水利水电机械论文水利水电施工设备论文

1、水利水电机械论文水利水电施工设备论文小型水轮发电机不对称运行的原因影响及处理方法摘要：通过对一台小型低压水轮发电机不对称运行的故障处理，分析了不对称运行的原因是负荷不平衡，线路和变压器等输变电设备三相阻抗不相等或发生不对称短路，水电站接地电阻不合格等；主要影响是发电机产生损耗、温升，电能质量下降，使发电产生电磁振动等；并针对产生不对称运行的原因和影响提出了处理方法。关键词：水轮发电机 不对称运行 电流 三相电流 负序电流 旋转磁场振动温升笔者所在单位有一台投产于上世纪70年代的水轮发电机，型号：wj-125/6，额定电压：400v，额定电流：225a。在运行过程中出现过三相电流严重不平衡的现象

2、，最严重时三相电流之差达80a，电流差达额定电流的36%，远远超过规程20%的规定，发电机中性线电流偏大，机组出力下降，振动特别厉害，严重影响机组设备的安全运行。为了排除这一故障，保证机组安全稳定地运行，我站技术人员对这一现象产生的原因、危害进行了分析，并针对具体情况采取措施，最后解决了这一问题。现总结如下，供大家参考：1 发电机发生不对称运行的主要原因本水电站低压机组的运行方式：经升压变压器后通过10kv侧与电网并列，并同时直接由低压侧（即发电机的出线电压0.4kv）承载一定数量的自供区负荷。发电机发生不对称运行的主要原因有以下几种：自供区负荷的不平衡，例如三相负荷分配不均，大容量的单相负载

3、比重大，造成运行中三相负荷投（切）不均匀程度增加；水电站接地系统阻值过高不满足运行要求；输电线路三相导线的阻抗值不相等（如三相导线的材质或线径不一致，导线的接头过多且集中在其中某一相中）；电源经变压器升压后的并网断路器或发电机本身的并网断路器，在操作中三相不同步或运行中某相接触不良；变压器在运行过程中出现三相阻抗不平衡；输电线路发生不对称短路（如单相接地）；输电线路或其它电气设备一次回路断线等。以上情况都会造成发电机处于不对称工况下运行。2 不对称运行对发电机组的影响水轮发电机是根据三相电流平衡对称的情况下，长期运行设计制造的。当三相电流对称时，由它们合成产生的定子旋转磁场与转子磁场是同方向同

4、速度旋转的，因此定子旋转磁场和转子旋转处于相对静止，定子旋转磁场的磁力线不会切割到转子。当三相电流不对称时，根据对称分量法，可以把不对称的三相电流分解成三个对称的电流，即正序、负序、零序三组分量。由于发电机是接成星形，零序电流不通（三相的零序分量同时指向中性点或背向中性点），所以只有正序和负序电流。根据三相对称电流能在三相绕组中产生旋转磁场的原理，正序电流将产生一个正序旋转磁场，它与转子磁场同向同速旋转；而负序电流将产生一个负序旋转磁场，它的旋转方向与转子转向相反，它对转子的相对速度，则是两倍同步转速，这是三相电流不对称时在发电机里出现的磁场变化情况。不对称运行对发电机的影响是使转子过热。定子

5、负序电流所产生的负序旋转磁场，对转子有两倍同步转速的相对速度，这个以两倍同步转速切割转子的旋转磁场，会在转子铁心的表面和槽楔，转子的阻尼绕组、激磁绕组，转子其他金属部件中感应两倍于工频的感应电流，这些电流使转子的铜耗增加，同时转子铁耗也增加，使转子温升提高。虽然水轮发电机转子本身就是一个大的风扇，通风条件较好，但因负序电流所引起的附加损耗和温升也是一个不可忽略的问题。不对称运行的另一个影响是发电机的运行效率和电能质量下降。发电机不对称运行产生的负序电流所引起的附加损耗，将使发电机的运行效率大为下降，出力减少。负序电流的存在，必将引起发电机电流和电压的波形发生畸变，畸变的波形会对电网和用户产生不

6、利影响，使电能质量大为下降。不对称运行时对发电机本身的主要危害是引起振动。机组振动根据干扰力的不同可分为水利振动、机械振动和电磁振动三类。不对称运行时引起的这种振动属电磁振动，这种振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生与转子磁路不对称有关。水轮发电机的转子都是采用凸极式结构，使其磁极的纵轴方向与横轴方向两者的气隙大小不一样，其磁阻也就不一样。当负序磁场对着转子纵轴附近时，因气隙小、磁阻力小，故磁力线就多，即转子与定子之间的作用力就大。当负序磁场对着转子横轴附近时，因气隙大、磁阻力大，故磁力线就少，即转子与定子之间的作用力就小。这样，不对称负载运行时，在定转子的气隙中，负序旋转磁场与转子之间的

7、作用力时大时小，产生交变电磁转矩，它同时作用在转子和定子机座上，就使发电机产生100z的振动，造成转子及定子机座的振动，而且还会产生出强烈的噪音，长时间的振动是一种非常有害的现象，影响机组使用寿命。过分的振动，会使焊缝开裂，零部件疲劳断裂飞出，严重地威胁机组的运行安全。对于水轮发电机，因其转子是凸极式，三相电流不平衡时，发热的影响和效率及电能质量的下降是次要的，振动是其主要危险。所以水轮发电机不对称负荷的限制，是由振动条件所决定的。发电机运行规程规定，水轮发电机三相电流之差，不得超过额定电流的20%，同时任何一相的电流，不得大于其额定值。水轮发电机组充许担负的负序电流不大于额定电流的12%。3

8、 不对称运行的处理方法防止发电机长时间出现负序电流，是确保发电机安全运行的重要措施。为了防止发电机在运行过程中长时间出现负序电流，则必须防止其长时间处于不对称负载下运行。所以，首先要做好的是水电站所承载的负荷均匀分配的问题，即必须做好自供区的三相负荷平均分配，保证三相负荷不平衡度在允许范围之内。对经变压器升压后输出电能的水电站，首先保证变压器和断路器本身的三相阻抗平衡，并应改用高压或低压断路器控制发电机变压器的投（切），防止用高压侧跌落保险进行负荷投（切），以提高三相同步投（切）的程度。架设输电线路时（特别是发电机出线及变压器联接线），各相导线必须采用同材质、同截面积的导线，并满足热稳定及动稳

9、定的要求。线路中导线的接头，应设法均匀分布在各相之中，不应全部集中在其中某一相上。保证线路的三相阻抗平衡，确保线路的质量和绝缘水平。加强对线路的日常运行管理及维护，减少线路在运行中发生单相断线、单相接地、两相短路等故障和事故。一旦发生不对称运行的故障或事故，应尽早发现并及时排除。当然，要求水电站低压发电机（特别是带有近区负荷的情况下）处于完全对称平衡的工况下运行是难以实现的，但是满足以下几条要求是可以做到的：机械振动不得超过允许值；发电机转子的任何一点温度不得超过允许值；任何一相定子电流均不得超过其额定值；三相电流之差，最大不得超过其额定值的20。在分析了产生电流不平衡的原因、影响和处理方法后，对我站该机组所承载的近区负荷进行重新分配，最大限度地保证三相负荷的平衡；对发电机和变压器的接地系统进行处理，使接地电阻达到4欧姆以下；对发电机出线进行更换，使用四根同材质同截面积的电缆；对升压变压器进行吊芯处理（之前的检查中发现变压器三相直流电阻不平衡），使变压器的三相直流电阻达到平衡。经过处理以后，该机组的三相电流基本平衡，三相不平衡电流控制在5%以内，达到了