什么是发电机的失步运行？（电厂电气）

Question

请求帮助，谢谢。

Answer 1

影响：
发电机并网运行时，被强大电网牵引下不会失步。 只有单机发电供电才会有失步，失步运行对供电的频率发生偏移(≠50HZ)，影响负载电机的转速(偏离额定转速)。

系统失步故障分析：
在电力系统正常运行时，所有发电机都以同步转速旋转，这时并列运行的各发电机之间相位没有相对变化，系统各发电机之间的电势差为常数，系统中各点电压和各回路的电流均不变。当电力系统由于某种原因受到干扰时（如短路、故障切除、电源的投入或切除等），这时并列运行的各同步发电机间电势差相角差将随时间变化，系统中各点电压和各回路电流也随时间变化，这种现象称为振荡。
电力系统的振荡有同步振荡和异步振荡两种情况，能够保持同步而稳定运行的振荡称为同步振荡，导致失去同步而不能正常运行的振荡称为异步振荡
同步发电机正常运行时，定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时，功角将增大，这相当于把磁力线拉长；当负载减小时，功角将减小，这相当于磁力线缩短。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功角不能立即稳定在新的数值，而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动，这种现象称为同步发电机的振荡。
振荡有两种类型：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡；另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。
系统稳定破坏(暂态失稳或动态失稳)开始阶段的直接表现一般是2个同调机群之间相对功角差不断增大而失去同步。其外在表现为潮流和电压的强烈振荡，且振荡主要发生于互联失步系统间或失步机组与主系统间的电气连线上。对失步电网，发生同步振荡和异步振荡的联络线上各点电压发生周期性的振荡，各联络线上电压振荡最剧烈的地方即是同步振荡和异步振荡的振荡中心的位置，在振荡的联络线上一般越靠近振荡中心，电压振荡越剧烈。
失步中心是在一次失步振荡过程中，发生异步振荡的联络线上电压出现最低值的点，即发生异步振荡联络线的振荡中心的位置。同一个电网由于系统事故发生的地点不同，运行方式不同，失步中心的位置可能发生变化；失步断面联络线有功周期性过零振荡；失步断面联络线上无功沿失步中心附近的两侧分别偏向一侧，无功总体呈现流入失步断面的特征。失步中心两侧的母线电压的相位角差在0～180～360范围内周期性变化。考虑到选择性，失步解列一般应在系统失步后2个到3个失步周期或相应的时间延迟内执行，否则将可能发展为多机群之间的失步振荡，进一步扩大事故。

Answer 2

电厂发电机(并网)运行时，一旦失去励磁(转子)后，就从同步运行变成异步(失步)运行。从原来向电网输出无功功率变成从电网吸取大量无功功率，发电机的(转子)转速将高于电网的同步转速。

参考资料：《发电机的运行与检修》

Answer 3

同步发电机正常运行时，定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时，功角将增大，这相当于把磁力线拉长；当负载减小时，功角将减小，这相当于磁力线缩短。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功角不能立即稳定在新的数值，而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动，这种现象称为同步发电机的振荡。
振荡有两种类型：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡；另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。

发电机振荡或失步时的现象

a）定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈运动。这是因为各并列电势间夹角发生了变化，出现了电动势差，使发电机之间流过环流。由于转子转速的摆动，使电动势间的夹角时大时小，力矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流的指针就来回摆动。这个环流加上原有的负荷电流，其值可能超过正常值。

b）定子电压表和其他母线电压表指针指示低于正常值，且往复摆动。这是因为失步发电机与其他发电机电势间夹角在变化，引起电压摆动。因为电流比正常时大，压降也大，引起电压偏低。
c）有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。因为发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小，以及失步时有时送出有功，有时吸收有功的缘故
d）转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。发电机振荡或失步时，转子绕组中会感应交变电流，并随定子电流的波动而波动，该电流叠加在原来的励磁电流上，就使得转子电流表指针在正常值附近摆动。
）频率表忽高忽低地摆动。振荡或失步时，发电机的输出功率不断变化，作用在转子上的力矩也相应变化，因而转速也随之变化。.

f）发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍。
g）低电压继电器过负荷保护可能动作报警。
h）在控制室可听到有关继电器发出有节奏的动作和释放的响声，其节奏与表计摆动节奏合拍。
i）水轮发电机调速器平衡表指针摆动；可能有剪断销剪断的信号；压油槽的油泵电动机起动频繁。

发电机振荡和失步的原因

根据运行经验，引起发电机振荡和失步的原因有
a）静态稳定破坏。这往往发生在运行方式的改变，使输送功率超过当时的极限允许功率。
）发电机与电网联系的阻抗突然增加。这种情况常发生在电网中与发电机联络的某处发生短路，一部分并联元件被切除，如双回线路中的一回背断开，并联变压器中的一台被切除等。
电力系统的功率突然发生不平衡。如大容量机组突然甩负荷，某联络线跳闸，造成系统功率严重不平衡。
d）大机组失磁。大机组失磁，从系统吸收大量无功功率，使系统无功功率不足，系统电压大幅度下降，导致系统失去稳定
e）原动机调速系统失灵。原动机调速系统失灵，造成原动机输入力矩突然变化，功率突升或突降，使发电机力矩失去平衡，引起振荡
f）发电机运行时电势过低或功率因数过高。(
g）电源间非同期并列未能拉入同步。

单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别

a）失步机组的表计摆动幅度比其他机组表计摆动幅度要大；
b）失步机组的有功功率表指针摆动方向正好与其他机组的相反，失步机组有功功率表摆动可能满刻度，其他机组在正常值附近摆动。
系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的。
当发生振荡或失步时，应迅速判断是否为本厂误操作引起，并观察是否有某台发电机发生了失磁。如本厂情况正常，应了解系统是否发生故障，以判断发生振荡或失步的原因。发电机发生振荡或失磁的处理如下：
a）如果不是某台发电机失磁引起，则应立即增加发电机的励磁电流，以提高发电机电动势，增加功率极限，提高发电机稳定性。这是由于励磁电流的增加，使定、转子磁极间的拉力增加，削弱了转子的惯性，在发电机达到平衡点时而拉入同步。这时，如果发电机励磁系统处在强励状态，1min内不应干预。
b）如果是由于单机高功率因数引起，则应降低有功功率，同时增加励磁电流。这样既可以降低转子惯性，也由于提高了功率极限而增加了机组稳定运行能力。
c）当振荡是由于系统故障引起时，应立即增加各发电机的励磁电流，并根据本厂在系统中的地位进行处理。如本厂处于送端，为高频率系统，应降低机组的有功功率；反之，本厂处于受端且为低频率系统，则应增加有功功率，必要时采取紧急拉路措施以提高频率。
d）如果是单机失步引起的振荡，采取上述措施经一定时间仍未进入同步状态时，可根据现场规程规定，将机组与系统解列，或按调度要求将同期的两部分系统解列。
以上处理，必须在系统调度统一指挥下进行。