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小議農(nóng)村水電站發(fā)電機不對稱運行的危害

  
評論: 更新日期:2009年04月15日
 不少農(nóng)村水電站的運行管理人員對發(fā)電機不對稱運行的危害性認(rèn)識不足,因而對此往往不夠重視。為了引起農(nóng)村水電站運行人員對該問題的重視,筆者談點意見供參考。

1 發(fā)電機發(fā)生不對稱運行的主要原因

 農(nóng)村水電站的運行方式一般都是一方面與縣電網(wǎng)并列運行,另一方面承載有一定數(shù)量的自供區(qū)負(fù)荷。若自供區(qū)負(fù)荷不平衡,例如三相負(fù)荷分配不均勻,大容量的單相負(fù)荷比重大,造成運行中三相負(fù)荷投(切)不均勻程度增加;輸電線路發(fā)生不對稱短路(如單相接地或兩相短路);電源由變壓器升壓后的主控斷路器或發(fā)電機本身的主控斷路器,在操作或運行中三相動作不同步或某相接觸不良;輸電線路三相導(dǎo)線的阻抗值不相同(如導(dǎo)線的接頭過多且集中在某一相中,三相導(dǎo)線的材質(zhì)或線徑不一致)等,都會造成發(fā)電機處在不對稱工況下運行。

2 不對稱運行對發(fā)電機的危害

 眾所周知,發(fā)電機是根據(jù)三相電流平衡對稱的工況下長期運行的原則設(shè)計制造的。當(dāng)三相電流對稱時,其所合成的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子是同方向且轉(zhuǎn)速相等的,即旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子來說是靜止的,旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線不會切割到轉(zhuǎn)子。當(dāng)三相電流不對稱時,即在發(fā)電機中會有正序、負(fù)序、零序三組對稱分量電流產(chǎn)生,其值疊加后可能促使發(fā)電機的相電流超出額定值,因而加大了發(fā)電機的溫升值。另外,正、負(fù)序電流分量都會在發(fā)電機三相繞組中合成旋轉(zhuǎn)磁場。正序電流分量產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場,它與轉(zhuǎn)子以同方向、同速度旋轉(zhuǎn)。而負(fù)序電流分量產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,其旋轉(zhuǎn)方向正好與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反,所以從宏觀的角度上看,其轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)子的速度來說則是2倍的同步轉(zhuǎn)速。這個以2倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場,會在轉(zhuǎn)子鐵心的表面、槽楔、轉(zhuǎn)子繞組以及轉(zhuǎn)子其他金屬部件中感應(yīng)產(chǎn)生2倍于工頻的電流,所以其集膚效應(yīng)很強,將使轉(zhuǎn)子表面的附加損耗急劇增加(該損耗值的大小近似地與負(fù)序電流值的平方成正比),這將促使轉(zhuǎn)子溫升急劇升高。另外,因為水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子都是采取凸極式結(jié)構(gòu),使其磁極的縱軸方向與橫軸方向兩者的氣隙大小不一樣,其磁阻也就不一樣,則當(dāng)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場對著轉(zhuǎn)子橫軸附近時,因其氣隙大則其磁阻也大,故磁力線就少,即轉(zhuǎn)子與定子之間的作用力也就小。當(dāng)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場對著轉(zhuǎn)子縱軸附近時,因其氣隙小則其磁阻也小,故磁力線就多,即轉(zhuǎn)子與定子之間的作用力也就大。這樣,負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的作用力時小時大,就形成一個以2倍于工頻的交變脈動力矩,這個脈動力矩作用在轉(zhuǎn)子軸和定子機座上,就使發(fā)電機產(chǎn)生100 Hz的振動,隨之還會伴生出強烈的噪音,長時間的振動會造成發(fā)電機的金屬材料出現(xiàn)疲勞損傷和機械損傷。對轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機來說,因其抗振能力差而其所遭受的振動力矩又很大,所以振動容易使其產(chǎn)生斷裂、器件松動等而造成對發(fā)電機的破壞。
 在發(fā)電機運行過程中若有負(fù)序電流存在時,必將會引起發(fā)電機電流和電壓的波形發(fā)生畸變,這樣就會使電能質(zhì)量大為下降。再就是由于負(fù)序電流所引起的附加損耗劇增,將使發(fā)電機的運行效率大為下降。另外,當(dāng)發(fā)電機處在不對稱工況運行時,若發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組回路發(fā)生斷線故障,則可能引起在勵磁回路中出現(xiàn)很高的電位,對發(fā)電機的安全造成威脅。

3 防止措施

防止發(fā)電機長時間出現(xiàn)負(fù)序電流,是確保發(fā)電機安全運行的又一重要措施,我們必須給予足夠的重視。要防止發(fā)電機在運行中長時間出現(xiàn)負(fù)序電流,則必須防止其長時間處在不對稱工況下運行。所以,首先要做好的是電站所承載的負(fù)荷如何均勻分配的問題,即必須認(rèn)真做好自供區(qū)的負(fù)荷三相平衡分配,盡量避免不平衡度超出允許值的現(xiàn)象發(fā)生。
 架設(shè)輸電線路時,三相導(dǎo)線必須采用同材質(zhì)、同截面積的導(dǎo)線(對380/220 V供電系統(tǒng),最好4根導(dǎo)線都采用同材質(zhì)、同截面積的導(dǎo)線)。線路中導(dǎo)線的接頭,應(yīng)設(shè)法均勻分布在三相導(dǎo)線之中,不應(yīng)全部集中在某一相上。認(rèn)真做好線路器材(如絕緣子等)的選購、檢測及安裝工作,提高線路的架設(shè)質(zhì)量,確保線路具有必須具備的絕緣水平。
 加強對線路的運行管理,杜絕、防止、減少線路在運行中發(fā)生單相接地、兩相短路事故。一旦發(fā)生以上不對稱短路事故,能夠盡早發(fā)現(xiàn)及時排除。
 對經(jīng)變壓器升壓后輸出電能的農(nóng)村水電站,盡量少用跌落式熔斷器作為其投(切)操作之用,應(yīng)改用高壓斷路器控制發(fā)電機—變壓器的投(切),以提高三相同步投(切)的程度。
 當(dāng)然,要求農(nóng)村水電站發(fā)電機處在完全對稱平衡的工況下運行也是難以實現(xiàn)的,但滿足如下幾條原則是可以做到的:發(fā)電機轉(zhuǎn)子的任何一點溫度不得超過允許值;機械振動不得超過允許值;任何一相定子電流均不得超過其額定值。為此,有關(guān)規(guī)程明文作出規(guī)定:水輪發(fā)電機三相電流的不平衡程度必須滿足;三相電流之差,最大不得超過其額定值的20%。
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