喬樂俠

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，電氣設(shè)備的裝備水平及保護(hù)水平不斷提高，因此，發(fā)電機(jī)發(fā)生暫態(tài)不對稱故障的幾率越來越低，這樣反而使廣大電氣運(yùn)行技術(shù)人員對發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子危害的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足。文章首先澄清發(fā)電機(jī)A值的概念，幫助電氣運(yùn)行技術(shù)人員提高對發(fā)電機(jī)負(fù)序電流危害的認(rèn)識(shí)，然后通過實(shí)例計(jì)算，給電氣運(yùn)行技術(shù)人員解決實(shí)際問題提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：暫態(tài)不對稱故障；負(fù)序電流；倍頻電流；集膚效應(yīng)；轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱；發(fā)電機(jī)A值

中圖分類號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0099-02

1 發(fā)電機(jī)A值的概念

眾所周知，大型同步發(fā)電機(jī)是根據(jù)三相定子電流對稱情況下長期運(yùn)行所設(shè)計(jì)制造的，三相電流對稱時(shí)，它們所合成的定子旋轉(zhuǎn)磁場與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)向相同，轉(zhuǎn)速相同，即發(fā)電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對靜止，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈不會(huì)切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線。

但現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中，由于電網(wǎng)三相負(fù)荷可能出現(xiàn)不平衡，或者發(fā)生不對稱短路故障等，都有可能使發(fā)電機(jī)處于不對稱運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)“對稱分量法”，又可以將發(fā)電機(jī)三相定子線圈中流過的不對稱電流分解為正序電流和負(fù)序電流（由于大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般情況下經(jīng)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(gè)正序旋轉(zhuǎn)磁場，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)同方向、同轉(zhuǎn)速；負(fù)序電流將合成一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)反方向，因此，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速則是2倍的同步轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)負(fù)序磁場掃過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面時(shí)，會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中、轉(zhuǎn)子鐵芯的表面、槽楔等部件中感應(yīng)出兩倍于工頻的電流，由于交流電的集膚效應(yīng)，這個(gè)電流不能深入到轉(zhuǎn)子深處，只能在轉(zhuǎn)子表面流過，通過轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)、中心環(huán)等產(chǎn)生可觀的渦流損耗，引起轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱，甚至達(dá)到不能允許的程度。

發(fā)電機(jī)的不對稱負(fù)荷分為穩(wěn)態(tài)不對稱負(fù)荷和暫態(tài)不對稱負(fù)荷。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)了單相電力牽引負(fù)荷、單相或者多相整流負(fù)荷以及較大容量的單相電爐負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)三相負(fù)荷不平衡，導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)三相電流不對稱，叫做穩(wěn)態(tài)不對稱。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相不對稱短路故障、發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)三相電流不對稱，叫做暫態(tài)不對稱。

發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)不對稱和暫態(tài)不對稱情況下，負(fù)序電流的允許值是不一樣的。對發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)不對稱負(fù)荷的限制，主要由發(fā)熱條件決定，在滿足“轉(zhuǎn)子體上任意一點(diǎn)溫度不超過允許值；最大一相定子電流不超過額定值；機(jī)組振動(dòng)不超過允許值”等條件情況下，由試驗(yàn)得出，表明發(fā)電機(jī)承擔(dān)長期不對稱過負(fù)荷的能力。發(fā)電機(jī)在非全相運(yùn)行或者兩相短路等情況下暫態(tài)不對稱運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流將會(huì)引起轉(zhuǎn)子表面嚴(yán)重發(fā)熱而燒損部件，因此，規(guī)定一個(gè)短時(shí)間（一般不超過100s）的負(fù)序電流允許值，用來衡量汽輪發(fā)電機(jī)承受暫態(tài)不對稱故障的能力，即暫態(tài)負(fù)序電流允許水平，是很有必要的，可用暫態(tài)負(fù)序能量系數(shù)A來表示：

大型同步發(fā)電機(jī)在出廠時(shí)，一般情況下廠家均提供A值。實(shí)際運(yùn)行中，如果發(fā)電機(jī)承受非全相運(yùn)行或兩相短路故障，只要計(jì)算出發(fā)電機(jī)在暫態(tài)不對稱故障情況下的A值不大于生產(chǎn)廠家提供的允許值，即認(rèn)為負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱不嚴(yán)重，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)不成威脅，發(fā)電機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行，如果計(jì)算出的A值大于生產(chǎn)廠家提供的允許值，則認(rèn)為發(fā)電機(jī)負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，需要解體檢查轉(zhuǎn)子受熱情況并根據(jù)檢查情況決定發(fā)電機(jī)是否能夠繼續(xù)運(yùn)行。

2 發(fā)電機(jī)A值的實(shí)用計(jì)算

隨著科技的進(jìn)步，大型同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)越來越完善，越來越可靠，加上發(fā)電機(jī)出口斷路器的性能越來越好，因此發(fā)電機(jī)因承受暫態(tài)不對稱故障而損壞的幾率越來越低，但由于大風(fēng)、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(fā)電機(jī)出口斷路器在特殊工況下的單相或兩相閃絡(luò)導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)并不能完全避免暫態(tài)不對稱故障。因此，在突遇發(fā)電機(jī)暫態(tài)不對稱故障后，立即判斷發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子受損情況，以決定機(jī)組是否能夠立即重新投入運(yùn)行，顯得十分重要。

下面以某電廠實(shí)際發(fā)生的發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行事件為例，簡要介紹發(fā)電機(jī)暫態(tài)不對稱故障后，其A值的計(jì)算方法，供生產(chǎn)一線的廣大工程技術(shù)人員參考。

2.1 事件大致經(jīng)過

某電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)系東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2-20型汽輪發(fā)電機(jī)，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(nèi)冷；轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部分采用氣隙取氣銑孔斜流氫內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組端部采用縱橫兩路銑槽氫內(nèi)冷；定子鐵芯及結(jié)構(gòu)件采用氫氣表面冷卻。4號(hào)主變壓器系保定變壓器廠生產(chǎn)的SFP8-370000/220型三相雙線圈、戶外式、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、低損耗電力變壓器，接線組別為Ynd11（Y/△-11）。發(fā)變組的接線方式如圖1。

某年月日16時(shí)30分，電廠所在地區(qū)開始下中雪，東風(fēng)2～3級(jí)。次日4時(shí)整，電網(wǎng)調(diào)度令4號(hào)機(jī)組啟動(dòng)，4號(hào)爐點(diǎn)火，5時(shí)45分，蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件；4號(hào)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，6時(shí)16分，4號(hào)汽輪機(jī)定速；6時(shí)24分，4號(hào)發(fā)電機(jī)“出口開關(guān)”恢復(fù)備用于220kV北母東段，6時(shí)30分進(jìn)行4號(hào)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作，4號(hào)發(fā)電機(jī)電壓升至額定值20kV，大約30秒后，準(zhǔn)備投入同期裝置并網(wǎng)時(shí)，4號(hào)發(fā)電機(jī)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(hào)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)（定值1500A）動(dòng)作，滅磁開關(guān)Q7、AVR1直流輸出開關(guān)Q4、AVR2直流輸出開關(guān)Q5跳閘，而后約19秒，網(wǎng)控220kVⅢ母（北母東段）差動(dòng)動(dòng)作，母線上所連接的220kV所有開關(guān)均跳閘，網(wǎng)控室值班人員發(fā)現(xiàn)4號(hào)發(fā)電機(jī)“出口開關(guān)”閃絡(luò)。經(jīng)事后檢查，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)C相均壓電容閃絡(luò)導(dǎo)通，均壓電容表面閃絡(luò)裂紋，電容內(nèi)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(zhì)熔渣。

通過此次事件，我們得到一個(gè)深刻的教訓(xùn)：當(dāng)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)本體上有積雪時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作，應(yīng)將積雪清理干凈后再進(jìn)行并網(wǎng)操作。

2.2 各參數(shù)的界定

2.4 發(fā)電機(jī)A值的計(jì)算

2.5 結(jié)論

某電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)系東方電機(jī)廠生產(chǎn)的300MW級(jí)發(fā)電機(jī)，廠家提供的A值數(shù)據(jù)是：不對稱故障時(shí)，A≤10s。

此次故障，計(jì)算A值為2.311s，小于廠家提供的允許值10s。

由此判斷：4號(hào)發(fā)電機(jī)此次因非全相運(yùn)行而導(dǎo)致的暫態(tài)不對稱故障，負(fù)序電流對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不會(huì)構(gòu)成損壞，發(fā)電機(jī)組可以隨即并網(wǎng)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]山西省電力工業(yè)局.電氣設(shè)備運(yùn)行技術(shù)（試用本）[S].1985，7.endprint