發電機失磁

發電機正常運行過程中，勵磁突然全部或部分消失，稱為發電機失磁。

同步發電機在運行過程中由於失去勵磁而造成正常運行狀態的破壞。同步發電機失磁后將轉入非同步發電機運行，從原來發出無功功率(感性的)轉變為吸收無功功率。目前大型發電機組廣泛採用靜態勵磁，雖然減少了旋轉直流電機，但由於勵磁系統複雜和元器件質量問題，使大中型發電機組故障總次數的半數以上由低勵（勵磁不足）或失磁引起。

對於無功功率儲備容量較小的電力系統，大型機組失磁故障將首先反映為系統無功功率不足，電壓下降，嚴重時將造成系統的電壓崩潰，使一台發電機的失磁故障擴大為系統性事故。在這種情況下，必須儘快將失磁機組從系統中斷開，以保持系統的正常運行。

當系統無功功率儲備充足時，汽輪發電機的失磁故障允許短時間（例如10～30分）減小有功功率出力轉入非同步發電運行，在此期間，需迅速排除故障，恢復勵磁；如若不成再行切機。對於水輪發電機組，由於它的非同步力矩（功率）很小，而且起停方便，所以水輪發電機失磁故障時通常不作非同步運行，失磁保護直接作用於跳閘停機。

對於遠離負荷中心且與系統聯繫薄弱的大型發電機組，失磁故障的檢測比較晚，容易造成對側系統的後備保護因無功倒送、線路過流而誤動作，為此應注意失磁保護方案的選擇和定值的正確計算。

為了徹底消除發電機失磁故障給系統可能造成的嚴重後果，首先必須使系統中每台機組的單機容量小於系統總容量的5～7%。單機容量過大將形成十分為難的局面：切除失磁機組，系統將因有功功率不足而崩潰；不切失磁機組，系統將因無功功率不足而崩潰。其次，所有發電機組的勵磁調節器不應隨意停用，值班人員不應在發生失磁故障時減少非失磁機組的勵磁。失磁保護只是防範失磁故障擴大和檢測失磁機組的最後防線。

發電機失去勵磁的原因一般可歸納為勵磁迴路開路或短路，包括勵磁機、勵磁變或勵磁迴路的故障、誤碰勵磁開關、切換備用勵磁不當、勵磁系統失去廠用電源、轉子繞組或勵磁迴路開路或轉子繞組嚴重短路、半導體勵磁系統發生故障、轉子滑環著火或燒斷。

1、勵磁變故障跳閘引起發電機失磁

由於該變壓器存在絕緣製造缺陷，或運行中絕緣缺陷逐步惡化，產生放電現象，導致勵磁變保護動作跳閘，失磁保護動作導致機組跳閘。應嚴格執行規程、標準，開展定期試驗、落實情況、排查問題。對照相關規程、標準，認真開展絕緣專業定期試驗落實情況。

2、滅磁開關跳閘引起發電機失磁

滅磁開關跳閘原因包括：

（1）DCS上誤發滅磁開關跳閘指令

（2）出口繼電器故障發出滅磁開關跳閘指令；

（3）集控室電氣立盤滅磁開關跳閘按鈕接點吸合發出跳閘指令；

（4）勵磁小間就地控制盤手動分開滅磁開關；

（5）滅磁開關控制迴路電纜絕緣下降；

（6）開關本體機械跳開滅磁開關；

（7）直流系統瞬時接地導致滅磁開關跳閘。

3、勵磁滑環打火引起發電機失磁

事故原因為碳刷壓簧壓力不均，造成部分碳刷電流分佈不均，致使個別碳刷電流過大，引起發熱。另外碳刷存在臟污現象，污染了碳刷和滑環接觸面，造成部分碳刷和滑環接觸電阻增大繼而出現打火，另外正、負極碳刷磨損程度不均衡，負極磨損一直比正極嚴重，因磨損嚴重造成滑環表面不平度加大，因未及時得到控制造成滑環環火。

4、直流系統接地引起發電機失磁

直流系統發生正極接地后，由於長電纜存在分佈電容，而電容兩端電壓不能突變，引起發電機滅磁開關外部跳閘迴路長電纜電容電流流經其外部跳閘出口中間繼電器，繼電器動作跳開發電機滅磁開關，造成發電機失磁保護動作跳機。

5、勵磁調節系統故障引起發電機失磁

發電機勵磁系統調節器EGC板故障，造成發電機勵磁調節器轉子過電壓保護動作，導致失磁保護動作跳閘。

6、整流櫃全停引起發電機失磁

在啟動電泵過程中，引起系統電壓降低，勵磁系統發出輔助電源故障報警，由於切換迴路繼電器輔助觸電電阻過大，導致電源切換失敗，整流櫃風機無法正常運行，導致整流櫃超溫跳閘，失磁保護動作，機組停運。整流櫃交流側電源開關觸頭的鍍銀層薄或質量低劣，運行中銅與空氣接觸產生氧化層，造成觸頭接觸電阻增大，隨著電流增大，溫度升高導致觸頭過熱，處理過程中導致失磁保護動作，機組跳閘。

一、發電機失磁對電力系統的危害

①發電機發生失磁時，低勵或失磁的發電機將從系統中吸收無功功率，這將使得電力系統的電壓下降，如果電力系統容量較小或者無功功率儲備不足的話，那就會使發電機的機端電壓、升壓變壓器高壓側的母線電壓或其它鄰近點的電壓低於允許值，這樣就會破壞負荷與電源間的穩定運行，甚至會使電力系統發生電壓崩潰現象。

②當發電機發生低勵或失磁時電壓下降，系統中其它發電機在自動調整勵磁裝置的作用下將會增加其無功功率輸出，這樣就會導致系統中的某些電氣元件。如變壓器或輸電線路產生過電流，使後備保護動作切除過載元件，擴大了故障範圍。

③發電機發生低勵或失磁時，由於有功功率的擺動以及系統電壓的下降，有可能導致相鄰正常運行的發電機與系統之間或電力系統各部分之間失步，使系統振蕩而大量的甩負荷。

二、發電機失磁對發電機本身的危害

發電機失磁后，不但對電力系統會產生很大的危害，而且對發電機本身也會產生一定的危害：

①由於發生失磁時出現轉差，在發電機轉子中會出現差頻電流。差頻電流在轉子回中產生的損耗如果超過允許值將會使轉子過熱。而流過轉子表層的差頻電流還會使轉子本體在與槽楔和護環的接觸面上發生嚴重的局部過熱甚至灼傷。

②低勵或失磁的發電機進入非同步運行狀態后發電機的等效電抗降低，從系統吸收的無功功率不斷增加。在重負荷失磁后，由於產生過電流將使發電機定子過熱。

③對於直接冷卻高利用的大型汽輪發電機，在重負荷失磁后，這種發電機的轉矩、有功功率將會發生劇烈的周期性擺動。這時將有很大甚至超過額定值的電磁轉矩周期性作用到發電機軸系上，並通過定子傳遞到機座上。此時轉差也將做周期性的變化使發電機的周期性嚴重的超速。

④發電機低勵或失磁運行時，由於定子端部的漏磁增強，將會使端部的部件和邊段鐵芯產生過熱。

一、傳統發電機失磁保護判據

傳統的失磁保護判據主要有四：

①發電機轉子低電壓判據。包括等勵磁電壓判據和變勵磁電壓判據。

②發電機機端定子阻抗判據。包括非同步邊界阻抗圓特性和靜穩邊界阻抗圓特性。

③二相同時低電壓判據。包括機端低電壓判據和主變高壓側低電壓判據。

④逆無功判據。即通過逆無功和定子過電流來判斷失磁故障。不同失磁保護方案的區別主要在於保護出口條件、延時或判據間組合關係的不同。

二、發電機失磁保護的輔助判據

在發電機的機端與主變高壓側發生各種短路故障時，以及系統發生振蕩的情況下，失磁保護採用的各種主判據都有可能會發生誤動，實際應用中發電機失磁保護一般都採用主判據與輔助判據相結合的運行方式。傳統發電機失磁保護的輔助判據有：

①勵磁電壓下降。

②不出現負序分量。

③用延時躲過振蕩。

④無功功率改變方向。

三、發電機失磁保護的新原理

結合神經網路的相關知識，用一個有兩個計算層的神經網路來區分同步發電機的穩定和失磁現象。通過選取一組表徵運行狀態的特徵向量，然後進行傅立葉變換，作為神經網路的輸入，運用神經網路的模式識別功能來區分穩定和失磁。文獻通過對發電機失磁的基本原理的研究，得出了三個失磁保護的新判據：

①從無功等於0到功角等於90度的時間間隔內。發電機發生失磁時有功功率對時間微分的絕對值小於某個定值，而系統振蕩時有功對時間微分的絕對值會大於這個定值。

②在功角小於90度的時間內，失磁時發電機電勢對時間的微分會小於零，而系統發生振蕩時發電機電勢對時間微分的絕對值會小於一個很小的門檻值。

③取系統的一個最大振蕩周期T，如在這段時間內無功功率從負變為正的，則判定為系統振蕩，如無功變為負值並始終為負值，則可判定是發電機發生了失磁故障。