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18
2025
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09
发电机为什么会发生失磁现象？
作者：
重庆渝马机电有限公司
发电机的转子失去励磁电流。发电机失磁后，引起发电机失步，将在转子的阻尼绕组、转子表面、转子绕组中产生差频电流，引起附加温升，可能引起转子局部高温，产生严重过热现象，危及转子安全，其次，同步发电机异步运动，在定子绕组中将出现脉动电流，产生交变的机械力矩，使机组发生振动，影响发电机的安全。同时，定子电流增大，可能使定子绕组温度升高。
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工作原理
发电机正常运行过程中，励磁突然全部或部分消失，称为发电机失磁。
同步发电机在运行过程中由于失去励磁而造成正常运行状态的破坏。同步发电机失磁后将转入异步发电机运行，从原来发出无功功率(感性的)转变为吸收无功功率。大型发电机组广泛采用静态励磁，虽然减少了旋转直流电机，但由于励磁系统复杂和元器件质量问题，使大中型发电机组故障总次数的半数以上由低励（励磁不足）或失磁引起。
对于无功功率储备容量较小的电力系统，大型机组失磁故障将首先反映为系统无功功率不足,电压下降,严重时将造成系统的电压崩溃，使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。在这种情况下，必须尽快将失磁机组从系统中断开，以保持系统的正常运行。
当系统无功功率储备充足时，汽轮发电机的失磁故障允许短时间（例如10～30分）减小有功功率出力转入异步发电运行，在此期间，需迅速排除故障，恢复励磁；如若不成再行切机。对于水轮发电机组，由于它的异步力矩（功率）很小，而且起停方便，所以水轮发电机失磁故障时通常不作异步运行，失磁保护直接作用于跳闸停机。
对于远离负荷中心且与系统联系薄弱的大型发电机组，失磁故障的检测比较晚，容易造成对侧系统的后备保护因无功倒送、线路过流而误动作，为此应注意失磁保护方案的选择和定值的正确计算。
为了彻底消除发电机失磁故障给系统可能造成的严重后果，首先必须使系统中每台机组的单机容量小于系统总容量的5～7%。单机容量过大将形成十分为难的局面：切除失磁机组，系统将因有功功率不足而崩溃；不切失磁机组，系统将因无功功率不足而崩溃。其次，所有发电机组的励磁调节器不应随意停用，值班人员不应在发生失磁故障时减少非失磁机组的励磁。失磁保护只是防范失磁故障扩大和检测失磁机组的最后防线。
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原因分析
发电机
发电机失去励磁的原因一般可归纳为励磁回路开路或短路，包括励磁机、励磁变或励磁回路的故障、误碰励磁开关、切换备用励磁不当、励磁系统失去厂用电源、转子绕组或励磁回路开路或转子绕组严重短路、半导体励磁系统发生故障、转子滑环着火或烧断。
1) 励磁变故障跳闸引起发电机失磁
由于该变压器存在绝缘制造缺陷，或运行中绝缘缺陷逐步恶化，产生放电现象，导致励磁变保护动作跳闸，失磁保护动作导致机组跳闸。应严格执行规程、标准，开展定期试验、落实情况、排查问题。对照
相关规程、标准，认真开展绝缘专业定期试验落实情况。
2) 灭磁开关跳闸引起发电机失磁
灭磁开关跳闸原因包括：
DCS上误发灭磁开关跳闸指令
出口继电器故障发出灭磁开关跳闸指令；
集控室电气立盘灭磁开关跳闸按钮接点吸合发出跳闸指令；
励磁小间就地控制盘手动分开灭磁开关；
灭磁开关控制回路电缆绝缘下降；
开关本体机械跳开灭磁开关；
直流系统瞬时接地导致灭磁开关跳闸。
3) 励磁滑环打火引起发电机失磁
事故原因为碳刷压簧压力不均，造成部分碳刷电流分布不均，致使个别碳刷电流过大，引起发热。另外碳刷存在脏污现象，污染了碳刷和滑环接触面，造成部分碳刷和滑环接触电阻增大继而出现打火，另外正、负极碳刷磨损程度不均衡，负极磨损一直比正极严重，因磨损严重造成滑环表面不平度加大，因未及时得到控制造成滑环起火。
4) 直流系统接地引起发电机失磁
直流系统发生正极接地后，由于长电缆存在分布电容，而电容两端电压不能突变，引起发电机灭磁开关外部跳闸回路长电缆电容电流流经其外部跳闸出口中间继电器，继电器动作跳开发电机灭磁开关，造成发电机失磁保护动作跳机。
5) 励磁调节系统故障引起发电机失磁
发电机励磁系统调节器 EGC 板故障，造成发电机励磁调节器转子过电压保护动作，导致失磁保护动作跳闸。
6) 整流柜全停引起发电机失磁
在启动电泵过程中，引起系统电压降低，励磁系统发出辅助电源故障报警，由于切换回路继电器辅助触电电阻过大，导致电源切换失败，整流柜风机无法正常运行，导致整流柜超温跳闸，失磁保护动作，机组停运。整流柜交流侧电源开关触头的镀银层薄或质量低劣，运行中铜与空气接触产生氧化层，造成触头接触电阻增大，随着电流增大，温度升高导致触头过热，处理过程中导致失磁保护动作，机组跳闸。
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危害
3.1 发电机失磁对电力系统的危害
发电机发生失磁时，低励或失磁的发电机将从系统中吸收无功功率，这将使得电力系统的电压下降，如果电力系统容量较小或者无功功率储备不足的话，那就会使发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，这样就会破坏负荷与电源间的稳定运行，甚至会使电力系统发生电压崩溃现象。
当发电机发生低励或失磁时电压下降，系统中其它发电机在自动调整励磁装置的作用下将会增加其无功功率输出，这样就会导致系统中的某些电气元件。如变压器或输电线路产生过电流，使后备保护动作切除过载元件，扩大了故障范围。
发电机发生低励或失磁时，由于有功功率的摆动以及系统电压的下降，有可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间或电力系统各部分之间失步，使系统振荡而大量的甩负荷。
3.2 发电机失磁对发电机本身的危害
发电机失磁后，不但对电力系统会产生很大的危害，而且对发电机本身也会产生一定的危害：
由于发生失磁时出现转差，在发电机转子中会出现差频电流。差频电流在转子回中产生的损耗如果超过允许值将会使转子过热。而流过转子表层的差频电流还会使转子本体在与槽楔和护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。
低励或失磁的发电机进入异步运行状态后发电机的等效电抗降低，从系统吸收的无功功率不断增加。在重负荷失磁后，由于产生过电流将使发电机定子过热。
对于直接冷却高利用的大型汽轮发电机，在重负荷失磁后，这种发电机的转矩、有功功率将会发生剧烈的周期性摆动。这时将有很大甚至超过额定值的电磁转矩周期性作用到发电机轴系上，并通过定子传递到机座上。此时转差也将做周期性的变化使发电机的周期性严重的超速。
发电机低励或失磁运行时，由于定子端部的漏磁增强，将会使端部的部件和边段铁芯产生过热。
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失磁保护
4.1 传统发电机失磁保护判据
传统的失磁保护判据主要有四：
发电机转子低电压判据。包括等励磁电压判据和变励磁电压判据。
发电机机端定子阻抗判据。包括异步边界阻抗圆特性和静稳边界阻抗圆特性。
二相同时低电压判据。包括机端低电压判据和主变高压侧低电压判据。
逆无功判据。即通过逆无功和定子过电流来判断失磁故障。不同失磁保护方案的区别主要在于保护出口条件、延时或判据间组合关系的不同。
4.2 发电机失磁保护的辅助判据
在发电机的机端与主变高压侧发生各种短路故障时，以及系统发生振荡的情况下，失磁保护采用的各种主判据都有可能会发生误动，实际应用中发电机失磁保护一般都采用主判据与辅助判据相结合的运行方式。传统发电机失磁保护的辅助判据有：
励磁电压下降。
不出现负序分量。
用延时躲过振荡。
无功功率改变方向。
4.3 发电机失磁保护的新原理
结合神经网络的相关知识，用一个有两个计算层的神经网络来区分同步发电机的稳定和失磁现象。通过选取一组表征运行状态的特征向量，然后进行傅立叶变换，作为神经网络的输入，运用神经网络的模式识别功能来区分稳定和失磁。文献通过对发电机失磁的基本原理的研究，得出了三个失磁保护的新判据：
从无功等于0到功角等于90度的时间间隔内。发电机发生失磁时有功功率对时间微分的绝对值小于某个定值，而系统振荡时有功对时间微分的绝对值会大于这个定值。
在功角小于90度的时间内，失磁时发电机电势对时间的微分会小于零，而系统发生振荡时发电机电势对时间微分的绝对值会小于一个很小的门槛值。
取系统的一个最大振荡周期T，如在这段时间内无功功率从负变为正的，则判定为系统振荡，如无功变为负值并始终为负值，则可判定是发电机发生了失磁故障。
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