三相交流同步发电机同期并网异常运行的研究

肖汉杰

[摘要]文章阐述了在电机实验室做三相交流同步发电机与电网并网实验时遇到的异常情况，分析研究发生非同期并网的原因及解决办法，同时对原实验接线图提出了修改意见。

[关键词]实验教学同步发电机并网运行

在电机教学中，学生们经常要到电机实验室进行三相交流同步发电机并网实验，以验证同步发电机与电网进行准同期并列运行时需要满足的几个条件。准同期并列法的几个条件是：(1)待并发电机的电Uu和电网电压Uw大小相等；(2)待并发电机的电压和电网电压相位相同；(3)待并发电机的频率和电网频率相等；(4)待并发电机电压的相序和电网电压相序相同。在实验室进行三相交流同步发电机并网实验时，常采用对认识并列条件较直观的灯光法，即暗灯法和旋转灯光法。暗灯法的接线如图1。暗灯法是指接在发电机与电网间的三组灯同时熄灭的瞬间，发电机与电网同步，符合并网条件，在该时刻可以进行并网发电。旋转灯光法接线如图2。旋转灯光法是指灯光旋转到接在同名相上的一盏灯熄灭时(如图2中的A相灯)，发电机与电网同步，符合并网条件。通常情况下，操作者只要把握好符合并网条件的瞬间。按下合闸按钮，即可完成发电机与电网的并网操作，调节原动机的出力就可向电网供电。但有时也有偶然的情况。例如，在一次电机老师组织学生到电机实验室做三相交流同步发电机与电网进行准同期法并列运行实验时，就有一个实验小组不能实现同期并列，发生了非同期并列的情况，使发电机受到了巨大的冲击振动，并变为噪音很大的异步运行。实验只好停止下来，等待查明原因。

一、非同期并网的原因分析

针对实验出现的异常情况，我们首先对接线是否有误进行了检查。经过对连接导线的一一查对，并和与实验接线图上的接线校核，甚至连接线柱上的紧固螺母是否旋紧都进行了检查，没有发现连线错漏或松动造成虚接的情况。接着又按照准同期法并网的四个条件去核对讨论，觉得电压、相位、频率、相序均符合要求，没有发现哪条不对，接线没有错，并网条件又满足，从原理上分析是可以并网的，但试并网时，异常情况依然存在。其后，又从操作方法是否得当去考虑，经过再次慎重地起动，加励升压，每一步操作都非常认真仔细，电压、频率每个数据的调节都按并网条件的要求进行，提前角的把握也恰到好处，当暗灯法的灯光接近黑暗的瞬间，我们果断地按下了并网按钮，结果还是出现原来的异常情况。这说明问题依然存在，因此，可能是设备存在问题。于是，我们又对所有的实验设备进行了检查。通过检查发现，电机没有问题，并网开关没有问题，起动控制的闸刀开关也没有问题，但在查到与电网连接的闸刀开关时，发现闸刀开关下的B相熔丝已经熔断。它就是不能实现同期并网的根源。发现了问题，安装好熔丝，重新进行并网实验，结果一切都很正常，如愿地进行了并网实验。

二、B相熔丝熔断造成非同期并网的原因分析

(一)合闸初始时的情况分析

从实验接线图(见图3)看，合闸初始，由乎电网侧三相闸刀开关K下的B相熔丝熔断，B相开路，并网时发电机即变为AC两相运行。由于两相电压相位不同，有0-2U电压差变化，合闸时有冲击电流，根据理论计算和实验测定，最大时可以达到电机额定电流的20多倍。由于相位差可在0-180。范围之内变动，冲击电流不仅有无功分量，还有有功分量，强大的冲击电流可使发电机定子绕组端都和发电机转轴产生很大的冲击力矩，发出巨大的振动声。

(二)合闸后的情况分析

合闸结束后，在无限大容量电网电压作用下发电机改变了原有的发电功能。变成两相运行的异步电动机。电机缺相运行，且A、C两相电流升高倍，电机转动不平衡，出现严重的振动、噪声和局部异常发热现象，容易烧毁发电机。

三、B相熔丝熔断仍有同期信号出现的分析

由于与电网侧相连接的相灯，是经过闸刀开关K3、K4，再连接到电网闸刀开关K下的熔断器的出线侧。当电网侧B相熔丝熔断，此时电网侧B相开路，B相电网电压传不过来。但是，由于电压表v2和频率表H2是并接在K3出线的三相之间(见图4)，使B相相灯经V2、Hz的并接点，再经V2、Hz的线圈与A、C两相电网电压形成回路，所以B相相灯仍然同其他完好的两相一样，具有同明同暗信号出现，造成同期的假象。

四、对原三相交流同步发电机并网接线图的修改意见

从原三相交流同步发电机并网接线图及出现的异常情况看，原图电网侧三相闸刀开关下的熔断器在电机出线(开关外)发生短路时具有一定的保护电机作用，但熔丝装在闸刀开关内的隐蔽性，使熔丝熔断时不易被发现，也没有明显的特征显示。这就容易造成错觉，会造成非同期并网。为此，可考虑将三相闸刀开关改换上同容量的三相塑壳式自动空气开关(开关的进线侧接在电机侧)，实用性会更好。

由此可见，在实验室里，难免会遇到这样或那样的问题，只要认真查找、分析和研究，问题总会得到有效解决。

(责编何田田)