1、發(fā)電機的負序能力分析和提高措施河南省XX市熱電廠（457000）韋XX摘要：負序能力是發(fā)電機的重要性能指標之一，直接關系到電力系統(tǒng)和發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行。本文對發(fā)電機負序電流的簡易計算、危害、確定因素及防范措施等進行了分析，提供了一些有效的提高負序能力的技術措施。通過這些措施的落實，可以嚴防負序電流燒毀轉子，保證電力系統(tǒng)和發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行。關鍵詞：發(fā)電機負序能力穩(wěn)態(tài)負序能力暫態(tài)負序能力確定因素防范措施1概述當發(fā)電機三相負荷不對稱時，在定子繞組電流中，除正序分量外，還會出現(xiàn)負序分量。正序分量與正常工作電流一樣，而負序電流則不然。首先它使定子三相電流不平衡，個別相繞組的電流有可能超過額定值而引

2、起過熱，負序磁場在勵磁繞組、阻尼繞組和轉子本體感應出很大的100Hz的交流電流引起發(fā)熱（表面更為嚴重），嚴重時可能燒毀繞組。其次，負序旋轉磁場對轉子軸和定子機座產生100Hz的交變電磁力矩，使其振動增大。發(fā)電機承受負序電流的能力即負序能力，是發(fā)電機的重要性能指標之一，它對發(fā)電機的設計、制造和運行都有很大的影響。目前，發(fā)電機的負序能力可以由試驗確定，也可以由計算確定。2負序電流的簡易計算發(fā)電機處于長時間的不對稱運行或在發(fā)生不對稱短路的故障中，我們可以采用對稱分量法，得到計算負序電流的公式：?2=1/3（?A+a2?B+a?c）?其中，？2：為負序電流?A、？B、?C：分別為發(fā)電機三相電流a：為運

3、算因子，a=d120?=-1/2+j，3/2在實際中，我們經(jīng)常采用以下一些簡易計算方法：2.1發(fā)電機三相電流不相等時的計算在一般情況下，如果發(fā)電機的三相電流有差別，可以近似地采用下列公式計算負序電流I2:Ii論55(Ia+Ic)I2B-I1其中，Il：為正序電流Ia、Ic：為發(fā)電機中較小兩相的電流Ib：為發(fā)電機中最大一相的電流2.2 一相電流最大兩相電流相等時的計算在實際中經(jīng)常遇到這種情況，如果我們假設是Ia=Ic,此時可以采用下列公式計算負序電流I2：當Ib/Ia<1.7時，可以由下式計算：I2=Ib/2.2(Ib/Ia-1)2.3 發(fā)電機一相對中性點短路時的計算當發(fā)電機一相對中性點短

4、路，其余兩相開路時，假設Ia=Ia,Ib=0,Ic=0,則負序電流為：I2=1/3Ia2.4 發(fā)電機兩相短路時的計算當發(fā)電機出現(xiàn)兩相穩(wěn)定短路，其余一相開路時，則負序電流為：I2=Ib/v32.5主變壓器高壓側一相斷線時的計算假設發(fā)電機變壓器組運行，主變壓器繞組接成Y形接線，中性點絕緣，當變壓器星形側一相斷線時，負序電流為：I2=Ia=Ic=Ib/23負序負序電流的危害3.1 負序電流在轉子中產生附加損耗和發(fā)熱負序電流出現(xiàn)后，它和正序電流疊加使定子繞組相電流可能超過額定值，導致繞組的發(fā)熱有時會超過容許值。止匕外，負序電流形成的負序旋轉磁場，以同步速度（ne）與轉子旋轉的方向相反旋轉，并穿過定子和

5、轉子間的氣隙達到轉子。對于轉子來說，受到以兩倍同步轉速（2ne）旋轉的負序氣隙磁場的切割，并在轉子阻尼部件（梢楔、齒部、阻尼繞組）和轉子繞組中，產生兩倍頻率（2fe）的附加電流，該電流流經(jīng)轉子本體的電阻性回路，從而在轉子本體中產生附加損耗和發(fā)熱。發(fā)熱嚴重時，會將轉子部件燒損，甚至燒壞。3.2 負序電流產生附加力矩增加機組振動發(fā)電機三相電流不對稱運行時，正序電流產生正向旋轉磁勢Fi,負序電流產生反向旋轉磁勢F2。它們產生的磁場在空間都是按正弦規(guī)律分布的，可以用兩個空間相量Fi和F2來代表。由于發(fā)電機在一定的不對稱狀態(tài)下，F(xiàn)i和F2的幅值均為定值，故使相量Fi和F2端點的軌跡為正圓，如圖1所示。兩

6、者合成的磁勢相量F即代表不對稱運行狀態(tài)的磁勢相量，當Fi和F2的轉速相等，幅值不等時，合成磁勢相量F端點的軌跡便是一個橢圓。圖1不對稱電流產生的橢圓形旋轉磁場在圖1中，正向磁場Fi沿反時針方向旋轉，F(xiàn)2沿順時針方向旋轉，經(jīng)過一段時間t之后，合成磁場F的橫軸分量x和縱軸分量y分別為：x=Ficos(oct+F2cos3ct=(Fi+F2)cos(octy=FiSinwct-Fzsinact=(Fi-F2)sinwct合成磁場F為：F=V(Fi2+F22+2FiF2cos23ct)可見，合成磁場F是隨時間變化的，其最大值(橢圓的長軸)和最小值(橢圓的短軸)分別為：Fmax=Fi+F2Fmin=Fi

7、-F2當合成磁場F與X軸的夾角為。時，可得tge=y/x=(Fi-F2)/(Fi+F2)tg3ct從式中求得8,并對時間微分可得F的旋轉角速度為：3=3c(Fi2-F22)/F2從上式中可以看出，在橢圓的長軸附近，角速度低，在短軸附近角速度高，合成磁場F的轉速不是常數(shù)，其平均轉速為3c。在一個周期內F的大小要變化兩次，即F的變化速度為23c。如果轉子對稱，縱軸和橫軸方向的磁阻相同，則磁勢大，磁場就強，產生的轉矩也大；反之，則轉矩較小。由于合成磁場F變化的速度為23c,故要產生100Hz的交變轉矩。該轉矩作用于轉子軸和定子機座上，導致機組的振動增加，甚至出現(xiàn)金屬疲勞和機械損傷。根據(jù)現(xiàn)場的試驗和運

8、行經(jīng)驗，一般汽輪發(fā)電機在不對稱運行下的附加振動較小，但也有個別機組振動強烈。水輪發(fā)電機有時存在100Hz的共振現(xiàn)象，成為限制負序電流大小的主要因素。4發(fā)電機負序能力及其確定因素發(fā)電機的負序能力主要是由轉子表面各部件允許的最高溫度決定的。由各部件長期允許最高溫度決定的負序能力稱為穩(wěn)態(tài)負序能力；由各部件瞬時允許最高溫度決定的負序能力稱為暫態(tài)負序能力。4.1 穩(wěn)態(tài)負序能力及其確定因素發(fā)電機在三相負荷對稱的額定工況下運行，各部溫度穩(wěn)定后，再施加負序電流，當轉子表面任一部件的溫度達到該材料長期允許的最高溫度時，所承受的負序電流值，就是該發(fā)電機能夠長期承受的最大負序電流的能力，即穩(wěn)態(tài)負序能力。確定發(fā)電機穩(wěn)

9、態(tài)負序能力的因素有：（1）轉子線圈絕緣等級130c的允許溫度；（2）轉子部件材料130c的屈服極限；（3）轉子部件材料的高溫蠕變特性。這三點中，第一點是確定發(fā)電機穩(wěn)態(tài)負序能力的主要因素。4.2 暫態(tài)負序能力及其確定因素發(fā)電機在三相負荷對稱的額定工況下運行，各部溫度穩(wěn)定后，發(fā)電機或電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障或單相重合閘時，當轉子表面任一部件的溫度達到該材料瞬時允許的最高溫度時，發(fā)電機在此時間內短時運行的能力，就是發(fā)電機的暫態(tài)負序能力。確定發(fā)電機暫態(tài)負序能力的因素有：（1）轉子部件材料高溫時的機械強度；（2）轉子部件材料瞬時允許的最高溫度。其中，第一點是確定發(fā)電機暫態(tài)負序能力的主要因素。5提高發(fā)電機負

10、序能力的措施5.1 在轉子上增設阻尼繞組汽輪發(fā)電機是實芯轉子，在不對稱狀態(tài)下渦流損耗較大，容易引起局部高溫，甚至燒毀轉子部件。為了防止燒毀轉子，必須降低轉子表面損耗密度，強化阻尼措施，提高其負序能力，在轉子上增設阻尼繞組是比較有效的方法。阻尼繞組分為全阻尼、半阻尼和阻尼環(huán)三種結構形式。裝設阻尼繞組后有以下效果：（1）有效地降低了發(fā)電機轉子表面的最高溫度；（2）發(fā)電機承受較大的暫態(tài)負序電流后轉子無燒損；（3）有效地降低了發(fā)電機轉子端部撓性梢端頭的溫升。5.2 降低轉子端部渦流回路的電阻在不對稱狀態(tài)下運行的發(fā)電機，當護環(huán)和轉子本體直接接觸時，其渦流經(jīng)過端部梢楔、齒和護環(huán)嵌裝面形成回路，在轉子本體端

11、部會增大渦流的密度，大部分渦流沿切向垂直于齒和梢楔流過，如果這些接觸面的電阻較大，就會造成附加損耗和局部高溫，嚴重時燒毀端部部件。為了減少接觸電阻造成的損耗，可以采取端部阻尼環(huán)表面鍍銀、增大阻尼環(huán)的截面積等措施，降低端部渦流回路的電阻。通過實踐，采取了上述措施后，明顯減輕了轉子端部的切向渦流負荷，提高了發(fā)電機轉子承受穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)負序電流的能力。5.3 改進轉子梢楔改進轉子梢楔主要從以下三個方面入手：（1）使梢楔與齒接觸緊密以減小接觸電阻，并在梢楔對接處設置銅導體，改善渦流通路；（2）將梢楔換為鋁青銅或在高溫下機械強度高、導電性能好的合金梢楔；（3）沿軸向將梢楔對接處在圓周上錯開排列，以降低撓性梢端頭的過熱。通過實踐，上述三項措施可以明顯提高發(fā)電機的負序能力。6結論隨著電力系統(tǒng)容量的增大，因