国产电动机组面临的主要电力系统问题

　　工控摘要：由于发电机定子磁场不可能均匀等原因，在发电机转子上便会产生几伏或更高的电势差。为了保证大轴与地同电位，应该在发电机汽轮机侧装设大轴接地碳刷。
　　
　　在中国电力系统中，国产发电机组占有较大比重，如何使这些机组安全率运行，是电力工作者的重要任务。多年的工作经验认识到，国产发电机组运行中存在一些共同的问题，这些问题涉及到设计、施工、运行等诸多方面。
　　
　　1发电机的接地碳刷问题
　　
　　由于发电机定子磁场不可能均匀等原因，在发电机转子上便会产生几伏或更高的电势差。由于发电机转子和轴承、大地所构成的回路阻抗很小，就可能形成很大的轴电流。为阻止该电流的形成，制造厂在发电机励磁机侧所有轴承下垫装了绝缘片，把轴电流通路隔断。同时，为了保证大轴与地同电位，应该在发电机汽轮机侧装设大轴接地碳刷。中国制造厂家均提供一个接地碳刷装置（国外厂商有的是提供两个），而设计部门在设计图纸上根据转子接地保护的要求，将二次保护接线经碳刷连接大轴，这样很多施工单位就把制造厂家供给的接地碳刷作为转子接地保护的“接轴”用了，而该碳刷并没有接地。发电机大轴在汽轮机侧未接地是有害的。
　　
　　由于发电机大轴对地有电位差，就可能造成大轴通过轴瓦油隙对地放电，造成轴瓦电烧伤。在某些事故情况下危害更大，如果发电机励磁机侧轴承座的对地绝缘（包括连接轴承的油管对地绝缘）遭到损坏，可能会引起很大的轴电流，特别是如果定子线圈发生匝间短路时，该轴电流会更大，不仅会损伤轴瓦，而且还可能因很大的轴电流流过汽轮机轴引起汽轮机有关部件的磁化。为此，发电机组在安装阶段必须将接地碳刷接地（或经一个小电阻接地），并且在运行中要注意维护发电机励磁机端各轴承的对地绝缘，特别要注意防止发电机励磁机侧的各测温、测振热工电缆的金属外皮将轴承的对地绝缘短路。
　　
　　2高压厂用备用电源自动切换问题
　　
　　高压厂用备用电源自动切换（备用电源自动投入），中国设计有两种方式：一为无时限快速切换，二为低电压闭锁*切换（即慢速切换）。
　　
　　（1）高压厂用电动机在备用电源投入时所承受的电压分析。在高压厂用电源因某种原因跳闸后，该段母线上所有电动机将作减速运行，由于电动机的反电势作用，在母线上产生残压。该残压将随时间而衰减，即残压的幅值在渐渐减小，并且和系统的相位差在随时间变化而变化。
　　
　　1）当实现备用电源切换到母线上时，电动机上将突加一个电压K△U，如△U过大会对电动机造成很大的冲击电流，如果切换时间愈短，则△U愈小，对切换越有利。在《电力工程电气设计手册》（2）第22-1节指出：当K=0.67时，在0.3s以前切换时是安全的。
　　
　　2）θ角随时间的变化，主要和母线上所带大型电动机的容量及特性有关。所以，对于不同容量的发电机组θ角随时间的变化不一样，就是同容量发电机组也因所选主要辅机的不同而不同。
　　
　　3）在θ角大约达120°～240°时切换zui危险。电动机将承受的冲击电压zui大，这可能造成电动机的损坏、损伤或过流保护动作跳闸。
　　
　　4）如切换时间过长，一方面机组辅机转速降低过多，造成锅炉运行工况的变坏。另外，母线残压过低，切换后电动机自起动困难，都可能造成机组的运行工况大的扰动甚至停运，这是不希望的。
　　
　　（2）快速切换存在的问题。根据机组所选用的辅机的电动机情况，有的机组的高压厂用电切换设计为无时限切换。由于所选用的断路器是国产少油式开关，其合闸时间在0.2s左右，再加上继电器动作时间，切换时间将长达约0.3s，所以切换是不安全的。已投入运行的电厂是这种切换方式的，应尽快将高压厂用母线上电源开关改换为合闸速度快的真空断路器或SF6断路器，（其合闸时间是：0.08～0.2s）这样切换才比较安全。有的进口机组将快速切换限定在150ms以内，如果切换失败自动转换成慢速切换，这种设计更为合理。
　　
　　（3）慢速切换存在的问题。国产机组高压厂用电自动切换采用慢速切换的也不少，设计采用低电压检定加时间闭锁的切换方式，即切换条件有2：①母线电压低于某值才允许切换;②切换限定在某整定时间内完成。现在的问题是低电压检定继电器和时间闭锁继电器如何整定。既要保证切换一次成功，又要保证高压厂用电动机在切换中不受到过电压冲击，并在电动机允许承受的电压下实现尽快切换。
　　
　　低电压检定继电器的整定必须考虑zui坏的情况，即系统电压和厂用母线残压正好反相时切换。如果备用电源切换瞬间系统电压在高压厂用变压器上的压降约30V（具体压降值可由计算或试验求得），为了保证切换时加在母线上高压厂用电动机的电压不超过1.1Ue，考虑到低电压检定继电器接点闭合到备用电源合闸这一短暂时间内，厂用母线电压仍在降低，所以低电压检定继电器的整定值可整定为45V，但一般不应大于45V。
　　
　　时间闭锁继电器的整定，要保证在整定时间内能可靠完成切换，又不能整定时间过长，以致可能造成的过低电压下切换，使厂用电动机不能自启动。正确的整定值通过试验确定;例如录制机组在正常运行方式下高压厂用电源跳闸时厂用母线残压随时间变化的曲线，以求得在某一低电压检定继电器的整定值下闭锁时间继电器的整定值。