神华鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古鄂尔多斯017209
摘要：汽轮发电机是生产作业中的重要动力设备。在作业中通过并网运行能够提高系统的控制能力，本文将重点进行分析。
关键词：发电机；并网运行；控制
1汽轮发电机运行故障诊断
本文针对汽轮发电机运行中几种主要故障进行分析。
1.1定子绕组故障
目前，我国大型汽轮发电机多采用“水-氢-氢”冷却方式，即定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷及定子铁芯氢冷。由于设计与制造工艺落后，工序控制、生产流程及检验维修等质量管理不严，发电机在运行中承受机械应力与热应力等原因，易引发定子绕组接地和短路故障。定子绕组故障多发生在绕组端部，大致可分为：（1）定子线棒及引线的铜导体疲劳断裂；（2）焊接工艺不良导致的接头损坏；（3）定子冷却水回路堵塞；（4）端部紧固件的磨损；（5）定子绕组漏水；（6）遗留在定子绕组上的金属异物；（7）定子绕组的绝缘故障。
1.2定子铁芯故障
受制造与装配工艺影响，如硅钢片厚度及表层绝缘漆厚度偏差、冲剪及去边缘毛刺工艺、铁芯压装过程中压力大小及冷热压次数、两端压指的高度偏差等，以及电机铁芯长期处于交变电磁力作用下，致使定子铁芯叠片出现局部或整体松弛故障，有效铁芯片间绝缘破坏，产生片间短路和局部过热，甚至引起定子绕组连锁故障，直接影响发电机安全运行。
1.3转子绕组故障
转子绕组故障大致包括对地绝缘故障、匝间短路故障、热变形及集电环-电刷装置烧损等。转子绕组接地故障及匝间短路通常由以下几个原因引起：转子绕组过热，造成绝缘破坏；冷却器漏水，导电粉尘、金属异物、焊渣等进入转子绕组；制造工艺粗糙形成局部缺陷；运行中因受热应力和机械应力致使绝缘损坏；水内冷转子绕组堵塞，造成局部过热，使匝间绝缘烧损。汽轮发电机绕组因运行中承受热膨胀和机械作用等产生塑性变形，即残余变形或热变形。随着残余变形的不断积累，将造成转子绕组槽部及端部绝缘损坏，引起匝间短路或接地故障，严重时造成绕组断裂。对于有刷汽轮发电机，集电环与电刷的可靠接触是保证发电机正常运行的关键问题。两者接触不良将产生火花，严重时形成环火，烧毁刷握、刷架，损伤集电环绝缘，导致接地故障。
1.4负序电流烧损转子
通常情况下，汽轮发电机运行于三相负荷对称状态。但在电力系统或发电机发生不对称故障时，则在三相负荷不对称情况下短暂运行。如电力系统中发生单相接地、两相短路故障及在单相重合闸动作过程中；或发电机出口开关在正常及故障状态下未能将三相负荷同时切入或断开的操作过程。发电机不对称运行时，定子绕组中除正序电流和电压外，还有负序、零序电流和电压。负序电流产生的反向旋转磁场，将在励磁绕组、阻尼绕组和转子铁芯内感生二倍频的电流，引起杂散铜耗和铁耗，致使发电机运行效率降低、转子过热，严重时烧毁转子。负序电流还可能引起转矩脉动和定子振动。
2发电机组并网条件
（1）发电机的频率与系统频率相同。（2）发电机出口电压与系统电压相同,其最大误差应在5%以内。（3）发电机相序与系统相序相同。（4）发电机电压相位与系统电压相位一致。
3发电机的并网技术
同期装置定值经过核算，由长期经验积累与实践得知不能做变动。与发电机厂家技术人员进行商讨，最后将发电机并网前定速由3009r/min改为3005r/min。下面从并网三要素的角度来验证转速改为3005r/min的合理性。电压差值ΔU＝Us-Ug，Us由电网决定并保持在57.7V。并网前发电机为空载运行，空载时的电枢绕组感应电动势为发电机的空载电动势E0，此时E0等于定子端电压Ug。空载运行电动势E0＝4.44fNkN1Φ0。
当发电机转速由3009r/min降低至3005r/min时，同期装置发出调压脉冲至AVR，提升励磁电流。由同步发电机空载运行特性可知，此时发电机主磁通Φ0将会增大，仍然可保证E0保持在恒定值，即转速改变时Ug可保持不变，符合-5％≤ΔU≤5％，达到并网条件之一。可见小幅改变发电机转速并不影响发电机并网电压。频率差值Δf＝fs-fg，频率作为机械参量直接与发电机转速相关。
当转速由3009r/min改为3005r/min时，频率f由50.15Hz降为50.08Hz，Δf＝50-50.08＝0.08Hz，满足-0.15Hz≤Δf≤0.15Hz。因此转速改变后进一步缩小频差，更利于发电机成功并网。相角差值ΔΦ＝Φs-Φg，在启动同期装置后，通过比较Us和Ug的电压相位差，装置以精确严密的数学模型差频并网时，捕捉到第一次出现的零相角差，进行无冲击并网。
4发电机并网操作票
（1）检查发电机-变压器组回路无接地线。（2）测量发电机-变压器回路绝缘良好。（3）测量发电机励磁回路绝缘良好。（4）合上励磁变压器刀闸，并且检查良好。（5）合上励磁PT刀闸并且检查已合好。（6）合上仪表PT刀闸并且检查已合好。（7）检查励磁控制屏空气开关QF在断开位置。（8）检查励磁控制屏灭磁开关FMK在断开位置。（9）检查励磁控制屏按钮位置，试验按钮弹起恒IL控制按钮弹起、灭磁按钮按下。（10）合上励磁控制屏的空气开关QF。（11）合上励磁控制屏断路器QM1、QM2、QM3、QM4，检查风机启动，并且是吸风（向上抽）。（12）汽轮发电机转速维持3000r/min运行无异常。（13）合上发电机灭磁开关。（14）单击励磁系统手操器“启动励磁”（手动方式时单击“增磁”）。（15）查发电机出口电压至额定值。（16）检查同期屏同期直流电源正常。（17）切同期屏自动同期闭锁TJJ至“退出”。（18）将同期屏自动准同期装置手自动把手切换至“自动”。（19）单击DCS发变组110kV侧开关“同期装置投入”。（20）单击DEH“自动同期”。（21）待同期屏自动准同期装置指示灯至同期位置时，查发变组110kV侧开关自动合上。（22）将同期屏自动准同期装置手自动把手切换至“退出”。（23）断开同期装置电源。（24）通知汽机已并列。
5在下列情况下严禁发电机并列操作
1）同步指示器指示停在零位不动。2）同步指示器指示转动过快。3）同步指示器指示旋转时有跳动现象。4）同期装置设置不正确时。5）同期装置异常时。6）待并机组汽轮机调速系统不能维持3000r/min运行时。
6发电机并列操作注意事项
1）同期装置的参数设置只有设备维护部、二次班人员能进行且必须有详细的记录,保证其正确性。2）当发电机电压与频率与电网接近时，再投同期装置并检查自动调压、调频动作正常。3）自动准同期装置投入5分钟后不能合闸时，应退出自动准同期装置,进行检查。4）发电机并网后应断开同期装置电源。5）同期回路或装置检修校验后，应进行假同期试验。
7发电机运行中的监视与控制
1）发电机运行中定子电压允许在10500±5%V范围变动，功率因数为额定值时，额定容量不变。2）当发电机定子电压降低至额定值的95%时，其定子电流不得大于额定值的105%（6793）A。3）频率允许在50±0.25Hz之间运行。4）不平衡负荷时最大相电流不得超过额定值，各相电流差不应超过额定电流的8%。5）功率因数一般不应超过迟相0.95，即有功功率与无功功率之比不大于3：1，以免失去同步。6）发电机在运行中,若因系统故障或其他事故,允许按下列的特殊方式运行。
（1）发电机允许在三相不平衡负荷条件下运行，但各相的电流差不应超过额定电流的8%，最大相电流亦不能超过额定值。（2）发电机在系统发生事故情况下，允许过负荷15%，时间为2分钟，但应注意滑环情况，且每年不应超过二次。当定子过电流150%时，运行时间不得超过30秒，但每年不得超过两次。（3）发电机及其励磁系统允许强励电压为转子滑环电压的1.8倍，时间不超过10秒。（4）发电机每相电流不超过额定值的条件下，因三相负载不对称引起的负序分量与额定电流之比不超过8%。
8结束语
综上所述，要有效提高汽轮发电机的稳定运行，针对并网中的各种问题出现，采取有效的解决措施，进而保证供电系统的稳定运行。
参考文献
[1]胡卫宏,王玮.发电机组并网的影响与解决措施探讨[J].电力工程.2017.7.178-179
[2]李腾飞，吕跃刚，刘吉宏，等.汽轮发电机组并网技术[J].中国电力，2016，42(11):61-65.