新聞主題	發(fā)電機(jī)三相不平衡負(fù)載試驗(yàn)步驟

 

摘要：發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行也是屬于非正常工作狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行中，引起發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行的原因可能是多種多樣的，如不平衡負(fù)荷、輸電線(xiàn)路不平衡以及非全相運(yùn)行狀態(tài)等。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時(shí)，由對(duì)稱(chēng)分量法可知，定子繞組中除了有正序電流外，還有負(fù)序電流。所以發(fā)電機(jī)三相不平衡運(yùn)行的特點(diǎn)就是伴隨著出現(xiàn)負(fù)序電流。康明斯公司在本文通過(guò)對(duì)負(fù)序電流給發(fā)電機(jī)造成危害的分析和舉例，增強(qiáng)值班員對(duì)不平衡運(yùn)行的處理緊迫感，并能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行果斷處理，必要時(shí)臨時(shí)擴(kuò)大停電范圍來(lái)保證發(fā)電機(jī)的安全。

 

一、不平衡運(yùn)行現(xiàn)象和危害

 

1、不平衡運(yùn)行的現(xiàn)象

      判斷不平衡運(yùn)行應(yīng)將多種表計(jì)結(jié)合起來(lái)，不得以一種表計(jì)為準(zhǔn)。 發(fā)電機(jī)三相不平衡等效電路和相量圖如圖1所示。

（1）掌握發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行負(fù)序電流一般指示多少，本發(fā)電機(jī)從并網(wǎng)到滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)負(fù)序電流變化多大，掌握本機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的基準(zhǔn)值。

（2）當(dāng)系統(tǒng)中有較大的單相負(fù)荷時(shí)，并網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)互相分擔(dān)，同時(shí)單相負(fù)荷占總發(fā)電機(jī)負(fù)荷比例小，負(fù)序電流增加不明顯，三相電流差能從50A增至100A左右。

（3）當(dāng)系統(tǒng)有不平衡短路時(shí)，距短路點(diǎn)近的發(fā)電機(jī)，負(fù)序電流能出現(xiàn)報(bào)警，此時(shí)發(fā)電機(jī)三相電流差指示明顯，隨故障切除而消失。

（4）主變高壓側(cè)某相接觸電阻增大，發(fā)電機(jī)一相電流大，二相電流??；發(fā)電機(jī)一相線(xiàn)圈斷股或開(kāi)焊一相降低，其他兩相不變。此現(xiàn)象負(fù)荷越高越明顯。

（5）發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)發(fā)生非全相，未經(jīng)升壓的主開(kāi)關(guān)，斷一相則一相無(wú)電流曰經(jīng)主變升壓的主開(kāi)關(guān)非全相，斷一相發(fā)電機(jī)電流一相大兩相小，兩相跳開(kāi)主變中性點(diǎn)接地時(shí)，發(fā)電機(jī)兩相有電流，主變中性點(diǎn)不接地時(shí)，發(fā)電機(jī)三相無(wú)電流。發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)與DEH關(guān)系圖如圖2所示。

2、不平衡運(yùn)行的危害

      同步發(fā)電機(jī)是根據(jù)三相電流對(duì)稱(chēng)的情況下能夠長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)計(jì)的，但實(shí)際中不平衡運(yùn)行情況也是經(jīng)常遇到的，如單相電爐負(fù)載、發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)合斷時(shí)三相不同期或非全相、系統(tǒng)中的兩相或單相接地短路、發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈匝間短路或開(kāi)路，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)破壞，導(dǎo)致三相電壓電流不平衡，最終影響發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)用戶(hù)的安全運(yùn)行，如處理不及時(shí)將會(huì)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嚴(yán)重?fù)p壞。負(fù)序電流的危害不能直接監(jiān)視，值班員一般重視不夠，不能迅速進(jìn)行處理，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子造成危害。

      以柴油發(fā)電機(jī)為例，發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時(shí)，定子電流中的負(fù)序分量，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將使轉(zhuǎn)子上的各個(gè)部件諸如大齒、小齒、槽楔、護(hù)環(huán)、勵(lì)磁繞組及阻尼繞組，切割負(fù)序磁場(chǎng)，產(chǎn)生頻率為100 Hz的感應(yīng)電流。由于交流電的集膚效應(yīng)，感應(yīng)電流只能在轉(zhuǎn)子表面的薄層中流過(guò)，這些電流不僅流過(guò)轉(zhuǎn)子本體，還流過(guò)護(hù)環(huán)、心環(huán)以及轉(zhuǎn)子的槽楔與齒，并流經(jīng)槽楔與齒與護(hù)環(huán)的許多接觸面。由于這些接觸面的電阻很高，發(fā)熱尤其嚴(yán)重，后果不堪設(shè)想。其次是負(fù)序電流引起附加轉(zhuǎn)距產(chǎn)生振動(dòng)。這些危害值班員監(jiān)視不到，有些運(yùn)行值班員不能深刻了解，重視不夠，使負(fù)序電流作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成嚴(yán)重后果。

 

圖1  發(fā)電機(jī)三相不平衡等效電路和相量圖

圖2  發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)與DEH關(guān)系圖

 

二、發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時(shí)的主要條件

 

      發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是凸極式的，散熱條件較好，當(dāng)它與隱極機(jī)有同樣的不平衡運(yùn)行條件時(shí)，其附加發(fā)熱溫升較低，如有阻尼繞組，雖可引起阻尼繞組的發(fā)熱，但阻尼繞組可以削弱負(fù)序磁場(chǎng)的影響，從而減輕轉(zhuǎn)子的發(fā)熱程度。但是，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑較大，縱軸和橫軸的磁導(dǎo)差別也較大，因而由負(fù)序電流所引起的機(jī)械振動(dòng)較嚴(yán)重，同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)的機(jī)座是焊接件，承受振動(dòng)的能力又較弱，所以附加振動(dòng)就可能成為限制發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行的主要條件。發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時(shí)，其允許負(fù)荷主要決定于下列三個(gè)條件：

① 負(fù)荷最大相的定子電流不應(yīng)超過(guò)發(fā)電機(jī)定子的額定電流。

② 轉(zhuǎn)子最熱點(diǎn)的溫度，不應(yīng)超過(guò)轉(zhuǎn)子絕緣材料和金屬材料的允許溫度。

③ 不平衡運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械振動(dòng)，不應(yīng)超過(guò)允許范圍，機(jī)械振動(dòng)的允許值按制造廠(chǎng)推薦的標(biāo)準(zhǔn)確定。

      第一個(gè)條件是考慮到定子繞組的發(fā)熱不超過(guò)允許值。第二個(gè)和第三個(gè)條件是針對(duì)不平衡運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的負(fù)序申流所造成的危害而提出來(lái)的。由于發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料和冷卻方式等的不同，負(fù)序電流允許范圍也不同。因此不平衡運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流的允許值和允許時(shí)間都不應(yīng)超出制造廠(chǎng)家規(guī)定的范圍。如無(wú)制造廠(chǎng)家的規(guī)定，可參照我國(guó)規(guī)定的發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時(shí)的允許電流和持續(xù)時(shí)間來(lái)執(zhí)行。

 

三、限制不平衡運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)

 

      理解規(guī)程規(guī)定并嚴(yán)格執(zhí)行，將標(biāo)準(zhǔn)記在心中，并堅(jiān)定執(zhí)行。

1、發(fā)電運(yùn)行中三相電流之差不得超過(guò)額定值的10%

      運(yùn)行人員對(duì)定子電流的監(jiān)視也可間接對(duì)負(fù)序電流的監(jiān)視。用對(duì)稱(chēng)分量法計(jì)算負(fù)序電流如下：

 Ⅰ_A2=0.17 ｛(Ⅰ_A-Ⅰ_B)+(Ⅰ_A-Ⅰ_c）｝+j0.866（Ⅰ_B-Ⅰ_c）

      由式可知發(fā)電機(jī)的三相電流差增大時(shí)，負(fù)序電流也增大。經(jīng)計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)的三相電流差是額定值10%時(shí)，負(fù)序電流占額定值約6%。在這個(gè)電流下，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱是能承受的。所以規(guī)程規(guī)定柴油發(fā)電機(jī)的三相電流之差不超過(guò)額定值的10%。

2、負(fù)序電流定值標(biāo)準(zhǔn)

      不平衡程度通常用負(fù)序電流對(duì)額定電流的百分?jǐn)?shù)表示，為了方便運(yùn)行人監(jiān)視，現(xiàn)場(chǎng)常裝負(fù)序電流百分?jǐn)?shù)表。正常運(yùn)行中由于負(fù)荷性質(zhì)有不斷變化，負(fù)序電流表指示也不穩(wěn)定，一般不超過(guò)1.0%，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化，負(fù)序電流不大于5%時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)影響不大，可以正常運(yùn)行，但當(dāng)超過(guò)10%時(shí)，將會(huì)引起電網(wǎng)電壓顯著的不平衡，轉(zhuǎn)子表面將明顯發(fā)熱超溫。圖3為不平衡程度和發(fā)電機(jī)允許輸出容量關(guān)系圖，作為帶負(fù)荷參考。

3、負(fù)序能力標(biāo)準(zhǔn)

      當(dāng)負(fù)序電流到一定的數(shù)值后，短時(shí)間內(nèi)由負(fù)序損耗（如圖4所示）產(chǎn)生的熱量來(lái)不及散出，視為絕熱過(guò)程，轉(zhuǎn)子表面的平均溫升與轉(zhuǎn)子的負(fù)序能量I22t成正比。實(shí)踐證明用I22t作為負(fù)序能力的判據(jù)是行之有效的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝有I22 t數(shù)值累計(jì)表，當(dāng)負(fù)序電流報(bào)警后，開(kāi)始啟動(dòng)并累計(jì)。

 

圖3  負(fù)序電流與發(fā)電機(jī)允許輸出有功曲線(xiàn)

圖4  發(fā)電機(jī)負(fù)序電流損耗相量圖

 

四、發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行的試驗(yàn)

 

      康明斯公司通過(guò)對(duì)自勵(lì)恒壓發(fā)電機(jī)三相不平衡負(fù)載試驗(yàn)的介紹，使客戶(hù)與售后維修員可掌握三相負(fù)載作星形、三角形聯(lián)接的方法，驗(yàn)證線(xiàn)電壓與相電壓、線(xiàn)電流與相電流之間的關(guān)系，并充分理解三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)中中性線(xiàn)的作用。

1、三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)關(guān)系

      三相負(fù)載可接成星形（Y形）或三角形（4形）。三相負(fù)載為對(duì)稱(chēng)時(shí)存在以下關(guān)系∶

（1）三相負(fù)載為不平衡星形接法時(shí)，必須采用三相四線(xiàn)制接法，即Y0接法。中性線(xiàn)必須牢固聯(lián)接，以保證三相不平衡負(fù)載的每相電壓維持對(duì)稱(chēng)。

（2）若中性線(xiàn)斷開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致三相負(fù)載電壓的不平衡，致使輕負(fù)載相相電壓過(guò)高，使負(fù)載受損重負(fù)載相的相電壓過(guò)低，負(fù)載不能正常工作。

      故對(duì)于三相負(fù)載一律采用三相四線(xiàn)制（Y0接法）。三相負(fù)載不平衡三角形接法時(shí)，線(xiàn)電流10=√3相電流I，但只要電源的線(xiàn)電壓對(duì)稱(chēng)，加在三相負(fù)載上的電壓保持對(duì)稱(chēng)，對(duì)各相負(fù)載工作無(wú)影響。

2、試驗(yàn)步驟

（1）不平衡負(fù)載工作時(shí)三相電壓偏差的測(cè)定試驗(yàn)

      發(fā)電機(jī)在自勵(lì)的情況下，先加25％額定功率的三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，此時(shí)輸出電壓和功率因數(shù)均應(yīng)為額定值（一般為0.8滯后）。之后，在其中一相上再加25‰一相額定功率的電阻性負(fù)載（對(duì)晶閘管整流器勵(lì)磁方式的電機(jī)，應(yīng)加在有晶閘管整流器的那一相上）。用準(zhǔn)確度不低于0.5級(jí)的電壓表測(cè)量三相線(xiàn)電壓值。計(jì)算三個(gè)線(xiàn)電壓的不平衡度（用‰表示），該不平衡度即為不平衡負(fù)載工作時(shí)三相電壓偏差。一般用途的發(fā)電機(jī)，該值應(yīng)在±5‰以?xún)?nèi)。

（2）不平衡負(fù)載工作時(shí)各繞組溫升的測(cè)定試驗(yàn)

      發(fā)電機(jī)在自勵(lì)的情況下，先加70％額定功率的三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，此時(shí)輸出電壓、頻率和功率因數(shù)均應(yīng)為額定值。之后，在任意兩相上再加電阻性負(fù)載，所加數(shù)值應(yīng)使該兩相的輸出電流達(dá)到額定值（此時(shí)電流的負(fù)序分量約為12％）。維持上述負(fù)載連續(xù)運(yùn)行到溫升穩(wěn)定，然后測(cè)定各部位的溫升或溫度（有關(guān)程序和計(jì)算方法見(jiàn)“熱試驗(yàn)”）。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

      根據(jù)原理圖5所示，分別對(duì)三相負(fù)載（對(duì)稱(chēng)、不平衡）星形聯(lián)接（Y、Y0)和三角形(△、△0)聯(lián)接檢測(cè)，并按圖6接線(xiàn)后，按Y接B相斷開(kāi)項(xiàng)測(cè)得值與理論值相差太多。

      由三相不平衡負(fù)載理論分析計(jì)算：

（1）A相負(fù)載為一個(gè)燈泡，B相負(fù)載斷開(kāi)，C相負(fù)載為三個(gè)燈泡并聯(lián)，因此R A=3R C—(1)式；

（2）B相斷開(kāi)時(shí)，AC兩相相當(dāng)于串聯(lián)，故有UA0=3UC0—(2)式；

      而實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)：UA0≈6UC0，為此我們進(jìn)行了多次相同的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有大的變化。我們又對(duì)白熾燈的電阻進(jìn)行理論計(jì)算，電阻為P=U2/R=2202/15=3227Ω。接著我們用萬(wàn)用表對(duì)白熾燈不通電情況下進(jìn)行了電阻測(cè)量，測(cè)量值近似為400Ω，測(cè)量值與理論值相差近10倍。

 

圖5  三相發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行實(shí)驗(yàn)原理圖

圖6  三相不平衡負(fù)載試驗(yàn)接線(xiàn)電路圖

 

總結(jié)：

      總之，對(duì)發(fā)電機(jī)三相不平衡運(yùn)行首先要從思想上重視，了解危害，掌握發(fā)電機(jī)容量及轉(zhuǎn)子冷卻方式不同，對(duì)負(fù)序電流的耐受能力不一樣，清楚各種情況下的負(fù)序電流的標(biāo)準(zhǔn)。處理的目的是迅速將負(fù)序電流降至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，越快越好。發(fā)生非全相時(shí)應(yīng)設(shè)法保證發(fā)電機(jī)電流為零，發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)無(wú)法斷開(kāi)且柴油發(fā)電機(jī)無(wú)法維持3000轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)電壓無(wú)法維持時(shí)，發(fā)電機(jī)負(fù)序電流會(huì)特別大，處理應(yīng)分秒必爭(zhēng)，應(yīng)立即拉開(kāi)上一級(jí)開(kāi)關(guān)或拉開(kāi)母線(xiàn)上所有進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，切不可有任何顧慮，此時(shí)為了保證發(fā)電機(jī)不受致命的損壞，暫時(shí)擴(kuò)大停電范圍是值得的，也是完全正確的。

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