水轮发电机组失磁保护动作分析与处理

水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理探讨张其群发布时间：2021-10-05T08:16:16.612Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：张其群[导读] 励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。

四川兴鼎电力有限责任公司四川省阿坝州 623500摘要：励磁系统是水电站水轮发电机的重要组成部分，在水轮发电机运行过程中发挥着调不可替代的作用。

励磁系统通过向发电机转子提供可调励磁直流电源，对发电机机端电压恒定进行控制，满足发电机运行和发电需要，提高电力系统稳定性。

在运行过程中，系统运行是否稳定还受到多方面因素影响，导致励磁系统故障问题发生，对于机组安全与经济性都带来了一定的影响。

本文就对水轮发电机励磁系统故障问题进行分析，并提出相应的处理和解决对策，确保发电机组运行正常。

关键字：水轮发电机；励磁；故障原因；处理在水电厂的发电机组中，励磁系统作为其核心的系统，其作用是进行励磁调整，以确保定子电压具有较高的稳定性。

通过合理的分配各台机组间无功功率，可以提高发电厂的发电机组的可靠性、电力系统的稳定性以及电厂的自动化水平。

因此，加强对水电厂励磁系统的研究具有重要的意义。

一、水电站水轮发电机励磁系统简介励磁系统在水电行业的主要作用是管理作用，主要体现在通过各种信号来调控水电站机组的运行使其一直处于较为稳定的状态，而励磁系统的主要运行方式分为自励型和他励型，自励又分为自复励和自并励两种，后续还会根据叠加方式的不同往下继续细分。

而励磁系统的运行原理是在接受到水电站发出的信号后将之转换成电流来确保机组的电稳定性，而后根据电流信号的大小判断使用自复励还是自并励的运行模式或者直接使用他励型来避开与电力系统的影响。

在励磁系统中使用的过程中还需要大量的设备，一般有励磁变压柜、调节器等较为高端的设备且这些设备都发挥着十分重要的作用。

二、水轮发电机励磁装置故障原因分析及处理水力发电的过程中，除了水轮机、发电机是电力系统的重要组成部分，发电机励磁系统在发电机发电可以发挥决定性的作用，励磁系统的好坏，工作状态是否正常，可以确定发电机产生电能，电能质量、工作状态是否正常。

1 失磁保护原理发电机励磁系统故障使励磁降低或全失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组本身及电力系统的安全造成重大的危害。

因此,大、中型机组装设失磁保护，其主判据可由下述判据组成。

1.1 静稳极限励磁电压U fd (P)主判据该判据的优点是：凡是能导致失步的失磁初始阶段，由于U fd （励磁电压）快速降低，U fd (P判据可快速动作；在通常工况下失磁，U fd (P)判据动作大约比静稳边界阻抗判据动作提前1S以上，有预测失磁失步的功能。

Uf d(P )判据的动作方程为：U fd ≤K set (P-P t )1.2 定励磁低电压辅助判据为了保证在机组空载运行及P<P t 的轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口，附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据”，其动作方程为：U fd ≤U fd.s et (励磁低电压动作整定值)。

在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中，“定励磁低电压判据”不会误动作。

U fd -P及定励磁低电压判据动作特性曲线如图1所示。

1.3 静稳边界阻抗主判据阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0°接线方式，动作特性见下图，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第I象限随时间进入第Ⅳ象限，达静稳边界附近进入圆内。

静稳边界阻抗判据满足后，至少延时1～1.5 s发失磁信号、压出力或跳闸，延时1～1.5 s的原因是躲开系统振荡。

扇形与R轴的夹角10°～15°为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。

静稳边界阻抗判据动作特性如图2所示。

2 失磁保护逻辑方案某电厂的发电机保护采用许继电气股份有限公司生产的W F B -801A /F 型发电机保护装置（内含励磁变保护）。

W F B -801A/F装置提供三种失磁保护方案，电厂选择方案一，逻辑框图如图3所示。

水轮发电机组常见故障及处理措施分析目前由于社会和经济的快速发展过程中对电能的需求量不斷增加，中小型水电站得以快速发展起来，其为缓解电力系统供电紧张情况发挥了极为重要的作用，同时还在很大程度上降低了发电过程中对矿产资源的消耗，对各地区经济的发展起到了积极的促进作用。

水电站中重要的生产任务都是由水轮发电机组来完成的，所以水轮发电机组正常的运行是确保水电站安全生产的关键。

水轮发电机组作为机械设备，在长时间的运行过程中不可避免的会有故障发生，使其正常运行受到影响，所以在中小水电站内，需要加强对水轮机组的检修工作，检修人员需要在实践工作中不断的充实自身的专业知识，及时排除故障隐患，确保水轮发电机组能够安全、稳定的运行。

文章分别从发电机过负荷、转子一点接地、转子回路两点接地、温度过高、转子回路断线、定子接地及冒烟着火等多个方面对发电机组的故障及处理进行了具体的阐述。

标签：水轮发电机；故障；现象；处理c前言水轮发电机组具有复杂性，其不仅包括机械部分和电气部分，还包括油、气、水系统等，而且在运行过程中受到影响的因素也较多，极易在运行过程中出现异常情况或是发生故障。

一旦有故障发生，则会使水轮发电机组的正常运行受到影响，无法保证正常的电能供应。

所以作为运行人员需要做好水轮发电机组运行过程中的检修工作。

1 发电机过负荷1.1 现象当发电机处于过负荷状态下时，其定子电流会超过额定值，同时其有功、无功及转子电流也会超出额定值，同时定子电流如果超出额定值的1.1倍时，则会导致过负荷保护发出动作，出现过负荷报警信号。

1.2 处理在水轮发电机组正常运行过程中，需要加强监视，对其电压、频率和电流大小进行进行实时关注。

一旦发现电压或是频率升高时，则需要通过降低无功或有功负荷，使定子电流能够降至额定值范围，当调整后状况没有得到有效改善时，则需要采取切实可行的措施将过负荷消除。

当电压或是频率降低时，则为了避免过负荷的产生，则可以减小励磁电流，但需要确保母线电压要处于正常值范围内。

发电机失磁后的处理措施发电机失磁后的象征：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。

（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。

处理：（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。

发电机失磁异步运行时,一般处理原则如下:(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:1) 迅速降低有功功率到允许值(本厂失磁规定的功率值与表计摆动的平均值相符合),此时定子电流将在额定电流左右摆动.2) 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.3) 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.4) 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.5) 注意厂用分支电压水平,必要时可倒至备用电源接带.6) 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.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.为了使保护装置字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S,失磁保护动作将发电机自系统解列.发电机失磁对发电机和系统都会产生不利的影响，对系统的影响是：1）．使系统出现无功功率差额；2）．造成其它发电机过流；对发电机本身的影响是：1）．转子的损耗增大造成转子局部发热；2）．发电机受交变异步功率的冲击而发生振动。

发电机失磁保护动作原因分析与处理
杨新凯
【期刊名称】《电器工业》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】如果发电机的励磁系统调控故障或失效,可能会引发励磁电压的异常降低甚至消失,从而引发发电机与系统之间同步性的失衡,这对机组及电力系统安全可能产生严重影响。

常规上,失磁保护主要构成于静稳阻抗、异步阻抗的主判断准则,同时辅以励磁低电压和机端低电压的次要判断准则。

本文将通过深度探究发电机失磁的成因、判断方法,以及实例讲解发电机失磁状况下的应对手段。

【总页数】6页(P51-55)
【作者】杨新凯
【作者单位】河南能源化工集团安化公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
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发电机失磁运行分析及处理摘要：发电机失磁运行是常见的故障形式。

发电机运行时发生失磁对发电机本身和电力系统造成影响，一旦保护拒动其将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身平安。

我们要从认识发电机失磁原理、失磁后工况变化，制定发电机失磁防范措施，防止发电机失磁运行和失磁后快速切除故障发电机运行。

关键词：失磁措施处理1、发电机失磁工况介绍发电机是一种将机械能转变为电能的工具，简单的从原理方面说，它是由转子和定子线圈组成的，转子绕组由励磁系统提供电流，在原动机的拖动下旋转，即产生了旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈，在定子回路产生感应电势，当发电机带上负载后，就产生了三相交流电，因三相定子绕组依次相差120°电角度布置，三相电流产生的磁场组合成一个磁场，即产生了定子旋转磁场。

发电机正常运行中，转子的旋转磁场与定子的旋转磁场方向、速度一样，转差为零，即发电机为同步运行方式。

当发电机励磁系统故障后，失去了励磁电流，也就是平常所说的发电机失磁。

发电机失磁后，转子旋转磁场消失，电磁力矩减少，而原动力矩不变，出现了过剩力矩，使转子转速增加，转子与定子的旋转磁场有了相对速度，出现了转差，定子磁场以转差速度切割转子外表，使转子外表感应出电流来，这个电流与定子旋转磁场作用就产生了一个力矩，称为异步力矩，它的制动作用限制了转子转速无限升高，转速越高，异步力矩越大，从而降低了转差，这时的发电机进入了异步运行状态。

发电机从系统吸收无功，供定子、转子产生磁场，向系统输送有功功率。

2、发电机失磁运行的危害、由于发电机失磁后，转子与定子出现了转差，在转子外表感应出转差频率的电流，该电流在转子中产生损耗，使转子发热增大，转差越大电流越大，严重时可使转子烧损；特别是直接冷却高利用率的大型机组，热容量裕度相对降低，转子容量过热。

失磁后，发电机转入异步运行，发电机的等效电抗降低，从系统吸收的无功功率增大。

失磁前的有功越大，转差越大，等效电抗就越小，吸收的无功也越大，因此在大负荷下失磁，由于定子绕组过电流将使定子过热。