發電機振蕩的原因分析及處理方法

鄒斌

【摘要】水輪發電機組在運行過程中，因內部或外部的各種原因，可能出現事故或非正常運行方式。嚴重時會使發電機組與系統之間發生電流和功率的激烈波動，機組產生振蕩甚至失步，導致整個系統的解列。機組振蕩時處理方法一般有：在電壓下降過多情況下增加發電機勵磁電流；轉速變化過大時操作調速系統調節有功功率；振蕩時間過長或情況惡劣時應讓機組解列運行，發生異常現象時，運行值班人員應根據故障性質、特征、積極思考、認真分析，要迅速、及時、正確地排除故障，確保水電站設備安全、優質、經濟運行。本文就水輪發電機組出現振蕩，進行了原因分析及采取的處理的方法。

【關鍵詞】發電機；振蕩；原因分析

一、發電機振蕩產生的現象

當系統發生短路現象、發電機非同期并列、勵磁電流過分降低時等諸多原因，系統的靜態或動態穩定可能被破壞，從而造成水輪發電機組產生劇烈的振蕩。水輪發電機組產生振蕩時，會產生如下運行現象：

1.定子電流I周期性劇烈擺動，且超過正常值

2.定子電壓U周期性劇烈擺動，且大幅度降低。

3.有功、無功表全盤擺動

4.勵磁電流If、勵磁電流IU、在正常值附近擺動。

5.頻率或機組轉速忽上忽下，發電機發出嗚嗚聲，其節奏與表計的擺動合拍

6.廠用電照明燈隨電壓的波動一明一暗

7.其他并列運行的發電機的儀表也相應擺動，但幅度較小，擺動的方向相反。

二、發電機振蕩原因分析

當系統發生重大故障，如系統中大容量發電機及變壓器的斷路器跳閘、調速系統不穩定、線路短路切除大量負荷、發電機突然失磁和系統突然短路等，使子系統并列的發電機靜態穩定和動態穩定被破壞，引發發電機和系統之間發生電流和功率的激烈振蕩，并可能會發展到使發電機和系統失去同步。

發電機的功角特性如圖所示.

由發電機的功角特性

P=（EqU/∑X）sinδ

式中：Eq發電機電動勢；U為系統電壓；∑X為發電機與系統間的總電抗。

顯然，當功角小于90°時，機組能穩定運行，當功角大于90°時，機組不能穩定運行，線路所能輸送的最大極限功率為

Pm=EqU/∑X

根據這一特征，我們可以分析引起發電機振蕩的基本原因：

1.線路輸送的有功功率超過靜穩定極限（Pt >Pm）.

2.系統短路（U下降使Pm下降）

3.勵磁電流If過分降低，（Eq下降使Pm下降）

4.非同期并列，當發電機非同期并列時，定子電流急劇上升且擺動，母線電壓大量降低，機內發出吼叫聲，當沖擊電流較大，發電機母線電壓降得過低，而強勵回響不能自動投入時，EqU大幅降低，產生失步而振蕩。

三 、發電機非同期并列產生振蕩的危害

1.將產生很大的沖擊電流，其值甚至比機端短路電流還要大得多。

2.會引起系統電壓嚴重下降

3.使電力系統發生振蕩以至使系統瓦解。

4.沖擊電流產生的強大電動力還可能對電氣設備造成嚴重的損壞，以致在短期內難以恢復等。

四、發電機產生振蕩的處理措施

事故處理時要盡量限制事故的擴大，首先解除對人身和設備的危害，其次，堅持設備的繼續運行，力求維持整個電力系統的相對穩定。

1.若系統非同期并列產生振蕩，應立即將發電機與系統解列，然后，按非同期故障的處理措施進行處理后，重新并網。

2.發電機非同期并列產生振蕩，（同步發電機在不符合準同期并列條件就與系統并列，稱為非同期并列）此時將產生很大的沖擊電流和沖擊力矩，發電機非同期并列產生振蕩處理措施：

（1）測定發電機定子繞組的絕緣電阻。

（2）打開發電機端蓋，檢查發電機端部繞組有無變形。

（3）查明非同期并列的原因，證明發電機機電部分正常，再啟起、升壓、并列。

3.其他原因引起的振蕩，可按下述步驟進行處理：

（1）對無自動勵磁調節器的應設法盡快增大發電機的勵磁電流。

（2）若采取上述措施仍不能恢復同步或對于有自動勵磁調節器的機組，應減小導葉開度，降低機組出力。

（3）若采取上述措施后，若在2min內仍不能恢復同步時，匯報調度同意后，方可將機組解列。解列后可重新將機組并入系統運行。

注意：對于全廠型振蕩，即全廠所有發電機都產生振蕩時，此時，全廠所有發電機的振幅相同，擺動方向一致。若原因可能是線路引起的，也可能是系統引起的，此時應立即與調度聯系，并設法增加發電機的勵增電流。未經調度同意，切不可輕率地減負荷。若在2min內仍不能恢復同步時，匯報調度同意后，方可將機組解列。

五、結束語

水輪發電機是水電站中最重要的動力設備，為保證設備安全運行，必須認真負責地進行監視，一量發現設備有缺陷和異常情況時，要及時匯報，迅速進行處理。

出現事故時要盡量限制事故的擴大，首先解除對人身和設備的危害，其次，堅持設備的繼續運行，力求維持整個電力系統的相對穩定。

水電站的運行人員要深入了解水輪發電機在各種運行方式下的運行機理、運行特征、有助于加強對運行監視的認識，提高分析事故和故障的能力。出了事故后，相關部門應組織有關人員進行事故分析，分清事故的原因責任，總結經驗，吸取教訓，提高運行水平和反事故能力。從而保證設備的安全、優質、經濟運行。

參考文獻：

[1] 程無楚，中小型水電站運行維護與管理.中國電力出版社，2006.

[2] 李啟榮，水電站機電設備運行與檢修技術問答. 中國電力出版社，1996.