同步发电机变电动机运行原因及其处理分析

      作者：邱建斌

      汽轮发电机在运行中，由于汽轮机主汽门关闭，会使发电机失去原动力，
而变为同步电动机运行。这时发电机不能向系统发出有功功率，反而从系统吸收
一部分有功功率，来维持发电机本身运转。但此时仍然输出无功功率，因为励磁
系统没有改变。这时发电机的状态为吸收有功、发出无功，变为同步调相机运行。

      1.发电机变为电动机运行的物理过程：当发电机正常带有功负荷运行时，
发电机转子所产生的主磁场轴线，总是超前电枢合成磁场轴线一个θ角。这样，
在转子与定子空气间隙中的磁力线便像橡皮筋一样，由转子磁场拉着电枢合成磁
场以同步速度旋转。负荷越大，橡皮筋拉得越长，转子磁场超前电枢合成磁场的
角度θ就越大。若逐渐减少有功负荷，则θ角随之减少。当有功负荷为零时，θ
=0，电枢和转子磁场轴线重合，磁力线的拉力垂直于转子表面，气隙中拉力总和
便等于零。假如把原动机的动力来源停止，这时发电机从系统中吸收一部分有功
功率，以维持同步运转所需要的空载能量损耗，转子磁场轴线就落后于电枢合成
磁场轴线，既θ角变为负值，也就是定子带动转子转动，这并不失去同步，因为
定子与转子空气间隙中仍有橡皮筋似的磁力线联系着，不过它的方向和发电机运
行时相反，可见从原理上分析，发电机变为电动机运行是可行的。但实际上是不
可行的，因为对于电力系统来说，缺少一部分有功功率，可能会引起系统频率的
降低，而且对于汽轮机来说，无蒸汽长时间运行时，末级叶片会因与空气摩擦而
过热，特别是大容量机组这是绝对不允许的。为此都设了可靠的保护（逆功率保
护），来防止这种状态的发生。

      2.发电机变为电动机运行时现象：同步发电机变为同步电动机运行时，发
电机表计现象分析如下：（1 ）发电机“逆功率”信号发出。

      （2 ）汽轮机“主汽门关闭”光字牌亮。

      （3 ）发电机的有功功率表指针摆到零位附近的针档处，且指向负值。因
为这时发电机从系统吸收有功功率以满足它维持同步运转所需要的空载能量损耗。

      （4 ）发电机的无功功率表只是升高。因为有功负荷突然消失，而发电机
的励磁电流不变，又保持正常转速运行，这时发电机的电压就升高，而发电机是
并在电网上运行的，电压升高就会自动多带感性无功负荷，这样在发电机内就产
生更大的磁电枢反应，将电压自动降低，使发电机电压与电网电压相等，至于无
功负荷增加数值的大小，则与发电机原来所带的有功负荷大小有关，原来的负荷
愈大，无功负荷增加的数值也愈大。

      （5 ）发电机的功率因数表指示进相。因为这时发电机由系统吸收有功功
率，输出感性无功功率。

      （6 ）定子电流表指示降低。定子电流包括有功分量和无功分量两部分，
当有功分量降低后，总的定子电流值就要降低。

      （7 ）定子电压表及励磁回路的仪表指示都正常，因励磁系统未改变。

      （8 ）频率正常。但若该发电机容量圈套，所带负荷占电力系统中总负荷
的比例较重时，频率也要下降，因系统中缺少较多的有功电源。

      3 、发电机变为电动机时的处理：当同步发电机变为电动机时，主控室运
行人员应注意表计的指示，若发电机“逆功率”保护没有将发电机解列、停机，
此时不应该将发电机手动解列，并应注意维持定子电压正常，待主汽门汽门打开
后，由汽机主操尽快将危急保安器挂上，再带有功负荷。但有些汽轮机的危急保
安器在额定转速下是挂不上的，这时可以将发电机解列，降低转速，在挂上危急
保安器后，再进行并列，接带有功负荷，使其恢复同步发电机运行方式。若在
“主汽门关闭”信号出现的同时，又有“紧急停机”信号时，则应立即将发电机
与系统解列。

      上述同步发电机变为调相机运行时，对发电机来说，是没有任何危险的，
可以允许长时间运行。根据交流电机的可逆原理，发电机可以变为同步电动机运
行，而同步电动机也可以变为发电机运行。