发电机低励和失磁是常见的故障形式。造成低励、失磁的原因主要是励磁回路的部件发生故障、自动励磁调节装置发生故障以及操作不当或系统事故造成的。
发电机的转子失去励磁电流。发电机失磁后,引起发电机失步,将在转子的阻尼绕组、转子表面、转子绕组中产生差频电流,引起附加温升,可能引起转子局部高温,产生严重过热现象,危及转子安全,其次,同步发电机异步运动,在定子绕组中将出现脉动电流,产生交变的机械力矩,使机组发生振动,影响发电机的安全。同时,定子电流增大,可能使定子绕组温度升高。
对各种失磁故障综合起来看,有以下几种形式:励磁绕组开路引起的失磁、励磁绕组短路引起的失磁、励磁绕组经失磁电阻(自同期电阻、异步电阻)引起的闭路失磁以及励磁绕组经电枢或整流器闭路失磁。不论是哪种形式,失磁的发电机将会过渡到异步运行,使转子出现转差、定子电流增大、定子电压降低、有功输出将下降。电气量的这些变化,在一定条件下,将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身安全。
失磁的危害主要表现在以下几个方面:
1、低励或失磁的发电机,从电力系统吸收无功功率,引起电力系统电压下降。若电压下降幅度太大,将可能会导致电力系统电压崩溃而瓦解。"
2、对于大型发电机组,在失磁后系统将要向其输送大量的无功电流,这将可能会引起电力系统的震荡。
3、失磁后,由于出现转差,在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗如果超出允许值,将使转子过热,特别是直接冷却高利用率的大型机组,其热容量的裕度相对降低,转子更易过热。而流过转子表层的差频电流,还可能在转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。
4、低励或失磁的发电机进入异步运行之后,由机端观测的发电机等效电抗降低,从电力系统中吸收的无功功率增大。低励或失磁前带的有功功率越大,转差就越大,等效电抗就越小,所吸收的无功功率就越大。因此,在重负荷下失磁进入异步运行后,若不采取措施,发电机将因过电流使定子过热。
5、对于直接冷却、高利用率的大型汽轮发电机,其平均异步转矩的最大值较小,惯性常数也相对降低,转子在纵轴和横轴方面也呈现较明显的不对称。由于这些原因,在重负荷下失磁后,这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。在这种情况下,将有很大的超过额定值的电磁转矩周期性变化,其最大值可能达到4%~5%,使发电机周期性地严重超速。这些情况都直接威胁着机组的安全。
6、低励或失磁运行时,定子端部漏磁增强,将使端部和边缘铁芯过热,实际上,这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。
为了彻底消除发电机失磁故障给系统可能造成的严重后果,首先必须使系统中每台机组的单机容量小于系统总容量的5~7%。单机容量过大将形成十分为难的局面:切除失磁机组,系统将因有功功率不足而崩溃;不切失磁机组,系统将因无功功率不足而崩溃。其次,所有发电机组的励磁调节器不应随意停用,值班人员不应在发生失磁故障时减少非失磁机组的励磁。失磁保护只是防范失磁故障扩大和检测失磁机组的最后防线。