同步发电机失磁异步运行，是指发电机失去励磁后，仍输出一定的有功功率，以低转差与电网并联运行的一种运行技术。发电机突然地部分或全部失去励磁，是发电机励磁回路常见的故障之一。发电机失去励磁的原因，一般是由于励磁回路故障所造成的。而当出现失磁故障时，若发电机能够短时异步运行，运行人员便可借此机会寻找失磁原因，迅速消除失磁故障，恢复励磁实现再同步，使发电机恢复正常运行。这对于减少用户的停电损失、确保供电可靠、提高发电机的使用寿命和电力系统安全和稳定运行具有重要意义。

　　研究结果表明，发电机失去励磁后，将有功功率迅速减少到额定功率的40%～50%，就可能在较低转差下进入稳态异步运行。失磁异步运行技术目前许多国家已广泛采用。原苏联对于直接冷却50～300 MW的发电机，当输出功率不超过额定值的40%时，允许异步运行15 min.我国国家标准规定：“300 MW及以下容量的发电机失磁后应在60 s内将负荷降至60%，90s内降至40%，总失磁运行时间不超过15min.600MW及以上发电机由制造厂与用户协商解决”。

　　国外许多国家都很重视研究大型汽轮发电机的失磁异步运行技术，并进行了失磁异步运行的试验研究。20世纪90年代以前，我国在200 MW以下机组作了多台次的失磁异步运行试验研究。但对300 MW及以上容量的汽轮发电机除了进行过一些分析计算外，尚未作过这方面的实验。发电机失磁异步运行时出现的现象主要为：（1）当发电机失去励磁后，转子电流迅速按指数规律衰减，其减小的程度与失磁原因、失磁程度有关。

　　（2）定子电流以及从电网吸收的无功功率均随转差的增大而增加，因而使定子电流明显增大，定子电流增大的同时发生摆动。

　　（3）发电机一方面向系统输送有功功率，另一方面也从系统吸收无功功率以磁化转子。因此，无功功率表指示为负值，功率因数表则指示为进相。

　　（4）发电机失磁转入异步运行后，即成了一台转差为s的异步发电机。此时，发电机端电压降低。同时，由于定子电流增大，使线路压降较大，故导致母线电压降低，并随定子电流的摆动而摆动。

　　理论分析和实验结果表明，限制发电机失磁异步运行能力的主要因素是定子端部铁芯和金属结构件的发热、定子过电流、振动和系统无功功率储备等。对于发电机本身来说，主要的限制因素是定子端部发热和定子过电流。对于要采用失磁异步运行的大型发电机，一般需要经过试验或参照同型发电机的试验结果来确定。但是，由于电力系统的特殊性，对发电机和电网的可靠性和安全性要求极高，进行真机试验是非常困难的，特别是对于失磁异步运行这类具有一定风险性的试验更是困难。

　　在某电厂进行进相试验时，由于励磁系统回路故障导致了发电机失磁，意外地作了一次发电机的失磁异步运行试验，本文主要介绍此次试验的过程及得到的结果。

　　1机组概况及主要参数试验是在QFSN-300-2型汽轮发电机上进行的，该机组为哈尔滨电机厂生产的引进优化型300 MW汽轮发电机，采用水、氢、氢的冷却方式，三级励磁。机组于1996年投入商业运行，接于500 kV电网，机组各方面状况良好。

　　机组的主要参数如下：视在功率S n =353 MVA；额定功率P=300 MW；每极串联绕组数8；额定功率因数cosΦ=0.85；额定励磁电流I f =2.642 kA；额定定子电流I a =10.19k A；额定定子电流I b =10.19k A；额定定子电流I c =10.19 kA；额定定子电压V 1 =20k V；额定励磁电压V f =365.2 V；气隙长Lef=75 mm；转子绕组每极串联匝数W 2 =70；转子本体长度8.1 m；定子槽数Z 1 =54；转子槽数Z 2 =32；转子槽宽度37.5mm；每槽匝数9；并联支路数a =1；定子绕组每槽导体数N 1 =2；每相串联匝数W 1 =9；励磁绕组电阻R r =0.1253；励磁绕组电感L r =0.87 H；定子绕组电阻R s =0.125；额定频率f =50 Hz；相数m =3.

　　2试验研究原计划在此机组上进行进相试验，因此整个工作是按进相试验的要求作的准备，在发电机端部结构件上埋设了热电偶作为测温元件，故障录波器也是按进相试验的要求调整的。由于对失磁情况的出现没有思想准备，因而对失磁试验准备不足，所以在发电机突然失磁时，有些数据没有记录下来。尽管如此，通过故障录波器和测温元件采集的数据也可以在一定程度上说明问题。

　　2.1测温元件的布置测温元件一般安放在温度较高处，由文献<4>、<5>的分析结果，考虑发电机端部磁场分布及通风冷却的效果等因素，在发电机端部结构件上共埋设了8个铜－康铜热电偶作为测温元件，元件埋设位置及元件编号如图所示。

　　图发电机端部结构及热电偶埋设位置2.2试验过程及结果分析试验开始时，输出的有功功率为额定功率300 MW，然后手动调励磁，作进相试验，其间励磁系统回路突然发生故障，造成了发电机失磁，失磁运行开始时间为9：43.后经现场运行人员调整，发电机于10：20实现再同步，失磁异步运行结束。失磁异步运行过程中，各参数的实测值如所示。考虑到发电机的热容量，表2中记录测温点数据的时间比中记录数据的时间有所滞后。

　　通过上述实验结果可见，失磁异步运行开始时，发电机输出的有功功率很高，失磁后没有在60 s内将负荷降至60%，而在失磁后近30 min内平均负荷仍维持在额定负荷的60%以上，并且总的失磁运行时间近40 min，大大超过了国家标准的规定。从表2中测温元件测得的温度看，最热点的温度仅为92.2℃。查看试验时热工系统所记录的发电机定子绕组的温度，最高温度仅为77℃。后来对该发电机进行了解体大修，经仔细检查，定、转子绕组、定子铁心、转子本体均无过热迹象。可见，在如此恶劣的条件下失磁异步运行，发电机端部结构件和定子绕组的温度仍很低。

　　该发电机采用F级绝缘按B级绝缘考核其耐热温度，所以绝缘的温度限值为130℃。由于该发电机采用水、氢、氢的冷却方式，按国家标准的规定其端部结构件的温度限值为120℃，定子绕组温度限值为110℃。通过试验看到，由于各测温点的温度较低，定子端部结构件和定子绕组尚有较大的温度裕度。所以，仅就发电机本身而言，QFSN-300-2型汽轮发电机具有较强的失磁异步运行能力。

　　3结论通过真机试验表明，QFSN-300-2型汽轮发电机的失磁异步运行能力，不仅能达到国家标准的规定，而且还具有比较大的裕度。另外，发电机失磁异步运行和进相运行都是发出有功功率而吸收无功功率，失磁异步运行是进相运行的极端情况。由于该型发电机具有较强的失磁异步运行能力，其进相运行能力符合国家标准的规定是毫无问题的，并且也会有较大的裕度。该试验为今后大容量汽轮发电机机组的设计和同类型发电机失磁异步运行及进相运行能力的确定奠定了基础。