三相交流同步發電機同期并網異常運行的研究

肖漢杰

[摘要]文章闡述了在電機實驗室做三相交流同步發電機與電網并網實驗時遇到的異常情況，分析研究發生非同期并網的原因及解決辦法，同時對原實驗接線圖提出了修改意見。

[關鍵詞]實驗教學同步發電機并網運行

在電機教學中，學生們經常要到電機實驗室進行三相交流同步發電機并網實驗，以驗證同步發電機與電網進行準同期并列運行時需要滿足的幾個條件。準同期并列法的幾個條件是：(1)待并發電機的電Uu和電網電壓Uw大小相等；(2)待并發電機的電壓和電網電壓相位相同；(3)待并發電機的頻率和電網頻率相等；(4)待并發電機電壓的相序和電網電壓相序相同。在實驗室進行三相交流同步發電機并網實驗時，常采用對認識并列條件較直觀的燈光法，即暗燈法和旋轉燈光法。暗燈法的接線如圖1。暗燈法是指接在發電機與電網間的三組燈同時熄滅的瞬間，發電機與電網同步，符合并網條件，在該時刻可以進行并網發電。旋轉燈光法接線如圖2。旋轉燈光法是指燈光旋轉到接在同名相上的一盞燈熄滅時(如圖2中的A相燈)，發電機與電網同步，符合并網條件。通常情況下，操作者只要把握好符合并網條件的瞬間。按下合閘按鈕，即可完成發電機與電網的并網操作，調節原動機的出力就可向電網供電。但有時也有偶然的情況。例如，在一次電機老師組織學生到電機實驗室做三相交流同步發電機與電網進行準同期法并列運行實驗時，就有一個實驗小組不能實現同期并列，發生了非同期并列的情況，使發電機受到了巨大的沖擊振動，并變為噪音很大的異步運行。實驗只好停止下來，等待查明原因。

一、非同期并網的原因分析

針對實驗出現的異常情況，我們首先對接線是否有誤進行了檢查。經過對連接導線的一一查對，并和與實驗接線圖上的接線校核，甚至連接線柱上的緊固螺母是否旋緊都進行了檢查，沒有發現連線錯漏或松動造成虛接的情況。接著又按照準同期法并網的四個條件去核對討論，覺得電壓、相位、頻率、相序均符合要求，沒有發現哪條不對，接線沒有錯，并網條件又滿足，從原理上分析是可以并網的，但試并網時，異常情況依然存在。其后，又從操作方法是否得當去考慮，經過再次慎重地起動，加勵升壓，每一步操作都非常認真仔細，電壓、頻率每個數據的調節都按并網條件的要求進行，提前角的把握也恰到好處，當暗燈法的燈光接近黑暗的瞬間，我們果斷地按下了并網按鈕，結果還是出現原來的異常情況。這說明問題依然存在，因此，可能是設備存在問題。于是，我們又對所有的實驗設備進行了檢查。通過檢查發現，電機沒有問題，并網開關沒有問題，起動控制的閘刀開關也沒有問題，但在查到與電網連接的閘刀開關時，發現閘刀開關下的B相熔絲已經熔斷。它就是不能實現同期并網的根源。發現了問題，安裝好熔絲，重新進行并網實驗，結果一切都很正常，如愿地進行了并網實驗。

二、B相熔絲熔斷造成非同期并網的原因分析

(一)合閘初始時的情況分析

從實驗接線圖(見圖3)看，合閘初始，由乎電網側三相閘刀開關K下的B相熔絲熔斷，B相開路，并網時發電機即變為AC兩相運行。由于兩相電壓相位不同，有0-2U電壓差變化，合閘時有沖擊電流，根據理論計算和實驗測定，最大時可以達到電機額定電流的20多倍。由于相位差可在0-180。范圍之內變動，沖擊電流不僅有無功分量，還有有功分量，強大的沖擊電流可使發電機定子繞組端都和發電機轉軸產生很大的沖擊力矩，發出巨大的振動聲。

(二)合閘后的情況分析

合閘結束后，在無限大容量電網電壓作用下發電機改變了原有的發電功能。變成兩相運行的異步電動機。電機缺相運行，且A、C兩相電流升高倍，電機轉動不平衡，出現嚴重的振動、噪聲和局部異常發熱現象，容易燒毀發電機。

三、B相熔絲熔斷仍有同期信號出現的分析

由于與電網側相連接的相燈，是經過閘刀開關K3、K4，再連接到電網閘刀開關K下的熔斷器的出線側。當電網側B相熔絲熔斷，此時電網側B相開路，B相電網電壓傳不過來。但是，由于電壓表v2和頻率表H2是并接在K3出線的三相之間(見圖4)，使B相相燈經V2、Hz的并接點，再經V2、Hz的線圈與A、C兩相電網電壓形成回路，所以B相相燈仍然同其他完好的兩相一樣，具有同明同暗信號出現，造成同期的假象。

四、對原三相交流同步發電機并網接線圖的修改意見

從原三相交流同步發電機并網接線圖及出現的異常情況看，原圖電網側三相閘刀開關下的熔斷器在電機出線(開關外)發生短路時具有一定的保護電機作用，但熔絲裝在閘刀開關內的隱蔽性，使熔絲熔斷時不易被發現，也沒有明顯的特征顯示。這就容易造成錯覺，會造成非同期并網。為此，可考慮將三相閘刀開關改換上同容量的三相塑殼式自動空氣開關(開關的進線側接在電機側)，實用性會更好。

由此可見，在實驗室里，難免會遇到這樣或那樣的問題，只要認真查找、分析和研究，問題總會得到有效解決。

(責編何田田)