发电机的A值以及实用计算

乔乐侠

摘 要：随着科技的进步，电气设备的装备水平及保护水平不断提高，因此，发电机发生暂态不对称故障的几率越来越低，这样反而使广大电气运行技术人员对发电机非全相运行时，负序电流对转子危害的认识严重不足。文章首先澄清发电机A值的概念，帮助电气运行技术人员提高对发电机负序电流危害的认识，然后通过实例计算，给电气运行技术人员解决实际问题提供参考依据。

关键词：暂态不对称故障；负序电流；倍频电流；集肤效应；转子表面发热；发电机A值

中图分类号：TM31 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0099-02

1 发电机A值的概念

众所周知，大型同步发电机是根据三相定子电流对称情况下长期运行所设计制造的，三相电流对称时，它们所合成的定子旋转磁场与发电机的转子磁场转向相同，转速相同，即发电机的定子旋转磁场和发电机的转子相对静止，发电机转子线圈不会切割定子旋转磁场的磁力线。

但现实运行中，由于电网三相负荷可能出现不平衡，或者发生不对称短路故障等，都有可能使发电机处于不对称运行状态，根据“对称分量法”，又可以将发电机三相定子线圈中流过的不对称电流分解为正序电流和负序电流（由于大型发电机中性点一般情况下经高阻抗接地或者不接地，因此不考虑零序电流）。正序电流将合成一个正序旋转磁场，与发电机转子的转动同方向、同转速；负序电流将合成一个负序旋转磁场，与发电机转子的转动反方向，因此，负序旋转磁场的转速对发电机转子的相对转速则是2倍的同步转速。发电机负序磁场扫过发电机转子表面时，会在转子绕组中、转子铁芯的表面、槽楔等部件中感应出两倍于工频的电流，由于交流电的集肤效应，这个电流不能深入到转子深处，只能在转子表面流过，通过转子本體、转子护环、中心环等产生可观的涡流损耗，引起转子表面发热，甚至达到不能允许的程度。

发电机的不对称负荷分为稳态不对称负荷和暂态不对称负荷。当电网中出现了单相电力牵引负荷、单相或者多相整流负荷以及较大容量的单相电炉负荷时，系统三相负荷不平衡，导致的发电机三相电流不对称，叫做稳态不对称。当系统发生单相或两相不对称短路故障、发电机非全相运行时导致的发电机三相电流不对称，叫做暂态不对称。

发电机在稳态不对称和暂态不对称情况下，负序电流的允许值是不一样的。对发电机稳态不对称负荷的限制，主要由发热条件决定，在满足“转子体上任意一点温度不超过允许值；最大一相定子电流不超过额定值；机组振动不超过允许值”等条件情况下，由试验得出，表明发电机承担长期不对称过负荷的能力。发电机在非全相运行或者两相短路等情况下暂态不对称运行时，负序电流将会引起转子表面严重发热而烧损部件，因此，规定一个短时间（一般不超过100s）的负序电流允许值，用来衡量汽轮发电机承受暂态不对称故障的能力，即暂态负序电流允许水平，是很有必要的，可用暂态负序能量系数A来表示：

大型同步发电机在出厂时，一般情况下厂家均提供A值。实际运行中，如果发电机承受非全相运行或两相短路故障，只要计算出发电机在暂态不对称故障情况下的A值不大于生产厂家提供的允许值，即认为负序电流引起的发电机转子表面发热不严重，对发电机转子构不成威胁，发电机可以继续运行，如果计算出的A值大于生产厂家提供的允许值，则认为发电机负序电流引起的发电机转子表面发热已经相当严重，需要解体检查转子受热情况并根据检查情况决定发电机是否能够继续运行。

2 发电机A值的实用计算

随着科技的进步，大型同步发电机的保护越来越完善，越来越可靠，加上发电机出口断路器的性能越来越好，因此发电机因承受暂态不对称故障而损坏的几率越来越低，但由于大风、大雪、大雾等极端恶劣天气而造成的架空线路两相短路以及发电机出口断路器在特殊工况下的单相或两相闪络导通，发电机并不能完全避免暂态不对称故障。因此，在突遇发电机暂态不对称故障后，立即判断发电机的转子受损情况，以决定机组是否能够立即重新投入运行，显得十分重要。

下面以某电厂实际发生的发电机非全相运行事件为例，简要介绍发电机暂态不对称故障后，其A值的计算方法，供生产一线的广大工程技术人员参考。

2.1 事件大致经过

某电厂4号发电机系东方电机厂生产的QFSN-300-2-20型汽轮发电机，冷却方式为水氢氢，即：定子绕组（包括定子线圈，定子引线，定子出线）水内冷；转子绕组氢内冷，转子槽内部分采用气隙取气铣孔斜流氢内冷，转子绕组端部采用纵横两路铣槽氢内冷；定子铁芯及结构件采用氢气表面冷却。4号主变压器系保定变压器厂生产的SFP8-370000/220型三相双线圈、户外式、强迫油循环风冷、低损耗电力变压器，接线组别为Ynd11（Y/△-11）。发变组的接线方式如图1。

某年月日16时30分，电厂所在地区开始下中雪，东风2～3级。次日4时整，电网调度令4号机组启动，4号炉点火，5时45分，蒸汽参数达到冲转条件；4号汽轮机冲转，6时16分，4号汽轮机定速；6时24分，4号发电机“出口开关”恢复备用于220kV北母东段，6时30分进行4号发电机并网操作，4号发电机电压升至额定值20kV，大约30秒后，准备投入同期装置并网时，4号发电机B、C两相电流突升至6000A，A相电流为0，电流突升27毫秒后，4号发电机启动保护（定值1500A）动作，灭磁开关Q7、AVR1直流输出开关Q4、AVR2直流输出开关Q5跳闸，而后约19秒，网控220kVⅢ母（北母东段）差动动作，母线上所连接的220kV所有开关均跳闸，网控室值班人员发现4号发电机“出口开关”闪络。经事后检查，发现该开关C相均压电容闪络导通，均压电容表面闪络裂纹，电容内部绝缘油泄漏，电容两端金属体有放电痕迹，B相均压电容端部球表面有部分米粒大小的铝质熔渣。

通过此次事件，我们得到一个深刻的教训：当发电机出口开关本体上有积雪时，严禁进行发电机并网操作，应将积雪清理干净后再进行并网操作。

2.2 各参数的界定

2.4 发电机A值的计算

2.5 结论

某电厂4号发电机系东方电机厂生产的300MW级发电机，厂家提供的A值数据是：不对称故障时，A≤10s。

此次故障，计算A值为2.311s，小于厂家提供的允许值10s。

由此判断：4号发电机此次因非全相运行而导致的暂态不对称故障，负序电流对发电机转子不会构成损坏，发电机组可以随即并网运行。

参考文献：

[1]李光琦.电力系统暂态分析（第二版）[D].西安交通大学，2002，6.

[2]山西省电力工业局.电气设备运行技术（试用本）[S].1985，7.endprint