浅析火力发电厂同步发电机的日常运行及事故处理

国 平

（山东兖矿集团南屯电厂，山东 济宁273515）

0 引言

目前，以大容量和超临界技术为特征的火力发电机组被广泛采用，这对火力发电设备的制造和运行水平都提出了更高的要求，生产运行技术人员也面临更新知识从而提高整个系统管理水平的问题。火力发电厂的众多电气设备中，发电机无疑是最重要的设备之一，其能否安全可靠运行直接关系到电厂能否正常运转。然而，火电厂发电机组所处的环境较差，受粉尘、有害气体等侵蚀严重，且各设备间存在一定的配合逻辑，故一旦某种设备出现运行故障，则很可能导致整个系统的停运。随着计算机技术的不断应用，发电机的各方面性能及在线监测都得到了全面的优化，然而在高速、高温、振动以及内部各种因素的影响下，发电机仍然会出现各种各样的问题。因此，本文对火力发电厂同步发电机的日常运行及常见的事故处理进行探讨，以期为提高火电厂的安全运行水平提供一定借鉴。

1 火电厂同步发电机的日常运行

与电网并联运行的发电机，在各项电压和电流都对称的条件下运行时，具有损耗小、效率高、转矩均匀等较好的性能，所以应尽可能保持发电机在正常方式下运行。下面，笔者对同步发电机的安全运行极限进行讨论。

图1为同步发电机的运行极限图，又称功率图，它对运行人员按允许负荷运行、保障机组安全有很大帮助。以不饱和的稳极机为例，把相量图中的各电压相量除以Xd，并顺时针旋转90°，可得电流相量三角形OCM。图1中，U／Xd＝Ik是空载励磁电流Ie0作用下稳态短路的定子电流；Ea／Xd＝I′e是在负荷励磁电流I′e作用下稳态短路的定子电流；当定子电流为额定值时相应的励磁电流为IeN。过O点做一条垂直于横坐标的射线OU表示发电机端的电压方向，电流I和OU的夹角就是功率因数角。因此，图1不仅表示了定子电流和励磁电流的关系，而且用电流相量OC在以O为原点的坐标系中纵坐标轴和横坐标轴上的投影来表示有功P和无功Q。

下面讨论cosφ变化时对出力的限制和产生影响的条件。

1.1 转子绕组发热

在保持电压U和电流I不变的情况下，发电机负荷的功率因数降低，意味着Ie＞IeN，转子将过热。从这点出发，当cosφ＜cosφN时，其运行极限由励磁电流决定，最大允许励磁电流为IeN，因此以M为圆心，MC为半径所画的圆弧CD就是转子过热的极限。

1.2 定子发热

图1 具有均匀气隙的稳极机安全运行极限

同样，定子绕组的发热由定子电流来决定。为了防止定子绕组过热，在运行时不允许连续过负荷运行。这意味着最大定子电流为IN，所以以O为圆心，OC为半径的圆弧CG就是定子发热极限。

1.3 原动机输出功率极限

一般原动机的额定功率稍大于或等于发电机的额定功率（忽略消耗）。为了保证运行安全，发电机的功率不能大于原动机的功率。图1中线段GB等于原动机的功率（略大于发电机额定功率），也就是防止原动机过载的安全极限。

1.4 静态稳定极限

稳极机静态稳定极限的理论值是δ＝90°，因此，MH是理论上的静态稳定运行边界。在突然过负荷时，为了维持发电机的稳定运行，实际的静态稳定运行边界应留一定的余量。图1中曲线BF是考虑了能承受0.1PN过负荷能力的实际静稳定极限。曲线BF作法如下：先在理论边界上取一些点（如点1），然后保持励磁电流不变，做圆弧12，再找出实际功率比理论功率低0.1PN的点的集合直线23，圆弧12和直线23的交点就在实际稳定极限上。用这样的方法将找到实际稳定极限的所有点，连接这些点可得实际稳定极限边界。

据以上分析，用D、C、G、B、F点及其相应曲线围起来的面积，就是稳极机安全运行面积，发电机的运行只要落在这块面积内或边界上均能稳定。实际上如果再考虑电力系统电抗的影响，励磁调节器以及短路比等的影响，静稳态限制线会更复杂、更小。

此外，除了额定运行方式外，同步发电机还有可能处于非正常运行状态，此时发电机的部分参量可能出现异常。如过负荷、异步运行、不对称运行等，非正常运行属于只容许短时运行的工作状态，在此不作具体讨论。

2 火电厂同步发电机的常见事故处理

2.1 主汽门关闭变成同步电动机

主汽门关闭变成同步电动机时，发电机的有功功率指示将变为0甚至负值，相反无功功率指示将升高，此外定子电流降低，但励磁电流电压及交流电压接近正常。此时要根据是否有“机器危险”的信号来分情况处理：若无“机器危险”信号来，不必将发电机解列，但需要立即与相关人员联系，升有功负荷；若汽机发出“机器危险”的信号，则必须立即解列发电机，并关断断路器。

2.2 发电机主断路器自动跳闸

当发电机主断路器自动跳闸时，发电机本身可能出现异常响动，并发出音响信号，开关位置闪烁，功率表及电压电流表指示为0，同时励磁电流电压迅速下降至0，若灭磁开关没动作，则交流电压不足，励磁电压电流有指示。此时，需要将断路器切至停用位置，复归音响，并向汽机发出“已跳闸”信号。此外，还需检查发生了何种保护动作，若是外部保护动作，则对发电机做一般检查，外部故障消除后便可升压并列；若发电机变压器组内部故障保护动作，则应对发电机变压器组做详细检查，排除故障，必要时做电气试验合格后方可启动；若是人员误碰引起，可重新升压并列。

2.3 系统短路事故造成发电机异常

出现这种事故时，发电机电压电流晃动，励磁电流急增，并且发电机声音加大，短路故障到一定时间后，过负荷将发出信号。当发现短路故障后，应尽快找出故障线路，如故障线路因某种原因保护未动作，而电流超过保护定值却未跳时，则要手动拉开故障线路开关。自动励磁在3 min内不应解列，在3 min后，可手动解列发电机断路器。在并列运行的其他发电机无明显故障特征时，则可判断本发电机故障或6 k V母线系统故障，则立即解列本发电机断路器。此外，若系统发生瞬时故障，发电机强励动作，并有剧烈的冲击声，此时应对发电机全面检查振动和其他异常现象。故障消除后，查发电机各部分运行是否正常。

2.4 发电机内部故障

发电机由于内部故障的保护装置动作而引起跳闸时，应对发电机及各有关设备（如母线桥、电缆、电气连接组件等）首先进行详细的外部检查，测量线卷的绝缘电阻，同时查明有无外部故障象征（烟、味、烧伤处、响声等），以判明发电机有无损坏。如果检查发电机和有关设备并未发现故障，并且在断路器跳闸时其他各有关设备表计指示正常，则可请示领导同意后零起升压进行检查，升压如发现有不正常现象，应立即将磁场电阻调至最大，停机检查处理，若升压正常，可将发电机并入系统。

2.5 发电机着火

发电机着火时必须立即关闭发电机的补助风门，并用二氧化碳灭火。需要注意的是，发电机转数应保持在额定转数的10%左右，不可停止。

3 结语

在电厂的日常运行管理中，应尽可能保持同步发电机额定运行，从而实现系统的安全可靠以及低损耗。但在实际运行中，同步发电机常因振动、发热、电晕等各种机械力和电磁力的作用而发生故障，值班人员除了要熟悉各种故障的类型及产生原因外，还需对处理方法熟练掌握，以确保在发电机发生故障时能够快速加以解决，从而保证发电厂的正常运行。

［1］郭俊杰，郑有程.浅析火电厂发电机的维护［J］.科技创新导报，2012（6）

［2］雒孟康.状态检测技术在电厂设备管理中的应用［J］.甘肃科技，2009（13）

［3］谭兴强，张进，杨余彪.电气运行及事故处理［M］.北京：化工工业出版社，2012

［4］谢淑波.同步发电机运行中常见故障分析［J］.煤炭技术，2002（11）