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發(fā)電機(jī)三相電流不平衡的原因和危害及處理
發(fā)布時(shí)間:2024-02-27 22:40:29  ▏閱讀:

 

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??得魉构驹?/span>本文通過對(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,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)一相線圈斷股或開焊一相降低,其他兩相不變。此現(xiàn)象負(fù)荷越高越明顯。

(5)發(fā)電機(jī)主開關(guān)發(fā)生非全相,未經(jīng)升壓的主開關(guān),斷一相則一相無電流曰經(jīng)主變升壓的主開關(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)三相無電流。發(fā)電機(jī)主開關(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)稱的情況下能夠長期運(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)線圈匝間短路或開路,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,這些電流不僅流過轉(zhuǎn)子本體,還流過護(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)間過長,造成嚴(yán)重后果。

 

發(fā)電機(jī)三相不對(duì)稱等效電路和相量圖.png

圖1  發(fā)電機(jī)三相不平衡等效電路和相量圖

發(fā)電機(jī)主開關(guān)與 DEH 關(guān)系圖.png

圖2  發(fā)電機(jī)主開關(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)超過允許范圍,機(jī)械振動(dòng)的允許值按制造廠推薦的標(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)超出制造廠家規(guī)定的范圍。如無制造廠家的規(guī)定,可參照我國規(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)稱分量法計(jì)算負(fù)序電流如下:

 ⅠA2=0.17 {(ⅠA-ⅠB)+(ⅠA-Ⅰc)}+j0.866(ⅠB-Ⅰc

      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)生的熱量來不及散出,視為絕熱過程,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。現(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,開始啟動(dòng)并累計(jì)。

 

負(fù)序電流與發(fā)電機(jī)允許輸出有功曲線.png

圖3  負(fù)序電流與發(fā)電機(jī)允許輸出有功曲線

發(fā)電機(jī)負(fù)序電流損耗相量圖.png

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)證線電壓與相電壓、線電流與相電流之間的關(guān)系,并充分理解三相四線制供電系統(tǒng)中中性線的作用。

1、三相負(fù)載對(duì)稱關(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),必須采用三相四線制接法,即Y0接法。中性線必須牢固聯(lián)接,以保證三相不平衡負(fù)載的每相電壓維持對(duì)稱。

(2)若中性線斷開,會(huì)導(dǎo)致三相負(fù)載電壓的不平衡,致使輕負(fù)載相相電壓過高,使負(fù)載受損重負(fù)載相的相電壓過低,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制(Y0接法)。三相負(fù)載不平衡三角形接法時(shí),線電流10=√3相電流I,但只要電源的線電壓對(duì)稱,加在三相負(fù)載上的電壓保持對(duì)稱,對(duì)各相負(fù)載工作無影響。

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)量三相線電壓值。計(jì)算三個(gè)線電壓的不平衡度(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‰以內(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“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、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接線后,按Y接B相斷開項(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,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。

 

三相發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行實(shí)驗(yàn)原理圖.png

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

三相不對(duì)稱負(fù)載試驗(yàn)接線電路圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖6  三相不平衡負(fù)載試驗(yàn)接線電路圖

 

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)主開關(guān)無法斷開且柴油發(fā)電機(jī)無法維持3000轉(zhuǎn),發(fā)電機(jī)電壓無法維持時(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)立即拉開上一級(jí)開關(guān)或拉開母線上所有進(jìn)出線開關(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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