摘要：从发电机发出的功率和负荷功率平衡原理，阐述振荡和失步的现象原因分析，提出了解决问题的措施和方法。
关键词：发电机；振荡和失步；现象原因分析；解决措施
前言
在发电生产中受系统故障影响以及发电厂机组本身故障问题影响，时常发生发电机静态振荡乃至发电机动态振荡和失步事故。轻者使发电机各表计摆动，重者使发电机强烈振动，失去同步，系统瓦解成若干小系统，给电网运行和用户及发电厂带来严重后果。因此，避免产生失步现象，稳定电力系统运行是非常必要的。
发电机振荡原因如下：系统突然短路，大机组或大容量线路突然断开等。本文以短路引起系统骚动为例，说明振荡和失步的原因。
1功角特性
根据实践经验和试验研究证明，同步发电机输出的有功功率和δ角有关，它们之间的关系符合下述公式：
式中，Pdc为电磁功率；m为相数；U为端电压；E0为发电机感应电势；Xd为8发电机的同步电抗；δ为定子磁极中心线和转子磁极中心线的夹角（也是端电压U和感应电势E0间的夹角。）公式中Pdc与δ的关系是一正弦曲线，它有最大值P＝m（UE0／Xd），出现在δ＝90°时。因为δ能表示发电机输出功率的大小，所以称它为“功角”，Pdc与δ的这种关系便称发电机的功角特性。
2振荡和失步的原因
发电机并网运行情况可用功角特性来分析，设发电机经变压器和线路连接到无穷大系统的高压线路母线上，如图1所示。这里，Uδt是系统中变电所的母线电压，X是从发电机到变电所母线的综合电抗，包括发电机电机Xd，变压器电抗Xb、线路电抗XX的等值网络电抗。其功角特性如图2所示，δ是Ed和Uxt的向量夹角，曲线1表示正常工作时的特性，汽轮机的输入功率为P0，正常工作点为a点，对应的角度为δ。当系统发生短路时，电源间的综合电抗发生变化，假设平行的一条线路被切除使X变大，由X变为X′，这时发电机输出功率也发生变化，功率特性由曲线1变到曲线2，（最大值Pm>Pm'）。由于转子有惯性，转速不能突变，刚短路时的瞬间δ间未变，所以发电机的运行点将由a点落到b点。b点上功率是不平衡的，此时，输入功率大于输出功率，反应在转子上就是力矩不平衡，主力矩大于阻力矩，在过剩力矩作用下，转子开始加速，δ角增大。在功角特性上，运行点从b点向c点方向变化。在δ角增大的同时，输出功率也增大，即阻力矩也增大，当到达C点时，输入功率和输出功率平衡，理应停在这点上运行，由于转子的惯性作用，还会往前冲，于是越过C点，角度继续增大。但是δ角一过C点，输出功率反而大于输入功率，阻力矩大于主力矩，在相反的过剩力矩的作用下，转子的转速便会减慢。当达到d点时，转子惯性所起到的作用消失，但在这个点上是稳定不住的，发电机的输出功率大于输入功率，阻力矩大于主力矩，在这个过剩力矩作用下，转子减速，δ角开始变小，运行点从d点向c点方向变化，当到达C点时，又由于转子的惯性关系，不能停留在C点而继续从C点向b点方向减速，δ角重新回到b点，惯性消失，但在b点附近又有过剩力矩作用，于是又开始新的摆动，象这种围绕着新的平衡值，角度时大时小来回变化，转子速度环绕着同步转速时高时低的情况就叫做“振荡”。
振荡有两种可能的结果，一种是发电机能稳定在新的工作点保持同步运行，一种是可能造成发电机失步。
当电机在C点的周围来回振荡时，发电机转子和定子磁场有了相对速度，这样在转子上的阻尼线圈或槽楔、铁芯表面、转子线圈等处便会感应电流来，这个电流与定子磁场作用就会产生阻尼力矩，即异步力矩。阻尼力矩总是起反对转子的转速变化作用的，故当上述在b、d点范围内振荡时，每次来回变化的幅度会愈来愈小，振荡会很快衰减下来，最后稳定在新的工作点C上继续运行，此时功率达到平衡，这属于第一种情形。如果振荡开始时过剩力矩很大，转子的冲劲很大，到达d点时相对速度还没有降到零，即惯性还在起作用，仍继续往前冲，一直冲到越过横线P0和曲线2的另一个交点e后，此时由于角度越大，阻力矩愈小，过剩力矩愈大，转子更加速，功率平衡不了，δ超过180°，发电机就会造成失步，这是上面所说的第二种情况。这里的δe是个临界角度，振荡摆过了这个角度就会遭到失步。