水利水電機(jī)械論文水利水電施工設(shè)備論文

1、水利水電機(jī)械論文水利水電施工設(shè)備論文小型水輪發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行的原因影響及處理方法摘要：通過對(duì)一臺(tái)小型低壓水輪發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行的故障處理，分析了不對(duì)稱運(yùn)行的原因是負(fù)荷不平衡，線路和變壓器等輸變電設(shè)備三相阻抗不相等或發(fā)生不對(duì)稱短路，水電站接地電阻不合格等；主要影響是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生損耗、溫升，電能質(zhì)量下降，使發(fā)電產(chǎn)生電磁振動(dòng)等；并針對(duì)產(chǎn)生不對(duì)稱運(yùn)行的原因和影響提出了處理方法。關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī) 不對(duì)稱運(yùn)行 電流 三相電流 負(fù)序電流 旋轉(zhuǎn)磁場振動(dòng)溫升筆者所在單位有一臺(tái)投產(chǎn)于上世紀(jì)70年代的水輪發(fā)電機(jī)，型號(hào)：wj-125/6，額定電壓：400v，額定電流：225a。在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過三相電流嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)象

2、，最嚴(yán)重時(shí)三相電流之差達(dá)80a，電流差達(dá)額定電流的36%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程20%的規(guī)定，發(fā)電機(jī)中性線電流偏大，機(jī)組出力下降，振動(dòng)特別厲害，嚴(yán)重影響機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行。為了排除這一故障，保證機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行，我站技術(shù)人員對(duì)這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、危害進(jìn)行了分析，并針對(duì)具體情況采取措施，最后解決了這一問題。現(xiàn)總結(jié)如下，供大家參考：1 發(fā)電機(jī)發(fā)生不對(duì)稱運(yùn)行的主要原因本水電站低壓機(jī)組的運(yùn)行方式：經(jīng)升壓變壓器后通過10kv側(cè)與電網(wǎng)并列，并同時(shí)直接由低壓側(cè)（即發(fā)電機(jī)的出線電壓0.4kv）承載一定數(shù)量的自供區(qū)負(fù)荷。發(fā)電機(jī)發(fā)生不對(duì)稱運(yùn)行的主要原因有以下幾種：自供區(qū)負(fù)荷的不平衡，例如三相負(fù)荷分配不均，大容量的單相負(fù)載

3、比重大，造成運(yùn)行中三相負(fù)荷投（切）不均勻程度增加；水電站接地系統(tǒng)阻值過高不滿足運(yùn)行要求；輸電線路三相導(dǎo)線的阻抗值不相等（如三相導(dǎo)線的材質(zhì)或線徑不一致，導(dǎo)線的接頭過多且集中在其中某一相中）；電源經(jīng)變壓器升壓后的并網(wǎng)斷路器或發(fā)電機(jī)本身的并網(wǎng)斷路器，在操作中三相不同步或運(yùn)行中某相接觸不良；變壓器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)三相阻抗不平衡；輸電線路發(fā)生不對(duì)稱短路（如單相接地）；輸電線路或其它電氣設(shè)備一次回路斷線等。以上情況都會(huì)造成發(fā)電機(jī)處于不對(duì)稱工況下運(yùn)行。2 不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響水輪發(fā)電機(jī)是根據(jù)三相電流平衡對(duì)稱的情況下，長期運(yùn)行設(shè)計(jì)制造的。當(dāng)三相電流對(duì)稱時(shí)，由它們合成產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場是同方向同

4、速度旋轉(zhuǎn)的，因此定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)處于相對(duì)靜止，定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線不會(huì)切割到轉(zhuǎn)子。當(dāng)三相電流不對(duì)稱時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法，可以把不對(duì)稱的三相電流分解成三個(gè)對(duì)稱的電流，即正序、負(fù)序、零序三組分量。由于發(fā)電機(jī)是接成星形，零序電流不通（三相的零序分量同時(shí)指向中性點(diǎn)或背向中性點(diǎn)），所以只有正序和負(fù)序電流。根據(jù)三相對(duì)稱電流能在三相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的原理，正序電流將產(chǎn)生一個(gè)正序旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子磁場同向同速旋轉(zhuǎn)；而負(fù)序電流將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，它的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，它對(duì)轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度，則是兩倍同步轉(zhuǎn)速，這是三相電流不對(duì)稱時(shí)在發(fā)電機(jī)里出現(xiàn)的磁場變化情況。不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的影響是使轉(zhuǎn)子過熱。定子

5、負(fù)序電流所產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，對(duì)轉(zhuǎn)子有兩倍同步轉(zhuǎn)速的相對(duì)速度，這個(gè)以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場，會(huì)在轉(zhuǎn)子鐵心的表面和槽楔，轉(zhuǎn)子的阻尼繞組、激磁繞組，轉(zhuǎn)子其他金屬部件中感應(yīng)兩倍于工頻的感應(yīng)電流，這些電流使轉(zhuǎn)子的銅耗增加，同時(shí)轉(zhuǎn)子鐵耗也增加，使轉(zhuǎn)子溫升提高。雖然水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)大的風(fēng)扇，通風(fēng)條件較好，但因負(fù)序電流所引起的附加損耗和溫升也是一個(gè)不可忽略的問題。不對(duì)稱運(yùn)行的另一個(gè)影響是發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率和電能質(zhì)量下降。發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)序電流所引起的附加損耗，將使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率大為下降，出力減少。負(fù)序電流的存在，必將引起發(fā)電機(jī)電流和電壓的波形發(fā)生畸變，畸變的波形會(huì)對(duì)電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生不

6、利影響，使電能質(zhì)量大為下降。不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)本身的主要危害是引起振動(dòng)。機(jī)組振動(dòng)根據(jù)干擾力的不同可分為水利振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)三類。不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)引起的這種振動(dòng)屬電磁振動(dòng)，這種振動(dòng)是由脈動(dòng)力矩造成的，而脈動(dòng)力矩的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱有關(guān)。水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子都是采用凸極式結(jié)構(gòu)，使其磁極的縱軸方向與橫軸方向兩者的氣隙大小不一樣，其磁阻也就不一樣。當(dāng)負(fù)序磁場對(duì)著轉(zhuǎn)子縱軸附近時(shí)，因氣隙小、磁阻力小，故磁力線就多，即轉(zhuǎn)子與定子之間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場對(duì)著轉(zhuǎn)子橫軸附近時(shí)，因氣隙大、磁阻力大，故磁力線就少，即轉(zhuǎn)子與定子之間的作用力就小。這樣，不對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，在定轉(zhuǎn)子的氣隙中，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的

7、作用力時(shí)大時(shí)小，產(chǎn)生交變電磁轉(zhuǎn)矩，它同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子和定子機(jī)座上，就使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生100z的振動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子及定子機(jī)座的振動(dòng)，而且還會(huì)產(chǎn)生出強(qiáng)烈的噪音，長時(shí)間的振動(dòng)是一種非常有害的現(xiàn)象，影響機(jī)組使用壽命。過分的振動(dòng)，會(huì)使焊縫開裂，零部件疲勞斷裂飛出，嚴(yán)重地威脅機(jī)組的運(yùn)行安全。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，因其轉(zhuǎn)子是凸極式，三相電流不平衡時(shí)，發(fā)熱的影響和效率及電能質(zhì)量的下降是次要的，振動(dòng)是其主要危險(xiǎn)。所以水輪發(fā)電機(jī)不對(duì)稱負(fù)荷的限制，是由振動(dòng)條件所決定的。發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，水輪發(fā)電機(jī)三相電流之差，不得超過額定電流的20%，同時(shí)任何一相的電流，不得大于其額定值。水輪發(fā)電機(jī)組充許擔(dān)負(fù)的負(fù)序電流不大于額定電流的12%。3

8、 不對(duì)稱運(yùn)行的處理方法防止發(fā)電機(jī)長時(shí)間出現(xiàn)負(fù)序電流，是確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重要措施。為了防止發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中長時(shí)間出現(xiàn)負(fù)序電流，則必須防止其長時(shí)間處于不對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行。所以，首先要做好的是水電站所承載的負(fù)荷均勻分配的問題，即必須做好自供區(qū)的三相負(fù)荷平均分配，保證三相負(fù)荷不平衡度在允許范圍之內(nèi)。對(duì)經(jīng)變壓器升壓后輸出電能的水電站，首先保證變壓器和斷路器本身的三相阻抗平衡，并應(yīng)改用高壓或低壓斷路器控制發(fā)電機(jī)變壓器的投（切），防止用高壓側(cè)跌落保險(xiǎn)進(jìn)行負(fù)荷投（切），以提高三相同步投（切）的程度。架設(shè)輸電線路時(shí)（特別是發(fā)電機(jī)出線及變壓器聯(lián)接線），各相導(dǎo)線必須采用同材質(zhì)、同截面積的導(dǎo)線，并滿足熱穩(wěn)定及動(dòng)穩(wěn)

9、定的要求。線路中導(dǎo)線的接頭，應(yīng)設(shè)法均勻分布在各相之中，不應(yīng)全部集中在其中某一相上。保證線路的三相阻抗平衡，確保線路的質(zhì)量和絕緣水平。加強(qiáng)對(duì)線路的日常運(yùn)行管理及維護(hù)，減少線路在運(yùn)行中發(fā)生單相斷線、單相接地、兩相短路等故障和事故。一旦發(fā)生不對(duì)稱運(yùn)行的故障或事故，應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)排除。當(dāng)然，要求水電站低壓發(fā)電機(jī)（特別是帶有近區(qū)負(fù)荷的情況下）處于完全對(duì)稱平衡的工況下運(yùn)行是難以實(shí)現(xiàn)的，但是滿足以下幾條要求是可以做到的：機(jī)械振動(dòng)不得超過允許值；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的任何一點(diǎn)溫度不得超過允許值；任何一相定子電流均不得超過其額定值；三相電流之差，最大不得超過其額定值的20。在分析了產(chǎn)生電流不平衡的原因、影響和處理方法后，對(duì)我站該機(jī)組所承載的近區(qū)負(fù)荷進(jìn)行重新分配，最大限度地保證三相負(fù)荷的平衡；對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器的接地系統(tǒng)進(jìn)行處理，使接地電阻達(dá)到4歐姆以下；對(duì)發(fā)電機(jī)出線進(jìn)行更換，使用四根同材質(zhì)同截面積的電纜；對(duì)升壓變壓器進(jìn)行吊芯處理（之前的檢查中發(fā)現(xiàn)變壓器三相直流電阻不平衡），使變壓器的三相直流電阻達(dá)到平衡。經(jīng)過處理以后，該機(jī)組的三相電流基本平衡，三相不平衡電流控制在5%以內(nèi)，達(dá)到了