（国网四川省电力公司都江堰市供电分公司 四川都江堰 611830）
摘要：随着我国对低碳经济的不断推广，国家能源行业正在大力发展清洁能源。水力发电受到了人们广泛的关注，然而，在实际的运行中，小型水轮发电机会出现不对称运行的情况，导致这种问题的发生的原因有三相负荷不对称、变压器或线路阻抗不对称、水电站的接地电阻不合格等，国内外学者对这方面进行了大量的研究。本文介绍了水轮机不对称运行时对机组的影响，然后，结合实际案例给出了不对称运行处理措施。希望本文的工作能为从事相关工作的人员提供一定的指导和帮助。
关键词：水轮发电机；三相负荷不平衡；阻抗不对称可靠性
引言
电力系统是世界最复杂的系统，一般情况下其负荷基本为三相对称，包含配电变压器、异步电动机等，在运行阶段，发电机都是处在对称状态。然而，实际情况中，受电力系统和发电机运行状态的影响会出现不对称情况，这时三相电压、三相电流也为不对称运行情况，学术界将不对称运行时间分为短暂和长期两种。所谓的短时间三相不对称运行状态主要是电力系统或发电机不对称短路状态，输电线路中出现自动重合闸时，隶属于短时不对称运行阶段，水轮发电机不对称运行分为相角、电流值不对称运行方式。
1发电机发生不对称运行的主要原因
不同的小型水电站发电机出现不对称运行原因各有不同，当水电站经过变压器与10kV线路并列运行时，发电机出线的电压为400V，现阶段，发电机出现不对称运行的原因可以分为以下几点：（1）当发电机向外供应负荷出现不平衡情况时，特别是负荷分配不均，大容量负荷偏高，有时运行过程中的负荷投切容易发生不均衡问题。（2）在实际的运行中，部分水电站接地电阻不符合要求，存在偏高问题，致使接头数量偏多。（3）实际运行中，发电机经变压器升压导致断路器及发电机本身的断路器，在操作中可能会发生不同步运行，或者某一相出现接触不良的现象。（4）运行阶段，三相阻抗发生不平衡问题。（5）输电线路存在短路问题，如单相接地短路、两相接地短路等，产生不对称。（6）输电线路发生单相或两相断路情况。上述介绍的六种问题时发电机发生不对称运行的根本原因。一旦水轮发电机出现不对称运行，就将严重影响发电。
2不对称运行对发电机组的影响
对于部分比较大的水轮发电机而言，其铭牌上的各项参数都是在对称条件下测量出来的，依据这些测量参数来制造出水轮发电机。经过大量的实践证明，三相电流合成的磁场与转子磁场同方向、共速度，为此可以看出宣战磁场与转子之间会相对静止，顾定子磁场不会切割。当然，在实际中如果出现不平衡电流时，需要按照对称分量法，可将三相电流分解为零序、正序、负序三组对称分量，在接线方面，发电机连接为星型，零序电流无法通过，为此，如果发电机中往往只会剩下正序、负序分量，磁阻中只有对称电流会产生磁场，正序电流将产生正序磁场，这个磁场和转子磁场同方向、同速度，负序电流会产生负序旋转磁场，其转动方向和转子完全相反，它的速度为转子的两倍，这些变化是发电机内部遭受三相不对称电流的影响。（1）当发电机处于不对称运行阶段时将导致转子过热。定子负序电流产生的旋转磁场速度为转子的两倍，这个速率对转子的磁场切割，可以在铁芯的表面和凹槽内或者转子其他位置处出现感应电流，这个电流将增加铜耗，同时会出现转子铁耗，最终导致转子温度升高。水轮机转子为一大风扇，其通风条件比较好，然而受到负序电流产生的附加损耗影响，温度升高问题的解决已迫在眉睫。（2）发电机不对称运行将影响到其整体运行情况和电能质量。发电机组产生的负序电流出现附加损耗，导致发电机运行效率逐渐下降，其出力会降低。由于存在负序电流，将导致发电机电流和电压畸变，这种变动的波形将影响到电网和用户的正常使用，电能质量也会下降。（3）不对称运行会诱发机组振动。根据干扰力大小可以概括为三类，分别为水利、机械、电磁振动。不对称运行的水轮发电机不对称运行的时候回产生电磁振动，这种振动主要是由于脉动力矩产生，这类力矩的产生于磁路不对称相关。众所周知，大多数的水轮发电机转子为凸极式结构，磁极的两端气隙大小不一，磁阻也不相同。在负序磁场正对着纵轴时，由于气息小、磁阻会很大，那么磁力线就会比较多，定子与转子之间的作用力相对比较大。为此，一旦出现不对称运行，在定子转子的气息之间，转子和负序旋转磁场中将出现大的作用力，电磁转矩会出现变化，这类力矩会在转子和定子上，致使发电机出现振动，让定子和转子基座产生振动，这时会发生噪声，这种长时间的振动对机组的危害比较大，有时将威胁到机组的寿命。当振动过于激烈时，就可能导致焊缝裂开，老化的零部件将被甩出，威胁到机组整体的安全稳定运行。由于水轮发电机的转子为凸极式，当出现三相不平衡电流时，发热 和出力降低问题会及时显示出来，振动时最主要的危险点。因此，在水轮发电机不对称运行时，振动问题应受到相关人员的高度重视。根据发电机运行的规程规定，水轮发电机的三相电流存在差距，其误差不得高于额定电流的20%，值得一提的是三相电流的任何一相都 不能比额定值大。在水轮发电机中负序电流值不能比额定电流的12%高。
3不对称运行的处理方法
对于小型水轮发电机而言，防止其长时间产生负序电流，是保障其安全运行的主要措施。工程实际中为了预防机组长时间产生负序电流，就要严格控制机组长时间在不对称负荷下运行。为此，首先应该对水电站的负荷进行均匀分配，即始终做好平均分配工作，确保不平衡度维持在合理的范围内。经过变压器升压以后的水电站，应优先保证变压器和断路器的阻抗平衡，并需要将断路器进行改造以实现发电机和变压器的投切，降低高压侧负荷投切，增加发电机三相同步运行程度。对于输电线路而言，尤其是发电机出线，各相的导线需要运用同面积、同材料，并负荷热稳定和动稳定要求。对于线路的线头，需要均匀的分布，不能集中在某一相中。保证线路的阻抗平衡，是提高线路质量，增强绝缘化水平的重要内容。此外，还需要对线路进行细致的运维管理，以减少线路单相断线、接地、两相故障问题的发生，当小型发电机发生这类不对称运行事故后，需要及时即的进行处理。在实际的运行中，让水电站机组完全处在对称运行的情况比较难以实现，然而需要满足下述条件要求：第一，接卸的振动不能超过允许的最大值。第二，发电机的转子和定子温度升高不能比规定值大。第三，三相中的任何一相电流都不能比额定值大。第四，三相电流的差值，不能比额定值的20%大。经过上述对水轮发电机产生不平衡原因的影响进行分析，需要及时调整负荷的承载比，尽量保证负荷的平衡。发电机和变压器接地电阻需要特殊处理，其阻值应在4欧姆以下，其次，还需要更换发电机的出线，运用四根同界面、同材料的电缆。还要对升压变压器的吊芯做特殊处理，让变压器的直流电阻日趋平衡，经过特殊的处理以后，这些水轮发电机组电流基本维持在一定的状态，通过三相不平衡电流可以基本控制在5%以内，并且达到十分良好的效果。
4案例分析
以某地区2012年的水轮发电机为例进行说明，该水轮发电机的名牌信息解释为下表所示：
在运行过程中出现过三相电流严重不平衡的现象，最严重时三相电流之差达80A，电流差达额定电流的36%，远远超过规程20%的规定，发电机中性线电流偏大，机组出力下降，振动特别厉害，严重影响机组设备的安全运行。运行人员进行了负荷均匀分配、对线路进行及时运维、全过程监督管理等方法，控制了负荷不平衡问题，为机组安全稳定运行奠定了坚实的基础。
5结束语
在水轮发电机运行阶段，发生不对称运行是一种比较特殊的方式，需要根据水轮机的实际运行情况进行具体分析，对于常见的不对称问题应做好相应记录，为后期防止不对称运行采取具体措施做准备，从而保证电站安全运行，避免事故扩大。
参考文献：
[1] 农少安.水轮发电机组增容中的发电机转子改造[J].中国新技术新产品. 2017（09）
[2] 马云勇.水轮发电机组动平衡分析[J].贵州电力技术. 2015（12）
[3] 唐健，赖喜德.混流式水轮机组技术改造前后性能分析[J].小水电. 2015（05）
论文作者:邓国富
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
标签：不对称论文; 水轮发电机论文; 发电机论文; 转子论文; 电流论文; 机组论文; 磁场论文; 《电力设备》2018年第17期论文;