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1 发电机非全相运行原因分析

1.1所谓发电机的缺相主要是由于线路断线造成不对称运行，这时在定子绕组中有负序电流，它产生的磁场对于转子是以2倍频率旋转，这种旋转磁场在转子本体、槽楔和护环感应出2倍频率的负序电流，该电流在这些部件上和各部件的接触处产生很大的附加损耗和温升，产生局部过热。负序电流过大将烧坏发电机转子齿部、槽楔和护环嵌装面烧熔和产生裂纹。

1.2发电机组采用发电机-变压器组扩大单元接线，这种接线方式最大优点是省掉了发电机出口保护用断路器，从而也省掉了相应的继电保护装置。当发生故障(如单相或两相故障)时，发电机断路器会很快动作并切除故障，有效地避免对发电机组的损害。相反，若没有发电机断路器，发电机会继续提供不平衡电流，直到灭磁过程完成。如果发电机组发生三相电流不平衡事故后，开关或保护拒绝动作，发电机定子线圈长时间流过负序电流，后果将不堪设想。

1.3发电机组三相电流不平衡运行的主要原因是，一次回路断线；电气二次回路或机械原因，致使断路器一相或两相断不开；定子回路断线。

2 对发电机组的影响

2.1转子发热条件的考虑

对于汽轮发电机而言，其承受负序电流的能力主要取决于转子的负序附加发热。

设负序电流标幺值为I₂,转子表面的电流密度为J_r,转子直径为D₂ (cm)，静子的内径为D₁(cm)，根据磁势平衡原理列出下式：

     K1₂I₂ΔπD1=J_rD₂πd.                  （式1）

式中    K1₂—静子转子间耦合系数，小于1；

d—转子表层深透度cm ；

J_r—转子表层电流密度A/c㎡；

Δ—静子额定线负荷A/cm  

Δ=每回路的安培*每槽的导线数*槽数*KpKd/D1π

其中   KpKd——节距系数*分布系数。

故       Jr=(K1₂D1/D₂)*(I₂Δ/d)         （式2）

按绝热温升过程，转子表面温升θ的表达式为

    θ=Prt/Cv=Jr²ρt/Cv       　　          （式3）

式中   Pt—转子负序损耗密度W/cm³；

           t—负序电流持续时间s；

           Cv—转子表层材料的比热J/cm³·℃；

           ρ—转子表层材料电阻系数Ω·cm 。

将（式2）代入（式3），得到

           θ=I₂²tρΔ²K²/Cvd²                (式4)

式中   K=K1₂D₁/D₂约为0.95（考虑了气隙磁场分量）。

在式4中，对于某台发电机组，ρ、Δ、Cv 、及d 诸值均为一定，而允许温升θ有一限制值，因此由（式4）可导出如下允许承受负序电流的判据式：

            I₂²t=A  

由上式可知负序电流值越大，持续的时间越长，在转子表面的发热量A也就越大，而发电机静子额定负荷Δ数值随机组容量的增大而增大，同时正常运行时，由于气隙高次谐波所引起的转子表面损耗也随机组容量增大而增大。当发生发电机非全相运行时，由上式可知，转子表面发热与负序电流的平方成正比，与持续时间成正比。

负序电流会引起发电机转子局部过热，其耐受能力由式I₂²t=A表示，图1为I₂²t=A发电机允许负序电流曲线，非全相运行引起负序过流保护应在这条曲线以下动作。由图1可知负序电流值越大要求其时间越短。

图一

2.2　负序电流所产生阻力矩的考虑

发电机正常运行时，静子旋转磁场与转子磁场大小相等转向一致即所谓的同步，转子承受两个力矩（若不计摩擦），由能量守恒定律知电磁力矩Me与原动机力矩MT相等即Me=MT，且方向相反，这样发电机转子才能维持匀速旋转。从空间上讲，转子按顺时针（即正序）方向旋转。当发生发电机非全相运行事故时，正序分量所占的比重将严重下降，取而代之的是负序分量占相当大的比重。我们知道，负序电流所产生的旋转磁场的方向与正序电流所产生的旋转磁场方向相反即按逆时针旋转，在灭磁开关未断开的情况下，通电的转子线圈必然会受到一个逆时针方向的力矩即阻力矩，而原动机汽轮机所传至大轴上的顺时针方向力矩不变，既使汽轮机主汽门已经关闭，由于惯性作用，大轴将维持顺时针高速旋转，而负序磁场作用使发电机转子逆时针旋转，则在整个大轴不同段上同时作用两个不同方向的力矩，此时Me就不再等于MT即Me≠MT，那么就会发生断轴事故。

3 发电机并网线路缺相运行的的判断和处理

3.1 非全相运行的判断：

3.1.1 三相电压平衡，进线发“CT断线告警”，同时并网于该进线的发电机三相电流差较大（在按额定负荷连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，不得超过额定值的10%，同时任何一相的电流不得大于额定值），负序电流指示值也有明显增大。

3.1.2 造成发电机的振动和发热。

3.1.3 上级变电站对应出线缺相电流指示为零。

4.2 处理方法：

4.2.1 立即计算出出线负荷数值，调整发电机有功负荷，尽量使发电机有功负荷与所带出线负荷相近或相等。最大限度的减少因负荷相差较大造成的不平衡电流，以保持发电机不平衡电流在允许值以下。

4.2.2 如发电机并网条件许可，可选择使用母联并网于另一条进线，断开该进线，观察进线带电指示灯指示状况，CT断线告警是否消失，并用相应电压等级验电笔确认。

4.2.3 如不具备并网于另一条线路的条件，严禁将发电机直接解列，以防止缺相对下一级负荷造成的烧毁电气设备的的恶性故障。可将该线路负荷转移后停发电机处理，转移负荷的过程要严密监视发电机的电流不平衡状况，随着负荷的转移逐步调整发电机的有功负荷，尽量使发电机有功负荷与所带出线负荷相近或相等，此时严密观察现场发电机的声音温度和振动，避免长时间缺相运行对发电机造成损伤。待发电机所带出现负荷全部转移后，发电机才可以与系统解列停机。

5结束语

发电机发生非全相运行是系统、机组都不允许的一种不对称运行，威胁到系统的稳定和机组的安全。只有弄清楚非全相运行的现象、产生原因和分析方法，在发电机发生非全相运行时及时、迅速、准确地处理，才能正确地加以处理，从而保证系统的稳定和机组的安全。

作者简介：

任伟卓，1998年出生，男，助理工程师，现从事电气专业技术工作。