压表指针也周期性的摆动。(6)转子电流表指针也周期性的摆动,电流的数值较失磁前的小。 失磁后表计上反映情况是,发电机失磁后转子励磁电流突然降为零或接近于零,励磁电压也接近为零,且有等于转差率的摆动,发电机电压及母线电压均较原来降低,定子电流表指示升高,功率因数表指示进相,无功功率表指示为负,表示发电机从系统中吸取无功功率,各表计的指针都摆动,摆动的频率为转差率的1倍。(7)当转子回路开路时,由转子本体表面感应出一定的涡流而构成旋转磁场,也产生一定的异步功率。
发电机失磁原因。运行中的发电机,由于灭磁开关受振动或误动而跳闸,磁场变阻器接触不良,励磁机磁场线圈断线或整流子严重打火,自动电压调整器故障等原因,造成励磁回路断路时,将使发电机失磁。
2船舶同步发电机励磁失电对系统的影响
大容量发电机的失磁对系统影响很大,所以,一般未经过试验确定以前,发电机不允许无励磁运行。国产300MW发电机组,装设了欠磁保护和失磁保护装置,为了使保护装置自系统发生振荡时不致误动,将失磁保护时限整定为1S,发电机失磁时,经过0.5S,欠磁保护动作,发电机由自动励磁切换到手动励磁,备用励磁电源投入运行,如果不是发电机励磁回路故障,发电机仍可拉入同步而恢复正常工作,如果备用励磁投入运行后,发电机的失磁现象仍未消除,那么经过1S,失磁保护动作将发电机自系统解列。
发电机失磁后,就从同步运行变成异步运行,从原来向系统输出无功功率变成从系统吸取大量的无功功率,发电机的转速将高于系统的同步转速。这时由定子电流所产生的旋转磁场将在转子表面感应出频率等于转差率交流感应电动势,它在转子表面产生感应电流,使转子表面发热。发电机所带的有功负荷越大,则转差率越大,感应电势越大,电流也越大,转子表面的损失也越大。在发电机失磁瞬间,转子绕组两端将有过电压产生,转子绕组与灭磁电阻并联时,过电压数值与灭磁电阻值有关,灭磁电阻值大,转子绕组的过电压值也大。试验表明,如果灭磁电阻值选择为转子热态电阻值的5倍时,则转子的过电压值为转子额定电压值的2～4倍。总之,发电机失磁对发电机和系统都会产生不利的影响,例如:(1)对系统的影响是:使系统出现无功功率差额;造成其它发电机过流。(2)对发电机本身的影响是:转子的损耗增大造成转子局部发热;发电机受交变异步功率的冲击而发生振动。
3发电机失磁异步运行时的处理
3.1 处理原则
发电机失磁异步运行时,一般处理原则如:(1) 对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网解列,以免损坏设备或造成系统事故;(2) 对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运行规定执行以下操作:迅速降低有功功率到允许值此时定子电流将在额定电流左右摆动;手动断开灭磁开关,退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置;注意其它正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定,必要时按发电机允许过负荷规定执行;对励磁系统进行迅速而细致的检查,如属工作励磁机的问题,应迅速启动备用励磁几恢复励磁;注意常用分支电压水平,必要时可倒至备用电源接带;在规定无励磁运行的时间内,仍不能使机组恢复励磁,则应将发电机自系统解列。
3.2 处理方法
处理上,要求做到:(1)失磁保护动作后经自动切换励磁方式、减有功负荷无效而作用于跳闸时,按事故停机处理;(2)若失磁是由于灭磁开关误跳闸引起,应立即重合灭磁开关,重合不成功则马上将发电机解列停机;(3)若失磁是因为励磁调节器AVR故障,应立即将AVR由工作通道切至备用通道,自动方式故障则切换至手动方式运行;(4)发电机失磁后而发电机未跳闸,应在1.5min内将有功负荷减至120MW,失磁后允许运行时间为15min;(5)若失磁引起发电机振荡,应立即将发电机解列停机,待励磁恢复后重新并网。
失磁后允许运行时间及所带负荷。发电机失磁后,是否可以继续运行,与失磁运行的发电机容量和系统容量的大小有关。大容量的发电机失磁后,应立即从电网中切除,停机处理。发电机容量较小,电网容量较大,一般允许发电机在短时间内,低负荷下失磁运行,以待处理失磁故障。
对于允许励磁运行的发电机,发生失磁故障后,应立即减小发电机负荷,使定子电流的平均值降低到规定的允许值以下,然后检查灭磁开关是否跳闸。如已跳闸就应立即合上,如灭磁开关未跳闸或合上后失磁现象仍未消失,则应将自动调节励磁装置停用,并转动磁场变阻器手轮,试行增加励磁电流。此时若仍未能恢复励磁,可以再试行换用备用励磁机供给励磁。经过这些操作后,如果仍不能使失磁现象消失,就可以判断为发电机转子发生故障,必须在30min以内安排停机处理。
4结语
同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置,但是一些老机组和小机组因种种原因将自动控制系统退出运行,改为手动调整,而手动调整励磁有很多缺点,如调整时间不能及时把握,调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是如果调整不及时会造成发电机失磁运行,或者在事故情况下造成系统电压崩溃。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统,就是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题,同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率,进而维持机端电压为额定水平。随着微机控制的发展和应用,发电机的励磁自动控制系统不断地更新,自动化程度在不断地提高,性能也在不断地完善,这对我们能够及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要,并且能够彻底解决发电机的异常问题。
参考文献
[1]查辅江.无刷同步发电机励磁系统故障判断[J].机电设备,2009,3.
[2]刘宏 ,朱永祥.并联同步发电机组振荡原因分析及处理[J].南通航运职业技术学院学报,2009,03.
[3]王继强,魏微.同步发电机失磁运行状态分析[J].水利电力机械,2007,11.
[4]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2009.
关键词船舶;同步发电机;励磁失电;分析
中图分类号TM341 文献标识码A 文章编号1673-9671-(2009)111-0006-01
0前言
同步发电机与直流发电机一样,也是根据电磁感应原理,将机械能转变为电能的装置。不过它所输出的电能是一种交流电能,故亦称交流发电机。交流电在输送方面,可以通过变压器变压后进行高压输电,低压用电,减少线路上的电能损失;在用电方面,可以使电动机的结构简化,控制电路简单,降低了用电设备的造价。因此,交流电优于直流电,目前船上大多采用交流发电机。
1同步发电机励磁失电后的表现
一般发电机失电后,表现为:(1)发电机定子电流和有功功率在瞬间下降后又迅速上升,而且比值增大,并开始摆动。(2)发电机失磁后还能发一定的有功功率,并保持送出的有功功率的方向不变,但功率表的指针周期性摆动。(3)定子电流增大,其电流表指针也周期性摆动。(4)从送出的无功功率变为吸收无功功率,其指针也周期性的摆动。吸收的无功功率的数量与失磁前的无功功率的数量大约成正比。(5)转子回路感应出滑差频率的交变电流和交变磁动势,故转子电压表指针也周期性的摆动。(6)转子电流表指针也周期性的摆动,电流的数值较失磁前的小。 失磁后表计上反映情况是,发电机失磁后转子励磁电流突然降为零或接近于零,励磁电压也接近为零,且有等于转差率的摆动,发电机电压及母线电压均较原来降低,定子电流表指示升高,功率因数表指示进相,无功功率表指示为负,表示发电机从系统中吸取无功功率,各表计的指针都摆动,摆动的频率为转差率的1倍。(7)当转子回路开路时,由转子本体表面感应出一定的涡流而构成旋转磁场,也产生一定的异步功率。
发电机失磁原因。运行中的发电机,由于灭磁开关受振动或误动而跳闸,磁场变阻器接触不良,励磁机磁场线圈断线或整流子严重打火,自动电压调整器故障等原因,造成励磁回路断路时,将使发电机失磁。
2船舶同步发电机励磁失电对系统的影响
大容量发电机的失磁对系统影响很大,所以,一般未经过试验确定以前,发电机不允许无励磁运行。国产300MW发电机组,装设了欠磁保护和失磁保护装置,为了使保护装置自系统发生振荡时不致误动,将失磁保护时限整定为1S,发电机失磁时,经过0.5S,欠磁保护动作,发电机由自动励磁切换到手动励磁,备用励磁电源投入运行,如果不是发电机励磁回路故障,发电机仍可拉入同步而恢复正常工作,如果备用励磁投入运行后,发电机的失磁现象仍未消除,那么经过1S,失磁保护动作将发电机自系统解列。
发电机失磁后,就从同步运行变成异步运行,从原来向系统输出无功功率变成从系统吸取大量的无功功率,发电机的转速将高于系统的同步转速。这时由定子电流所产生的旋转磁场将在转子表面感应出频率等于转差率交流感应电动势,它在转子表面产生感应电流,使转子表面发热。发电机所带的有功负荷越大,则转差率越大,感应电势越大,电流也越大,转子表面的损失也越大。在发电机失磁瞬间,转子绕组两端将有过电压产生,转子绕组与灭磁电阻并联时,过电压数值与灭磁电阻值有关,灭磁电阻值大,转子绕组的过电压值也大。试验表明,如果灭磁电阻值选择为转子热态电阻值的5倍时,则转子的过电压值为转子额定电压值的2～4倍。总之,发电机失磁对发电机和系统都会产生不利的影响,例如:(1)对系统的影响是:使系统出现无功功率差额;造成其它发电机过流。(2)对发电机本身的影响是:转子的损耗增大造成转子局部发热;发电机受交变异步功率的冲击而发生振动。
3发电机失磁异步运行时的处理
3.1 处理原则
发电机失磁异步运行时,一般处理原则如:(1) 对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网解列,以免损坏设备或造成系统事故;(2) 对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运行规定执行以下操作:迅速降低有功功率到允许值此时定子电流将在额定电流左右摆动;手动断开灭磁开关,退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置;注意其它正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定,必要时按发电机允许过负荷规定执行;对励磁系统进行迅速而细致的检查,如属工作励磁机的问题,应迅速启动备用励磁几恢复励磁;注意常用分支电压水平,必要时可倒至备用电源接带;在规定无励磁运行的时间内,仍不能使机组恢复励磁,则应将发电机自系统解列。
3.2 处理方法
处理上,要求做到:(1)失磁保护动作后经自动切换励磁方式、减有功负荷无效而作用于跳闸时,按事故停机处理;(2)若失磁是由于灭磁开关误跳闸引起,应立即重合灭磁开关,重合不成功则马上将发电机解列停机;(3)若失磁是因为励磁调节器AVR故障,应立即将AVR由工作通道切至备用通道,自动方式故障则切换至手动方式运行;(4)发电机失磁后而发电机未跳闸,应在1.5min内将有功负荷减至120MW,失磁后允许运行时间为15min;(5)若失磁引起发电机振荡,应立即将发电机解列停机,待励磁恢复后重新并网。
失磁后允许运行时间及所带负荷。发电机失磁后,是否可以继续运行,与失磁运行的发电机容量和系统容量的大小有关。大容量的发电机失磁后,应立即从电网中切除,停机处理。发电机容量较小,电网容量较大,一般允许发电机在短时间内,低负荷下失磁运行,以待处理失磁故障。
对于允许励磁运行的发电机,发生失磁故障后,应立即减小发电机负荷,使定子电流的平均值降低到规定的允许值以下,然后检查灭磁开关是否跳闸。如已跳闸就应立即合上,如灭磁开关未跳闸或合上后失磁现象仍未消失,则应将自动调节励磁装置停用,并转动磁场变阻器手轮,试行增加励磁电流。此时若仍未能恢复励磁,可以再试行换用备用励磁机供给励磁。经过这些操作后,如果仍不能使失磁现象消失,就可以判断为发电机转子发生故障,必须在30min以内安排停机处理。
4结语
同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置,但是一些老机组和小机组因种种原因将自动控制系统退出运行,改为手动调整,而手动调整励磁有很多缺点,如调整时间不能及时把握,调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是如果调整不及时会造成发电机失磁运行,或者在事故情况下造成系统电压崩溃。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统,就是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题,同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率,进而维持机端电压为额定水平。随着微机控制的发展和应用,发电机的励磁自动控制系统不断地更新,自动化程度在不断地提高,性能也在不断地完善,这对我们能够及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要,并且能够彻底解决发电机的异常问题。
参考文献
[1]查辅江.无刷同步发电机励磁系统故障判断[J].机电设备,2009,3.
[2]刘宏 ,朱永祥.并联同步发电机组振荡原因分析及处理[J].南通航运职业技术学院学报,2009,03.
[3]王继强,魏微.同步发电机失磁运行状态分析[J].水利电力机械,2007,11.
[4]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2009.