淺析火力發電廠同步發電機的日常運行及事故處理

國 平

（山東兗礦集團南屯電廠，山東 濟寧273515）

0 引言

目前，以大容量和超臨界技術為特征的火力發電機組被廣泛采用，這對火力發電設備的制造和運行水平都提出了更高的要求，生產運行技術人員也面臨更新知識從而提高整個系統管理水平的問題。火力發電廠的眾多電氣設備中，發電機無疑是最重要的設備之一，其能否安全可靠運行直接關系到電廠能否正常運轉。然而，火電廠發電機組所處的環境較差，受粉塵、有害氣體等侵蝕嚴重，且各設備間存在一定的配合邏輯，故一旦某種設備出現運行故障，則很可能導致整個系統的停運。隨著計算機技術的不斷應用，發電機的各方面性能及在線監測都得到了全面的優化，然而在高速、高溫、振動以及內部各種因素的影響下，發電機仍然會出現各種各樣的問題。因此，本文對火力發電廠同步發電機的日常運行及常見的事故處理進行探討，以期為提高火電廠的安全運行水平提供一定借鑒。

1 火電廠同步發電機的日常運行

與電網并聯運行的發電機，在各項電壓和電流都對稱的條件下運行時，具有損耗小、效率高、轉矩均勻等較好的性能，所以應盡可能保持發電機在正常方式下運行。下面，筆者對同步發電機的安全運行極限進行討論。

圖1為同步發電機的運行極限圖，又稱功率圖，它對運行人員按允許負荷運行、保障機組安全有很大幫助。以不飽和的穩極機為例，把相量圖中的各電壓相量除以Xd，并順時針旋轉90°，可得電流相量三角形OCM。圖1中，U／Xd＝Ik是空載勵磁電流Ie0作用下穩態短路的定子電流；Ea／Xd＝I′e是在負荷勵磁電流I′e作用下穩態短路的定子電流；當定子電流為額定值時相應的勵磁電流為IeN。過O點做一條垂直于橫坐標的射線OU表示發電機端的電壓方向，電流I和OU的夾角就是功率因數角。因此，圖1不僅表示了定子電流和勵磁電流的關系，而且用電流相量OC在以O為原點的坐標系中縱坐標軸和橫坐標軸上的投影來表示有功P和無功Q。

下面討論cosφ變化時對出力的限制和產生影響的條件。

1.1 轉子繞組發熱

在保持電壓U和電流I不變的情況下，發電機負荷的功率因數降低，意味著Ie＞IeN，轉子將過熱。從這點出發，當cosφ＜cosφN時，其運行極限由勵磁電流決定，最大允許勵磁電流為IeN，因此以M為圓心，MC為半徑所畫的圓弧CD就是轉子過熱的極限。

1.2 定子發熱

圖1 具有均勻氣隙的穩極機安全運行極限

同樣，定子繞組的發熱由定子電流來決定。為了防止定子繞組過熱，在運行時不允許連續過負荷運行。這意味著最大定子電流為IN，所以以O為圓心，OC為半徑的圓弧CG就是定子發熱極限。

1.3 原動機輸出功率極限

一般原動機的額定功率稍大于或等于發電機的額定功率（忽略消耗）。為了保證運行安全，發電機的功率不能大于原動機的功率。圖1中線段GB等于原動機的功率（略大于發電機額定功率），也就是防止原動機過載的安全極限。

1.4 靜態穩定極限

穩極機靜態穩定極限的理論值是δ＝90°，因此，MH是理論上的靜態穩定運行邊界。在突然過負荷時，為了維持發電機的穩定運行，實際的靜態穩定運行邊界應留一定的余量。圖1中曲線BF是考慮了能承受0.1PN過負荷能力的實際靜穩定極限。曲線BF作法如下：先在理論邊界上取一些點（如點1），然后保持勵磁電流不變，做圓弧12，再找出實際功率比理論功率低0.1PN的點的集合直線23，圓弧12和直線23的交點就在實際穩定極限上。用這樣的方法將找到實際穩定極限的所有點，連接這些點可得實際穩定極限邊界。

據以上分析，用D、C、G、B、F點及其相應曲線圍起來的面積，就是穩極機安全運行面積，發電機的運行只要落在這塊面積內或邊界上均能穩定。實際上如果再考慮電力系統電抗的影響，勵磁調節器以及短路比等的影響，靜穩態限制線會更復雜、更小。

此外，除了額定運行方式外，同步發電機還有可能處于非正常運行狀態，此時發電機的部分參量可能出現異常。如過負荷、異步運行、不對稱運行等，非正常運行屬于只容許短時運行的工作狀態，在此不作具體討論。

2 火電廠同步發電機的常見事故處理

2.1 主汽門關閉變成同步電動機

主汽門關閉變成同步電動機時，發電機的有功功率指示將變為0甚至負值，相反無功功率指示將升高，此外定子電流降低，但勵磁電流電壓及交流電壓接近正常。此時要根據是否有“機器危險”的信號來分情況處理：若無“機器危險”信號來，不必將發電機解列，但需要立即與相關人員聯系，升有功負荷；若汽機發出“機器危險”的信號，則必須立即解列發電機，并關斷斷路器。

2.2 發電機主斷路器自動跳閘

當發電機主斷路器自動跳閘時，發電機本身可能出現異常響動，并發出音響信號，開關位置閃爍，功率表及電壓電流表指示為0，同時勵磁電流電壓迅速下降至0，若滅磁開關沒動作，則交流電壓不足，勵磁電壓電流有指示。此時，需要將斷路器切至停用位置，復歸音響，并向汽機發出“已跳閘”信號。此外，還需檢查發生了何種保護動作，若是外部保護動作，則對發電機做一般檢查，外部故障消除后便可升壓并列；若發電機變壓器組內部故障保護動作，則應對發電機變壓器組做詳細檢查，排除故障，必要時做電氣試驗合格后方可啟動；若是人員誤碰引起，可重新升壓并列。

2.3 系統短路事故造成發電機異常

出現這種事故時，發電機電壓電流晃動，勵磁電流急增，并且發電機聲音加大，短路故障到一定時間后，過負荷將發出信號。當發現短路故障后，應盡快找出故障線路，如故障線路因某種原因保護未動作，而電流超過保護定值卻未跳時，則要手動拉開故障線路開關。自動勵磁在3 min內不應解列，在3 min后，可手動解列發電機斷路器。在并列運行的其他發電機無明顯故障特征時，則可判斷本發電機故障或6 k V母線系統故障，則立即解列本發電機斷路器。此外，若系統發生瞬時故障，發電機強勵動作，并有劇烈的沖擊聲，此時應對發電機全面檢查振動和其他異常現象。故障消除后，查發電機各部分運行是否正常。

2.4 發電機內部故障

發電機由于內部故障的保護裝置動作而引起跳閘時，應對發電機及各有關設備（如母線橋、電纜、電氣連接組件等）首先進行詳細的外部檢查，測量線卷的絕緣電阻，同時查明有無外部故障象征（煙、味、燒傷處、響聲等），以判明發電機有無損壞。如果檢查發電機和有關設備并未發現故障，并且在斷路器跳閘時其他各有關設備表計指示正常，則可請示領導同意后零起升壓進行檢查，升壓如發現有不正常現象，應立即將磁場電阻調至最大，停機檢查處理，若升壓正常，可將發電機并入系統。

2.5 發電機著火

發電機著火時必須立即關閉發電機的補助風門，并用二氧化碳滅火。需要注意的是，發電機轉數應保持在額定轉數的10%左右，不可停止。

3 結語

在電廠的日常運行管理中，應盡可能保持同步發電機額定運行，從而實現系統的安全可靠以及低損耗。但在實際運行中，同步發電機常因振動、發熱、電暈等各種機械力和電磁力的作用而發生故障，值班人員除了要熟悉各種故障的類型及產生原因外，還需對處理方法熟練掌握，以確保在發電機發生故障時能夠快速加以解決，從而保證發電廠的正常運行。

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