國 平

（山東兗礦集團(tuán)南屯電廠，山東 濟(jì)寧273515）

0 引言

目前，以大容量和超臨界技術(shù)為特征的火力發(fā)電機(jī)組被廣泛采用，這對火力發(fā)電設(shè)備的制造和運(yùn)行水平都提出了更高的要求，生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)人員也面臨更新知識從而提高整個(gè)系統(tǒng)管理水平的問題。火力發(fā)電廠的眾多電氣設(shè)備中，發(fā)電機(jī)無疑是最重要的設(shè)備之一，其能否安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到電廠能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，火電廠發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境較差，受粉塵、有害氣體等侵蝕嚴(yán)重，且各設(shè)備間存在一定的配合邏輯，故一旦某種設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障，則很可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停運(yùn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷應(yīng)用，發(fā)電機(jī)的各方面性能及在線監(jiān)測都得到了全面的優(yōu)化，然而在高速、高溫、振動(dòng)以及內(nèi)部各種因素的影響下，發(fā)電機(jī)仍然會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。因此，本文對火力發(fā)電廠同步發(fā)電機(jī)的日常運(yùn)行及常見的事故處理進(jìn)行探討，以期為提高火電廠的安全運(yùn)行水平提供一定借鑒。

1 火電廠同步發(fā)電機(jī)的日常運(yùn)行

與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，在各項(xiàng)電壓和電流都對稱的條件下運(yùn)行時(shí)，具有損耗小、效率高、轉(zhuǎn)矩均勻等較好的性能，所以應(yīng)盡可能保持發(fā)電機(jī)在正常方式下運(yùn)行。下面，筆者對同步發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限進(jìn)行討論。

圖1為同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行極限圖，又稱功率圖，它對運(yùn)行人員按允許負(fù)荷運(yùn)行、保障機(jī)組安全有很大幫助。以不飽和的穩(wěn)極機(jī)為例，把相量圖中的各電壓相量除以Xd，并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，可得電流相量三角形OCM。圖1中，U／Xd＝Ik是空載勵(lì)磁電流Ie0作用下穩(wěn)態(tài)短路的定子電流；Ea／Xd＝I′e是在負(fù)荷勵(lì)磁電流I′e作用下穩(wěn)態(tài)短路的定子電流；當(dāng)定子電流為額定值時(shí)相應(yīng)的勵(lì)磁電流為IeN。過O點(diǎn)做一條垂直于橫坐標(biāo)的射線OU表示發(fā)電機(jī)端的電壓方向，電流I和OU的夾角就是功率因數(shù)角。因此，圖1不僅表示了定子電流和勵(lì)磁電流的關(guān)系，而且用電流相量OC在以O(shè)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中縱坐標(biāo)軸和橫坐標(biāo)軸上的投影來表示有功P和無功Q。

下面討論cosφ變化時(shí)對出力的限制和產(chǎn)生影響的條件。

1.1 轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱

在保持電壓U和電流I不變的情況下，發(fā)電機(jī)負(fù)荷的功率因數(shù)降低，意味著Ie＞IeN，轉(zhuǎn)子將過熱。從這點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)cosφ＜cosφN時(shí)，其運(yùn)行極限由勵(lì)磁電流決定，最大允許勵(lì)磁電流為IeN，因此以M為圓心，MC為半徑所畫的圓弧CD就是轉(zhuǎn)子過熱的極限。

1.2 定子發(fā)熱

圖1 具有均勻氣隙的穩(wěn)極機(jī)安全運(yùn)行極限

同樣，定子繞組的發(fā)熱由定子電流來決定。為了防止定子繞組過熱，在運(yùn)行時(shí)不允許連續(xù)過負(fù)荷運(yùn)行。這意味著最大定子電流為IN，所以以O(shè)為圓心，OC為半徑的圓弧CG就是定子發(fā)熱極限。

1.3 原動(dòng)機(jī)輸出功率極限

一般原動(dòng)機(jī)的額定功率稍大于或等于發(fā)電機(jī)的額定功率（忽略消耗）。為了保證運(yùn)行安全，發(fā)電機(jī)的功率不能大于原動(dòng)機(jī)的功率。圖1中線段GB等于原動(dòng)機(jī)的功率（略大于發(fā)電機(jī)額定功率），也就是防止原動(dòng)機(jī)過載的安全極限。

1.4 靜態(tài)穩(wěn)定極限

穩(wěn)極機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限的理論值是δ＝90°，因此，MH是理論上的靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行邊界。在突然過負(fù)荷時(shí)，為了維持發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際的靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行邊界應(yīng)留一定的余量。圖1中曲線BF是考慮了能承受0.1PN過負(fù)荷能力的實(shí)際靜穩(wěn)定極限。曲線BF作法如下：先在理論邊界上取一些點(diǎn)（如點(diǎn)1），然后保持勵(lì)磁電流不變，做圓弧12，再找出實(shí)際功率比理論功率低0.1PN的點(diǎn)的集合直線23，圓弧12和直線23的交點(diǎn)就在實(shí)際穩(wěn)定極限上。用這樣的方法將找到實(shí)際穩(wěn)定極限的所有點(diǎn)，連接這些點(diǎn)可得實(shí)際穩(wěn)定極限邊界。

據(jù)以上分析，用D、C、G、B、F點(diǎn)及其相應(yīng)曲線圍起來的面積，就是穩(wěn)極機(jī)安全運(yùn)行面積，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行只要落在這塊面積內(nèi)或邊界上均能穩(wěn)定。實(shí)際上如果再考慮電力系統(tǒng)電抗的影響，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以及短路比等的影響，靜穩(wěn)態(tài)限制線會(huì)更復(fù)雜、更小。

此外，除了額定運(yùn)行方式外，同步發(fā)電機(jī)還有可能處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機(jī)的部分參量可能出現(xiàn)異常。如過負(fù)荷、異步運(yùn)行、不對稱運(yùn)行等，非正常運(yùn)行屬于只容許短時(shí)運(yùn)行的工作狀態(tài)，在此不作具體討論。

2 火電廠同步發(fā)電機(jī)的常見事故處理

2.1 主汽門關(guān)閉變成同步電動(dòng)機(jī)

主汽門關(guān)閉變成同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功功率指示將變?yōu)?甚至負(fù)值，相反無功功率指示將升高，此外定子電流降低，但勵(lì)磁電流電壓及交流電壓接近正常。此時(shí)要根據(jù)是否有“機(jī)器危險(xiǎn)”的信號來分情況處理：若無“機(jī)器危險(xiǎn)”信號來，不必將發(fā)電機(jī)解列，但需要立即與相關(guān)人員聯(lián)系，升有功負(fù)荷；若汽機(jī)發(fā)出“機(jī)器危險(xiǎn)”的信號，則必須立即解列發(fā)電機(jī)，并關(guān)斷斷路器。

2.2 發(fā)電機(jī)主斷路器自動(dòng)跳閘

當(dāng)發(fā)電機(jī)主斷路器自動(dòng)跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)本身可能出現(xiàn)異常響動(dòng)，并發(fā)出音響信號，開關(guān)位置閃爍，功率表及電壓電流表指示為0，同時(shí)勵(lì)磁電流電壓迅速下降至0，若滅磁開關(guān)沒動(dòng)作，則交流電壓不足，勵(lì)磁電壓電流有指示。此時(shí)，需要將斷路器切至停用位置，復(fù)歸音響，并向汽機(jī)發(fā)出“已跳閘”信號。此外，還需檢查發(fā)生了何種保護(hù)動(dòng)作，若是外部保護(hù)動(dòng)作，則對發(fā)電機(jī)做一般檢查，外部故障消除后便可升壓并列；若發(fā)電機(jī)變壓器組內(nèi)部故障保護(hù)動(dòng)作，則應(yīng)對發(fā)電機(jī)變壓器組做詳細(xì)檢查，排除故障，必要時(shí)做電氣試驗(yàn)合格后方可啟動(dòng)；若是人員誤碰引起，可重新升壓并列。

2.3 系統(tǒng)短路事故造成發(fā)電機(jī)異常

出現(xiàn)這種事故時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓電流晃動(dòng)，勵(lì)磁電流急增，并且發(fā)電機(jī)聲音加大，短路故障到一定時(shí)間后，過負(fù)荷將發(fā)出信號。當(dāng)發(fā)現(xiàn)短路故障后，應(yīng)盡快找出故障線路，如故障線路因某種原因保護(hù)未動(dòng)作，而電流超過保護(hù)定值卻未跳時(shí)，則要手動(dòng)拉開故障線路開關(guān)。自動(dòng)勵(lì)磁在3 min內(nèi)不應(yīng)解列，在3 min后，可手動(dòng)解列發(fā)電機(jī)斷路器。在并列運(yùn)行的其他發(fā)電機(jī)無明顯故障特征時(shí)，則可判斷本發(fā)電機(jī)故障或6 k V母線系統(tǒng)故障，則立即解列本發(fā)電機(jī)斷路器。此外，若系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)故障，發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，并有劇烈的沖擊聲，此時(shí)應(yīng)對發(fā)電機(jī)全面檢查振動(dòng)和其他異常現(xiàn)象。故障消除后，查發(fā)電機(jī)各部分運(yùn)行是否正常。

2.4 發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障

發(fā)電機(jī)由于內(nèi)部故障的保護(hù)裝置動(dòng)作而引起跳閘時(shí)，應(yīng)對發(fā)電機(jī)及各有關(guān)設(shè)備（如母線橋、電纜、電氣連接組件等）首先進(jìn)行詳細(xì)的外部檢查，測量線卷的絕緣電阻，同時(shí)查明有無外部故障象征（煙、味、燒傷處、響聲等），以判明發(fā)電機(jī)有無損壞。如果檢查發(fā)電機(jī)和有關(guān)設(shè)備并未發(fā)現(xiàn)故障，并且在斷路器跳閘時(shí)其他各有關(guān)設(shè)備表計(jì)指示正常，則可請示領(lǐng)導(dǎo)同意后零起升壓進(jìn)行檢查，升壓如發(fā)現(xiàn)有不正?，F(xiàn)象，應(yīng)立即將磁場電阻調(diào)至最大，停機(jī)檢查處理，若升壓正常，可將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。

2.5 發(fā)電機(jī)著火

發(fā)電機(jī)著火時(shí)必須立即關(guān)閉發(fā)電機(jī)的補(bǔ)助風(fēng)門，并用二氧化碳滅火。需要注意的是，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)保持在額定轉(zhuǎn)數(shù)的10%左右，不可停止。

3 結(jié)語

在電廠的日常運(yùn)行管理中，應(yīng)盡可能保持同步發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全可靠以及低損耗。但在實(shí)際運(yùn)行中，同步發(fā)電機(jī)常因振動(dòng)、發(fā)熱、電暈等各種機(jī)械力和電磁力的作用而發(fā)生故障，值班人員除了要熟悉各種故障的類型及產(chǎn)生原因外，還需對處理方法熟練掌握，以確保在發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)能夠快速加以解決，從而保證發(fā)電廠的正常運(yùn)行。

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