水利水電機械論文水利水電施工設備論文

1、水利水電機械論文水利水電施工設備論文小型水輪發(fā)電機不對稱運行的原因影響及處理方法摘要：通過對一臺小型低壓水輪發(fā)電機不對稱運行的故障處理，分析了不對稱運行的原因是負荷不平衡，線路和變壓器等輸變電設備三相阻抗不相等或發(fā)生不對稱短路，水電站接地電阻不合格等；主要影響是發(fā)電機產生損耗、溫升，電能質量下降，使發(fā)電產生電磁振動等；并針對產生不對稱運行的原因和影響提出了處理方法。關鍵詞：水輪發(fā)電機 不對稱運行 電流 三相電流 負序電流 旋轉磁場振動溫升筆者所在單位有一臺投產于上世紀70年代的水輪發(fā)電機，型號：wj-125/6，額定電壓：400v，額定電流：225a。在運行過程中出現(xiàn)過三相電流嚴重不平衡的現(xiàn)象

2、，最嚴重時三相電流之差達80a，電流差達額定電流的36%，遠遠超過規(guī)程20%的規(guī)定，發(fā)電機中性線電流偏大，機組出力下降，振動特別厲害，嚴重影響機組設備的安全運行。為了排除這一故障，保證機組安全穩(wěn)定地運行，我站技術人員對這一現(xiàn)象產生的原因、危害進行了分析，并針對具體情況采取措施，最后解決了這一問題?，F(xiàn)總結如下，供大家參考：1 發(fā)電機發(fā)生不對稱運行的主要原因本水電站低壓機組的運行方式：經升壓變壓器后通過10kv側與電網并列，并同時直接由低壓側（即發(fā)電機的出線電壓0.4kv）承載一定數量的自供區(qū)負荷。發(fā)電機發(fā)生不對稱運行的主要原因有以下幾種：自供區(qū)負荷的不平衡，例如三相負荷分配不均，大容量的單相負載

3、比重大，造成運行中三相負荷投（切）不均勻程度增加；水電站接地系統(tǒng)阻值過高不滿足運行要求；輸電線路三相導線的阻抗值不相等（如三相導線的材質或線徑不一致，導線的接頭過多且集中在其中某一相中）；電源經變壓器升壓后的并網斷路器或發(fā)電機本身的并網斷路器，在操作中三相不同步或運行中某相接觸不良；變壓器在運行過程中出現(xiàn)三相阻抗不平衡；輸電線路發(fā)生不對稱短路（如單相接地）；輸電線路或其它電氣設備一次回路斷線等。以上情況都會造成發(fā)電機處于不對稱工況下運行。2 不對稱運行對發(fā)電機組的影響水輪發(fā)電機是根據三相電流平衡對稱的情況下，長期運行設計制造的。當三相電流對稱時，由它們合成產生的定子旋轉磁場與轉子磁場是同方向同

4、速度旋轉的，因此定子旋轉磁場和轉子旋轉處于相對靜止，定子旋轉磁場的磁力線不會切割到轉子。當三相電流不對稱時，根據對稱分量法，可以把不對稱的三相電流分解成三個對稱的電流，即正序、負序、零序三組分量。由于發(fā)電機是接成星形，零序電流不通（三相的零序分量同時指向中性點或背向中性點），所以只有正序和負序電流。根據三相對稱電流能在三相繞組中產生旋轉磁場的原理，正序電流將產生一個正序旋轉磁場，它與轉子磁場同向同速旋轉；而負序電流將產生一個負序旋轉磁場，它的旋轉方向與轉子轉向相反，它對轉子的相對速度，則是兩倍同步轉速，這是三相電流不對稱時在發(fā)電機里出現(xiàn)的磁場變化情況。不對稱運行對發(fā)電機的影響是使轉子過熱。定子

5、負序電流所產生的負序旋轉磁場，對轉子有兩倍同步轉速的相對速度，這個以兩倍同步轉速切割轉子的旋轉磁場，會在轉子鐵心的表面和槽楔，轉子的阻尼繞組、激磁繞組，轉子其他金屬部件中感應兩倍于工頻的感應電流，這些電流使轉子的銅耗增加，同時轉子鐵耗也增加，使轉子溫升提高。雖然水輪發(fā)電機轉子本身就是一個大的風扇，通風條件較好，但因負序電流所引起的附加損耗和溫升也是一個不可忽略的問題。不對稱運行的另一個影響是發(fā)電機的運行效率和電能質量下降。發(fā)電機不對稱運行產生的負序電流所引起的附加損耗，將使發(fā)電機的運行效率大為下降，出力減少。負序電流的存在，必將引起發(fā)電機電流和電壓的波形發(fā)生畸變，畸變的波形會對電網和用戶產生不

6、利影響，使電能質量大為下降。不對稱運行時對發(fā)電機本身的主要危害是引起振動。機組振動根據干擾力的不同可分為水利振動、機械振動和電磁振動三類。不對稱運行時引起的這種振動屬電磁振動，這種振動是由脈動力矩造成的，而脈動力矩的產生與轉子磁路不對稱有關。水輪發(fā)電機的轉子都是采用凸極式結構，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。當負序磁場對著轉子縱軸附近時，因氣隙小、磁阻力小，故磁力線就多，即轉子與定子之間的作用力就大。當負序磁場對著轉子橫軸附近時，因氣隙大、磁阻力大，故磁力線就少，即轉子與定子之間的作用力就小。這樣，不對稱負載運行時，在定轉子的氣隙中，負序旋轉磁場與轉子之間的

7、作用力時大時小，產生交變電磁轉矩，它同時作用在轉子和定子機座上，就使發(fā)電機產生100z的振動，造成轉子及定子機座的振動，而且還會產生出強烈的噪音，長時間的振動是一種非常有害的現(xiàn)象，影響機組使用壽命。過分的振動，會使焊縫開裂，零部件疲勞斷裂飛出，嚴重地威脅機組的運行安全。對于水輪發(fā)電機，因其轉子是凸極式，三相電流不平衡時，發(fā)熱的影響和效率及電能質量的下降是次要的，振動是其主要危險。所以水輪發(fā)電機不對稱負荷的限制，是由振動條件所決定的。發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定，水輪發(fā)電機三相電流之差，不得超過額定電流的20%，同時任何一相的電流，不得大于其額定值。水輪發(fā)電機組充許擔負的負序電流不大于額定電流的12%。3

8、 不對稱運行的處理方法防止發(fā)電機長時間出現(xiàn)負序電流，是確保發(fā)電機安全運行的重要措施。為了防止發(fā)電機在運行過程中長時間出現(xiàn)負序電流，則必須防止其長時間處于不對稱負載下運行。所以，首先要做好的是水電站所承載的負荷均勻分配的問題，即必須做好自供區(qū)的三相負荷平均分配，保證三相負荷不平衡度在允許范圍之內。對經變壓器升壓后輸出電能的水電站，首先保證變壓器和斷路器本身的三相阻抗平衡，并應改用高壓或低壓斷路器控制發(fā)電機變壓器的投（切），防止用高壓側跌落保險進行負荷投（切），以提高三相同步投（切）的程度。架設輸電線路時（特別是發(fā)電機出線及變壓器聯(lián)接線），各相導線必須采用同材質、同截面積的導線，并滿足熱穩(wěn)定及動穩(wěn)

9、定的要求。線路中導線的接頭，應設法均勻分布在各相之中，不應全部集中在其中某一相上。保證線路的三相阻抗平衡，確保線路的質量和絕緣水平。加強對線路的日常運行管理及維護，減少線路在運行中發(fā)生單相斷線、單相接地、兩相短路等故障和事故。一旦發(fā)生不對稱運行的故障或事故，應盡早發(fā)現(xiàn)并及時排除。當然，要求水電站低壓發(fā)電機（特別是帶有近區(qū)負荷的情況下）處于完全對稱平衡的工況下運行是難以實現(xiàn)的，但是滿足以下幾條要求是可以做到的：機械振動不得超過允許值；發(fā)電機轉子的任何一點溫度不得超過允許值；任何一相定子電流均不得超過其額定值；三相電流之差，最大不得超過其額定值的20。在分析了產生電流不平衡的原因、影響和處理方法后，對我站該機組所承載的近區(qū)負荷進行重新分配，最大限度地保證三相負荷的平衡；對發(fā)電機和變壓器的接地系統(tǒng)進行處理，使接地電阻達到4歐姆以下；對發(fā)電機出線進行更換，使用四根同材質同截面積的電纜；對升壓變壓器進行吊芯處理（之前的檢查中發(fā)現(xiàn)變壓器三相直流電阻不平衡），使變壓器的三相直流電阻達到平衡。經過處理以后，該機組的三相電流基本平衡，三相不平衡電流控制在5%以內，達到了