發電機的A值以及實用計算

喬樂俠

摘 要：隨著科技的進步，電氣設備的裝備水平及保護水平不斷提高，因此，發電機發生暫態不對稱故障的幾率越來越低，這樣反而使廣大電氣運行技術人員對發電機非全相運行時，負序電流對轉子危害的認識嚴重不足。文章首先澄清發電機A值的概念，幫助電氣運行技術人員提高對發電機負序電流危害的認識，然后通過實例計算，給電氣運行技術人員解決實際問題提供參考依據。

關鍵詞：暫態不對稱故障；負序電流；倍頻電流；集膚效應；轉子表面發熱；發電機A值

中圖分類號：TM31 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0099-02

1 發電機A值的概念

眾所周知，大型同步發電機是根據三相定子電流對稱情況下長期運行所設計制造的，三相電流對稱時，它們所合成的定子旋轉磁場與發電機的轉子磁場轉向相同，轉速相同，即發電機的定子旋轉磁場和發電機的轉子相對靜止，發電機轉子線圈不會切割定子旋轉磁場的磁力線。

但現實運行中，由于電網三相負荷可能出現不平衡，或者發生不對稱短路故障等，都有可能使發電機處于不對稱運行狀態，根據“對稱分量法”，又可以將發電機三相定子線圈中流過的不對稱電流分解為正序電流和負序電流（由于大型發電機中性點一般情況下經高阻抗接地或者不接地，因此不考慮零序電流）。正序電流將合成一個正序旋轉磁場，與發電機轉子的轉動同方向、同轉速；負序電流將合成一個負序旋轉磁場，與發電機轉子的轉動反方向，因此，負序旋轉磁場的轉速對發電機轉子的相對轉速則是2倍的同步轉速。發電機負序磁場掃過發電機轉子表面時，會在轉子繞組中、轉子鐵芯的表面、槽楔等部件中感應出兩倍于工頻的電流，由于交流電的集膚效應，這個電流不能深入到轉子深處，只能在轉子表面流過，通過轉子本體、轉子護環、中心環等產生可觀的渦流損耗，引起轉子表面發熱，甚至達到不能允許的程度。

發電機的不對稱負荷分為穩態不對稱負荷和暫態不對稱負荷。當電網中出現了單相電力牽引負荷、單相或者多相整流負荷以及較大容量的單相電爐負荷時，系統三相負荷不平衡，導致的發電機三相電流不對稱，叫做穩態不對稱。當系統發生單相或兩相不對稱短路故障、發電機非全相運行時導致的發電機三相電流不對稱，叫做暫態不對稱。

發電機在穩態不對稱和暫態不對稱情況下，負序電流的允許值是不一樣的。對發電機穩態不對稱負荷的限制，主要由發熱條件決定，在滿足“轉子體上任意一點溫度不超過允許值；最大一相定子電流不超過額定值；機組振動不超過允許值”等條件情況下，由試驗得出，表明發電機承擔長期不對稱過負荷的能力。發電機在非全相運行或者兩相短路等情況下暫態不對稱運行時，負序電流將會引起轉子表面嚴重發熱而燒損部件，因此，規定一個短時間（一般不超過100s）的負序電流允許值，用來衡量汽輪發電機承受暫態不對稱故障的能力，即暫態負序電流允許水平，是很有必要的，可用暫態負序能量系數A來表示：

大型同步發電機在出廠時，一般情況下廠家均提供A值。實際運行中，如果發電機承受非全相運行或兩相短路故障，只要計算出發電機在暫態不對稱故障情況下的A值不大于生產廠家提供的允許值，即認為負序電流引起的發電機轉子表面發熱不嚴重，對發電機轉子構不成威脅，發電機可以繼續運行，如果計算出的A值大于生產廠家提供的允許值，則認為發電機負序電流引起的發電機轉子表面發熱已經相當嚴重，需要解體檢查轉子受熱情況并根據檢查情況決定發電機是否能夠繼續運行。

2 發電機A值的實用計算

隨著科技的進步，大型同步發電機的保護越來越完善，越來越可靠，加上發電機出口斷路器的性能越來越好，因此發電機因承受暫態不對稱故障而損壞的幾率越來越低，但由于大風、大雪、大霧等極端惡劣天氣而造成的架空線路兩相短路以及發電機出口斷路器在特殊工況下的單相或兩相閃絡導通，發電機并不能完全避免暫態不對稱故障。因此，在突遇發電機暫態不對稱故障后，立即判斷發電機的轉子受損情況，以決定機組是否能夠立即重新投入運行，顯得十分重要。

下面以某電廠實際發生的發電機非全相運行事件為例，簡要介紹發電機暫態不對稱故障后，其A值的計算方法，供生產一線的廣大工程技術人員參考。

2.1 事件大致經過

某電廠4號發電機系東方電機廠生產的QFSN-300-2-20型汽輪發電機，冷卻方式為水氫氫，即：定子繞組（包括定子線圈，定子引線，定子出線）水內冷；轉子繞組氫內冷，轉子槽內部分采用氣隙取氣銑孔斜流氫內冷，轉子繞組端部采用縱橫兩路銑槽氫內冷；定子鐵芯及結構件采用氫氣表面冷卻。4號主變壓器系保定變壓器廠生產的SFP8-370000/220型三相雙線圈、戶外式、強迫油循環風冷、低損耗電力變壓器，接線組別為Ynd11（Y/△-11）。發變組的接線方式如圖1。

某年月日16時30分，電廠所在地區開始下中雪，東風2～3級。次日4時整，電網調度令4號機組啟動，4號爐點火，5時45分，蒸汽參數達到沖轉條件；4號汽輪機沖轉，6時16分，4號汽輪機定速；6時24分，4號發電機“出口開關”恢復備用于220kV北母東段，6時30分進行4號發電機并網操作，4號發電機電壓升至額定值20kV，大約30秒后，準備投入同期裝置并網時，4號發電機B、C兩相電流突升至6000A，A相電流為0，電流突升27毫秒后，4號發電機啟動保護（定值1500A）動作，滅磁開關Q7、AVR1直流輸出開關Q4、AVR2直流輸出開關Q5跳閘，而后約19秒，網控220kVⅢ母（北母東段）差動動作，母線上所連接的220kV所有開關均跳閘，網控室值班人員發現4號發電機“出口開關”閃絡。經事后檢查，發現該開關C相均壓電容閃絡導通，均壓電容表面閃絡裂紋，電容內部絕緣油泄漏，電容兩端金屬體有放電痕跡，B相均壓電容端部球表面有部分米粒大小的鋁質熔渣。

通過此次事件，我們得到一個深刻的教訓：當發電機出口開關本體上有積雪時，嚴禁進行發電機并網操作，應將積雪清理干凈后再進行并網操作。

2.2 各參數的界定

2.4 發電機A值的計算

2.5 結論

某電廠4號發電機系東方電機廠生產的300MW級發電機，廠家提供的A值數據是：不對稱故障時，A≤10s。

此次故障，計算A值為2.311s，小于廠家提供的允許值10s。

由此判斷：4號發電機此次因非全相運行而導致的暫態不對稱故障，負序電流對發電機轉子不會構成損壞，發電機組可以隨即并網運行。

參考文獻：

[1]李光琦.電力系統暫態分析（第二版）[D].西安交通大學，2002，6.

[2]山西省電力工業局.電氣設備運行技術（試用本）[S].1985，7.endprint