（3）有功、无功功率表在全盘上摆动。 （4）转子电流、电压表在正常值附近摆动。 （5）频率表摆动。
同时，发电机发出鸣音，其节奏与表计的摆动合拍，发生振荡机组的表计摆动与其他机组表计摆动方向相反。
这时，电气值班人员应采取下列措施：
（1）对无自动调整励磁装置的发电机，应尽可能增加其励磁电流，以创造恢复同步的有利条件。 （2）对有自动励磁调整器的发电机，应降低发电机的有功出力，使机组容易恢复同步。
（3）如果采取上述措施仍不能恢复同步时，则根据现场规程的规定，经一定时间将发电机或发电厂的一部分与系统解列。解列点要选择负荷电流尽量小的地点，以便解列后各小系统的频率和电压不致突然增高或降低。因为当小系统中电源发出有功功率大于（或小于）系统有功负荷时，系统频率会升高（或降低）；当发出无功功率大于（或小于）系统中无功负荷时，系统电压升高（或降低），会给再同步造成困难。 电力系统振荡可能发展为失步，但在很多情况下能再度同步。电力系统中采用快速继电保护、高速开关、自动重合闸、自动调整励磁装置、自动切机、电气制动、电力系统稳定器等，都能增进电力系统的稳定，减少电力系统的振荡和失步事故。
5．同步发电机变为电动机（调相运行）
与系统并列的汽轮发电机，在运行中由于汽轮机危急保安器的误动作而关闭主汽门，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输出有功功率，但仍然输出无功功率，因为励磁系统没有改变而成为一台无功发电机。
当运行中的发电机变为电动机运行时，值班人员可发现以下现象： （1）发电机的有功功率表摆到零位。 （2）定子电流表可能降低。
（3）定子电压表和励磁回路的仪表指示正常。
（4）频率正常或稍有下降（视该发电机所带负荷占系统总负荷比重多少而异）。
如果发电机已变为同步电动机运行，对发电机来说是没有任何危险的，可以允许长时间运行。但是，对电力系统来说，缺少了一部分有功电源，可能使系统频率下降。另外，汽轮机长时间空载运行，尾部叶片将因与空气摩擦而过热，所以应通知汽轮司机尽快将危急保安器挂上，再带有功负荷（但有些汽机的危急保安器在额定转数下是挂不上的，这时可将发电机解列降低转数，在挂上了危急保安器以后，即可并列）。增加有功负荷，使其摆脱同步电动机运行方式，恢复同步发电机运行方式。 6．发电机升不起电压
当发电机启动升速至规定转速后，投入励磁调整器升压时，定子电压升不起来。这时的仪表反应一般有：
（1）定子电压表无指示或指示低，转子电压、电流正常。 （2）转子电压、电流、定子电压均无指示。
（3）转子电压有指示，转子电流、定子电压无指示。
另外，在测定直流电阻或进行自动调整励磁装置试验时，没断开励磁回路，所加直流产生的磁通又与残磁方向相反，结果也会使残磁消失，此时须用外加直流充磁。
为预防以上事故，在发电机检修时，一定要保证励磁回路接线正确，电刷位置安装正确，接触牢固，另外在通直流进行试验时，要把励磁开关断开，等试验结束后再恢复。 具有交流励磁机的大型机组还应监视副励磁机电压。若副励电压正常，而转子电压、电流低于空载值，则说明调节器回路有故障；有无断线或电压表有问题。当出现调节器回路故障时，必要时应将励磁调节器改为手动组（或备用组）升压。 7．发电机失去励磁
当发电机励磁失去后，励磁电流降为零，转子电压升高（当转子回路断开时）或都接近零（当励磁机的磁场回路断开时）。发电机的电压降低，定子电流升高，无功功率表指示为零，功率因数表进相。随着发电机频率略为升高，可能失去同期，电压表、电流表和有功功率表指针都摆动。
在电力系统中，许多发电机在其主油开关和励磁开关之间，装有联锁装置，这种联锁装置的目的，就
是为了当发电机励磁系统发生故障失去励磁时（如MK误跳），立即使发电机跳闸。 此外，转子回路短路（转子电压降低，电流增大），励磁机励磁回路短路（转子电压、电流均近于零），也会引起失磁。大容量发电机（125MW及以上）半导体励磁系统中，常由于可控硅整流元件损坏，晶体管调节器故障等原因引起失磁。
下面分析发电机失磁的物理本质。
发电机正常运行时，定子磁场和转子磁场是拉在一起以同步转速n1旋转的，通过气隙磁场，原动机转矩与有功负荷形成的电磁转矩平衡。失磁后，转子磁场衰减，气隙磁场削弱，电磁转矩减小，于是发电机转子加速与定子旋转磁场间出现了相对运动，即产生了转差s。这样，定子磁场则以sn1转速切割转子，在转子线圈、转子表面、阻尼绕组中感应出低频交流，这个电流与定子旋转磁场作用就产生了异步转矩。图3–23所示为发电机的平均异步转矩特性曲线，图中的曲线4表示原动机的转矩特性，随着转速的升高，即转差率增大，将引起调速器动作，关小汽门（或导水槽），减少进汽（或进水）量，减小原动机的输入转矩，因此原动机的输入转矩即由Myo下降，保证异步运行的发电机的转速不会无限升高。曲线4与汽轮发电机的平均异步转矩特性曲线1相交于A1点，与有阻尼绕组水轮发电机的平均异步转矩特性曲线2相交于A2点，与无阻尼绕组水轮发电机的平均异步转矩特性曲线3相交于A3点，这些点为转矩平衡点，即平均异步转矩相平衡的点，此时出现了新的平衡状态，转速不再升高，发电机在某一转差率下维持稳定运行，故称这种运行状态为稳态异步运行。A1、A2、A3称为稳态异步运行点，很明显，这些点决定了稳态异运行时，发电机输出有功功率的大小和运行的转差率。
图3–23 发电机平均异步转矩特性
1—汽轮发电机；2—有阻尼绕组水轮发电机；3—无阻尼绕组水轮发电机；
4—原动机转矩特性；Myo—原动机起始转矩即失磁前的原动机转矩
由图3–23可见，汽轮发电机具有良好的平均异步转矩特性，因而在较小的（约千分之几）转差率下，就能达到稳定运行点A1，此时由于调速器使汽门关闭的幅度很小，故输出的有功功率仍相当大。在异步运行时，发电机需从系统吸收大量的无功功率，以建立内部磁场，所以发电机的电压以及附近用户的电压将下降。所需无功功率的大小和发电机的同步电抗Xd以及转差率s有关，Xd愈大，s愈小，所需的无功功率也愈小。汽轮发电机的Xd较大，s甚小，所需无功功率也较小，网络电压降低不多。所以汽轮发电机短时间异步运行是允许的，可输出的有功功率大，转差率甚小，电压降低也很小，不会出现转子损耗过大而使电机受到损伤的现象。当励磁恢复后，电磁转矩又将汽轮发电机平稳地拉入同步。但是，长时间的异步运行也是不允许的，因会为引起发电机和铁芯端部过热，转子绕组也由于感应电流产生相当多的热量，引起发热和损伤，所以汽轮发电机的异步运行受到时间限制，一般规定中、小型汽轮发电机的异步运行时为15~30min，不宜过长。大型机组（200MW及以上）由于失磁后对系统威胁较大，且大机组本身励磁系统复杂失磁机会多，故失磁后处理较为严格，一般100MW及以上机组皆装有失磁保护，带时限地动作于跳闸。
水轮发电机和汽轮发电机不同，平均异步转矩特性较差，当s变化很大时，平均异步转矩变化不大，最大平均异步转矩也小于失磁前的原动机转矩My0，；因而只能在滑差相当大时才能达到稳定运行点A2、
A3，如图3–23所示。在这样大的s下运行，转子有过热的危险，所以一般是不允许的。除此之外，水轮发电机的同步电抗Xd较小，异步运行时定子电流很大，所以也应限制其异步运行。当水轮发电机失去励磁后，特别是无阻尼绕组的水轮发电机，转速迅速增加，负荷减小到接近于零 ，所以必须将它从电网中切除。对有阻尼绕组的水轮发电机，情况略好一些，但一般约在滑差为3%~5%时。才出现转矩的平衡（图3–23中的A2点），对阻尼绕组有过热的危险，所以一般只允许运行很短的时间（约几秒）必须设法迅还恢复励磁或切除发电机。
汽轮发电机在失磁后，如果电力系统电压降低的条件可以允许，且无损坏发电机的现象（转子两点短路，不允许的振动和着火等），则不必立即将发电机从电网断开（试验表明，中、小型汽轮发电机带40%～60%的额定功率运行30min一般是无问题的）。但在规定的时间内应作以下工作： （1）切断励磁开关并降低有功出力到无励磁运行所允许的数值。
（2）查明失励原因，并尽可能消除；或用备励供给发电机励磁。如果不能在30min内恢复励磁（用主励或备励），则应采取措施，将已失励的发电机有功出力转移到其它机组，然后将失磁发电机解列。
（3）发电机失磁后，应停用自动励磁调整装置，其他未失励机组自动调整励磁装置必须继续工作，并允许其按规定过负荷运行。
对空冷或表面氢冷的发电机是否允许无励磁运行，取决于下列条件： （1）因转差引起的转子损失应不超过正常额定损失。 （2）定子电流不超过规定值。 8．发电机转子两点接地
发电机转子两点接地时有下列现象：励磁电流剧增，励磁电压下降；发电机无功负荷大为降低，功率因数提高可能进相，发电机本体剧烈振动。
发电厂装有转子两点接地保护时，保护动作（当发现励磁回路有一点接地时，应该投入转子两点接地保护）。如发电厂没有装设转子两点接地保护或保护装置没投入或失灵时，运行人员当发现发电机励磁回路突然发生两点接地时，应立即解列发电机。
转子回路发生两点接地，由于部分绕组短路，回路电阻减小，电流剧增，使绕组过热。由于部分绕组短路，绕组的匝数减少，使主磁场减小，发电机向系统送出的无功功率显著降低，因此功率因数升高甚至到进相。从系统吸收大量无功功率，所以此时定子电流可能增加，故障发电机和其他并列运行的发电机都可能因此过负荷。另外部分被短路绕组的磁极磁力减低，而绕组完整的磁极磁力保持不变，使磁场不平衡发生畸变，引起机组剧烈振动。在接地处转子绕组和铁芯可能被电弧烧伤，因为转子绕组接地处不会十分可靠，只接触一点或极小一块面积，在两点接地时，大电流经过接地点发生电弧，能将接地点及附近的绕组和铁芯烧坏。
此外，转子两点接地也可能引起严重的机组磁化，造成更为严重的后果。
发电机转子回路两点接地是发电厂的严重事故，处理时必须判断正确，处理果断，才能减少损失。 9．发电机着火
在端盖、窥视孔等处发现有冒烟、火星或烧焦气味时，就说明发电机内部已着火，此时值班司机应打掉危急保安器并给主控发出“机器危险”的信号。电气值班员接到信号并发现发电机有功出力消失时，应立即将发电机解列，同时向汽机发出“发电机已解列”的信号，司机接到信号后就使用专用的灭火装置，将发电机消防水带接好，打开通向发电机的水门进行灭火。如发电机灭火装置不能灭火或发生故障时，可将发电机窥视孔打开，用水龙带向发电机端部喷水进行灭火。
电力变压器及其运行
电力变压器是发电厂和变电所的重要电气设备之一。利用它不仅能实现电压转换（升压或降压），以利于远距离输电和方便用户使用；而且能实现系统联络、改善系统运行方式和网络结构，以利于提高电力系统运行的稳定性、可靠性和经济性。随着电力系统的发展，电压等级越来越高，这样在电能输送过程中，升压和降压的层次就必须增多，系统中变压器的总容量也大大增加。目前，在电力系统中变压器的总容量已增至8~10倍的发电机总容量。尽管电力变压器是一种运行可靠性和效率都很高的静止电器，但其在电力系统中所占的故障比例和能耗总量仍十分可观。因此，设法尽量减少变压层次，经济而合理地利用变压器的容量，改善系统网络结构，提高变压器的可靠性和运行水平，仍是当前电力变压器运行中的主要课题。
第一节 电力变压器的基本知识
一、变压器的基本工作原理
变压器是利用电磁感应原理制成的一种静止电器。如图4?1所示为变压器的原理图。它有一个闭合铁芯，铁芯上有两个绕组，其中一个绕组接至交流电源，称为一次绕组；另一个绕组接负载，称为二次绕组。
图4–1 变压器的原理图
当一次绕组接入交流电压u1时，一次绕组中有交变电流i1通过，并在铁芯中产生交变磁通?，其频率与电源电压频率相同。铁芯中的交变磁通同时交链一次、二次绕组，根据电磁感应定律，分别在一次、二次绕组中产生交变的感应电动势e1和e2。当感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时，它们之间的关系为：
e1??N1e2??N2d? dtd? （4–1） dt式中 N1——一次绕组匝数； N2——二次绕组匝数。
式（4–1）表明，交变磁通在绕组中的感应电动势与绕组的匝数成正比。一般情况下，N1?N2，所以e1?e2。如果忽略一些次要因素，可以认为e1?u1，e2?u2。因此可得u1?u2，这就实现了变换电压的目的。当二次绕组接上负载时，便有电流通过，向负载供电，实现了电能的传递。 二、变压器的主要结构
变压器的基本结构部件是铁芯和绕组，将这两部分装配在一起就构成变压器的器身。油浸式变压器通常将器身安放在充满变压器油的油箱里。油箱外还有冷却装置、出线装置和保护装置等。下面以双绕组油浸式电力变压器为例介绍变压器的结构，图4–2为油浸式电力变压器外形结构示意图。
图4–2 油浸式电力变压器
1—铭牌；2—信号式温度计；3—吸湿器；4—油表；5—储油柜；6—安全气道； 7—瓦斯继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；
12—放油阀门；13—器身；14—接地板；15—小车
1．铁芯
铁芯是变压器的磁路部分，铁芯上套有绕组的部分叫铁芯柱，连接铁芯柱的部分叫铁轭。
铁芯的基本结构有两种类型，一种芯式，它的特点是绕组套在铁芯柱上，铁轭只盖住绕组的端面；另一种是壳式，它的特点是铁芯柱和铁轭包围着绕组。电力变压器一般采用芯式铁芯。
为了减小励磁电流，降低交变磁通在铁芯中引起的涡流损耗和磁滞损耗，变压器的铁芯采用导磁性良好的硅钢片叠成。硅钢片的厚度一般是0.35mm或0.5mm，涂以绝缘漆作为叠片间的绝缘。叠装硅钢片时，常采用交错式装配方法，图4–3（a）为相邻两层铁芯叠片示意图。
随着电力工业的迅速发展，节约能源已成为国际上研究的重要课题。在国外，晶粒取向的电工钢片正逐渐被非晶合金、高硅材料和簿片材料所取代。目前国内采用的是优质Q147–30型冷轧晶粒取向硅钢片，采用45?全斜接缝叠装，如图4–3（b）所示。
图4–3 硅钢片叠装示意图
（a）交错式叠装图；（b）全斜接缝叠装图
2．绕组
绕组是变压器的电路部分，一般用包有绝缘的铜线或铝线绕制在绝缘筒上，按照高、低压绕组相互之间的位置以及绕组在铁芯上的安排方法，变压器的绕组可分为同心式、纠结式等，如图4–4（a）和图4