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1、第二节第二节 汽轮发电机运行汽轮发电机运行（4 4学时）学时）1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构2 2、汽轮发电机运行原理、汽轮发电机运行原理3 3、汽轮发电机的运行维护、汽轮发电机的运行维护n一、本工程发变组系统简介一、本工程发变组系统简介n本工程规划建设规模本工程规划建设规模 1300MW+25OMW 1300MW+25OMW 热电联热电联产机组。产机组。n#1#1机组（机组（300MW300MW）采用发电机采用发电机变压器组单元接线接入变压器组单元接线接入 22OkV 22OkV 母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器及高压厂用变压器
2、之间采用全连式离相封闭母线连接，发及高压厂用变压器之间采用全连式离相封闭母线连接，发电机中性点采用高电阻接地方式。发电机采用自并励静止电机中性点采用高电阻接地方式。发电机采用自并励静止励磁方式。励磁方式。n#2#2、3 3机组（机组（50MW50MW）采用发电机采用发电机变压器组单元接线接入变压器组单元接线接入110kV 110kV 母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器及高压厂用变压器之间采用共箱封闭母线连接。发电机采及高压厂用变压器之间采用共箱封闭母线连接。发电机采用无刷励磁方式。用无刷励磁方式。n本期只完成本期只完成#1#1、2 2机组的
3、建设。机组的建设。n二、同步发电机的基本原理二、同步发电机的基本原理 同步发电机主要由定子和转同步发电机主要由定子和转子构成。子构成。定子上有定子上有AX、BY、CZ 三相三相定子绕组，在空间互差定子绕组，在空间互差120电角电角度度对称分布放置于定子铁芯槽中。对称分布放置于定子铁芯槽中。转子则有一对转子则有一对磁极磁极，上面装，上面装有直流励磁的转子绕组，当直流有直流励磁的转子绕组，当直流电流通过电流通过电刷电刷和和滑环滑环流入转子绕流入转子绕组后，产生的磁通由组后，产生的磁通由N 极出来经极出来经过气隙、定子铁芯，再经气隙进过气隙、定子铁芯，再经气隙进入入S 极构成主磁路。极构成主磁路。当
4、发电机的转子由原动机驱当发电机的转子由原动机驱动，以转速动，以转速n（按图示方向）（按图示方向）3000 转分钟作恒速旋转时，转分钟作恒速旋转时，定子三相绕组的导体依次切割定子三相绕组的导体依次切割磁力线，于是，定子三相绕组磁力线，于是，定子三相绕组便感应出三相大小相等、相位便感应出三相大小相等、相位彼此相差彼此相差120的交流电动势。的交流电动势。据右图所示转子的转向，若据右图所示转子的转向，若气隙磁通密度按正弦波分布，气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形为则三相绕组感应电动势波形为正弦波，相序为正弦波，相序为ABC。n三、三、300MW300MW汽轮发电机介绍汽轮发电机介绍n
5、三、三、300MW300MW汽轮发电机介绍汽轮发电机介绍n1 1、型号、型号n2 2、概述、概述n本型汽轮发电机为三相二极同步发电机，由汽轮机直本型汽轮发电机为三相二极同步发电机，由汽轮机直接拖动。接拖动。n本型汽轮发电机的冷却采用本型汽轮发电机的冷却采用“水氢氢水氢氢”方式，即定子方式，即定子线圈（包括定子引线，定子过渡引线和出线）采用水线圈（包括定子引线，定子过渡引线和出线）采用水内冷，转子线圈采用氢内冷，定子铁心及端部结构件内冷，转子线圈采用氢内冷，定子铁心及端部结构件采用氢气表面冷却。集电环采用空气冷却。采用氢气表面冷却。集电环采用空气冷却。n机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱
6、动，机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动，在机内进行密闭循环。在机内进行密闭循环。n励磁采用励磁采用“机端变压器静止整流的自并励励磁系统机端变压器静止整流的自并励励磁系统”。n3 3、主要参数、主要参数n4 4、结构、结构转子转子机座机座定子线棒定子线棒定子铁心定子铁心定子出线定子出线护环护环中心环中心环风扇风扇隔音罩隔音罩端盖、轴承、油密封端盖、轴承、油密封n发电发电机本体机本体结结构包括：构包括：n1、定子（包括机座、隔振、定子（包括机座、隔振结结构、构、铁铁心心、绕组绕组、出出线线、出、出线线盒、定子水路、盒、定子水路、氢氢气冷却、端盖、气冷却、端盖、轴轴承等）；定子上置有三相交
7、流承等）；定子上置有三相交流绕组绕组n2、转转子（包括子（包括转转子子铁铁芯、芯、绕组绕组等主要部件）等主要部件）构成的。构成的。转转子上置有励磁子上置有励磁绕组绕组，当通入直流，当通入直流电电流后，能流后，能产产生磁生磁场场。n定子有定子有时时也称也称为电为电枢，枢，转转子有子有时时也称也称为为磁极。磁极。n汽轮发电机结构视频汽轮发电机结构视频n几点说明几点说明n1 1、发电机的通风、发电机的通风n定子铁心和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却。气体定子铁心和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却。气体由安装在转子两端的单级轴流式风扇驱动由安装在转子两端的单级轴流式风扇驱动。n从风扇来的气流通过机
8、座内的从风扇来的气流通过机座内的导风管导风管进入各冷风区，再从进入各冷风区，再从铁心背部沿铁心径向风沟进入气隙，然后进入转子绕组风道，铁心背部沿铁心径向风沟进入气隙，然后进入转子绕组风道，冷却转子绕组后，气流回到气隙，并沿着铁心径向风沟进入冷却转子绕组后，气流回到气隙，并沿着铁心径向风沟进入机座热风区，经机座热风区，经导风管导风管流过安装在端罩上部的冷却器，冷却流过安装在端罩上部的冷却器，冷却后再回到风扇前继续循环后再回到风扇前继续循环。n定子和转子风区的数量相等，位置相对应，冷风区和热风定子和转子风区的数量相等，位置相对应，冷风区和热风区沿轴向交替布置。这种布置方式使定子和转子得到均匀的区沿
9、轴向交替布置。这种布置方式使定子和转子得到均匀的冷却，温度比较均匀冷却，温度比较均匀。n2 2、油密封及挡油盖、油密封及挡油盖n机座内的氢气是靠转轴与密封瓦之间的压力油机座内的氢气是靠转轴与密封瓦之间的压力油密封的。密封油压高于机内氢气压力密封的。密封油压高于机内氢气压力0.05 MPa 左右。左右。n密封系统为单流环式。位于密封座内的密封瓦密封系统为单流环式。位于密封座内的密封瓦在轴向与径向分半，用弹簧连接，有较好的随在轴向与径向分半，用弹簧连接，有较好的随动性。动性。单流环式密封装置单流环式密封装置 1 一密封瓦；一密封瓦；2 一自紧弹簧；一自紧弹簧；3 一瓦座；一瓦座；4 一挡油板；一挡
10、油板；5 一氢侧回油；一氢侧回油；6 一空侧回一空侧回油；油；7 一进油一进油轴封系统为环型，每个轴封装轴封系统为环型，每个轴封装置的密封瓦置的密封瓦 1 含有各为四段含有各为四段（扇形）的两个环。环的内径（扇形）的两个环。环的内径比转轴的直径大百分之几毫米。比转轴的直径大百分之几毫米。每段由自紧弹簧每段由自紧弹簧 2 径向固定。径向固定。自紧弹簧的作用是轴向把两排自紧弹簧的作用是轴向把两排环分开。环的四段可径向扩大，环分开。环的四段可径向扩大，但顶部有制动件防止环转动。但顶部有制动件防止环转动。压力油进入两环之间后分为两压力油进入两环之间后分为两路，一路流向机外空气侧，另路，一路流向机外空气
11、侧，另一路流向氢气侧。发电机转轴一路流向氢气侧。发电机转轴和密封瓦间的间隙中产生油膜，和密封瓦间的间隙中产生油膜，防止机内氢气沿该轴外泄，并防止机内氢气沿该轴外泄，并防止机外空气沿该轴进人机内防止机外空气沿该轴进人机内影响氢气纯度。影响氢气纯度。1-转子转子 2-密封瓦密封瓦3-氢侧回油扩大箱氢侧回油扩大箱 4-浮子阀浮子阀5-空气析出箱空气析出箱 6-真空油箱真空油箱 7-主密封油泵主密封油泵 8-冷油器冷油器 9-自动压差调节阀自动压差调节阀 10-滤网滤网11-事故油泵事故油泵12-再循环油泵再循环油泵 13-真空泵真空泵 14-轴承油总管轴承油总管15去轴承油箱去轴承油箱具体循环过程见
12、教材具体循环过程见教材n励端油密封对地为双层绝缘结构，可在运行时励端油密封对地为双层绝缘结构，可在运行时检查对地绝缘电阻。检查对地绝缘电阻。n在密封瓦旁靠机内侧同时装置了梳齿式挡油盖在密封瓦旁靠机内侧同时装置了梳齿式挡油盖和辅助挡油盖，可避免机内受到油污染。和辅助挡油盖，可避免机内受到油污染。n3 3、轴承和端盖、轴承和端盖n本机采用水平中分面椭圆轴承。轴承与轴承座（端盖）本机采用水平中分面椭圆轴承。轴承与轴承座（端盖）的配合面为球面，以使轴承可以根据转子挠度自动调节的配合面为球面，以使轴承可以根据转子挠度自动调节自已的位置。自已的位置。n励端轴承设有对地绝缘以防轴电流烧伤轴颈和轴承合金。励端
13、轴承设有对地绝缘以防轴电流烧伤轴颈和轴承合金。对地绝缘为双层结构，可在运行时检测绝缘电阻。润滑对地绝缘为双层结构，可在运行时检测绝缘电阻。润滑油来自汽轮机供油系统。油来自汽轮机供油系统。n起动和停机时的低转速下提供高压顶轴油以避免损伤轴起动和停机时的低转速下提供高压顶轴油以避免损伤轴承合金。轴承安装在端盖上。承合金。轴承安装在端盖上。n4、定子隔振、定子隔振结结构构n为为了减小由于磁拉力在定子了减小由于磁拉力在定子铁铁心中心中产产生的倍生的倍频频振振动对动对基基础础的影响，本型的影响，本型发电发电机在定子机在定子铁铁心与心与定子机座之定子机座之间间采用了采用了弹弹性支撑的隔振性支撑的隔振结结构
14、。构。n隔振隔振结结构构是在出是在出风风区内定子区内定子铁铁心与定子机座之心与定子机座之间设间设置置 6 组组切向切向弹弹簧板。簧板。n（5）定子）定子绕组绕组并并联联分支分支n（6）氢气冷却器氢气冷却器背包卧式冷却器背包卧式冷却器 置于冷却器外罩内置于冷却器外罩内汽励两端对称布置各一支汽励两端对称布置各一支每支冷却器分成两个独立水路每支冷却器分成两个独立水路氢气冷却器带走发电机氢气冷却器带走发电机70左右的损耗约左右的损耗约4000kW（定子冷却水，轴承和密封油带走约（定子冷却水，轴承和密封油带走约2500kW）穿片式穿片式 冷却效率高冷却效率高氢气冷却器氢气冷却器水压试验水压试验n（7）发
15、电发电机机转转子子 n转转子由子由转轴转轴、绕组绕组及端部及端部绝缘绝缘固定件、阻尼系固定件、阻尼系统统、护环护环、中心、中心环环、风风扇、扇、联轴联轴器和集器和集电环电环装装配等构成。配等构成。发电机转子发电机转子n纵纵向向槽槽：在在转转子子本本体体上上加加工工有有用用于于嵌嵌入入励励磁磁绕绕组组的的平平行行纵纵向向槽槽，沿沿转转子子轴轴圆圆周周分分布布，从从而而获获得得两两个个实实心心磁磁极极。转转子子本本体体圆圆周周上上约约有有三三分分之之二二开开有有轴轴向向槽槽，用用于于嵌嵌放放转转子子绕绕组组。转转子子本本体体的的两两个个磁磁极。极。n横横向向槽槽：用用来来降降低低由由于于磁磁极极和
16、和中中轴轴线线方方向向挠挠曲曲所所引起的双倍引起的双倍频频率的率的转转子振子振动动。n阻阻尼尼槽槽：转转子子大大齿齿上上轴轴向向槽槽，用用于于嵌嵌放放阻阻尼尼槽槽楔楔。在在转转子子线线圈槽中，圈槽中，转转子槽楔起阻尼子槽楔起阻尼绕组绕组作用。作用。n通通风风槽槽：本本体体两两端端面面均均开开设设有有 4 个个供供转转子子绕绕组组端端部通部通风风的的轴轴向通向通风风槽。槽。（8）集电环和电刷）集电环和电刷集电环外径集电环外径380mm 长度长度400mm2材质材质40Cr2MoV合金钢合金钢总长总长2170mm 带联轴器和稳定座式轴承带联轴器和稳定座式轴承 自带离心式风扇通风自带离心式风扇通风
17、外径外径650mm 长度长度200mm每极每极2612只刷盒只刷盒 每极电刷数每极电刷数61272全台共计全台共计144只电刷只电刷 电刷尺寸电刷尺寸2532100电刷牌号电刷牌号NCC634(上海摩根）上海摩根）LFC554(法国罗兰）法国罗兰）n集集电环电环上加工有上加工有轴轴向和径向通向和径向通风风孔。表面的螺旋沟可以改善孔。表面的螺旋沟可以改善电电刷与集刷与集电环电环的接触状况，使的接触状况，使电电刷之刷之间间的的电电流分配均匀。流分配均匀。n两集两集电环间电环间有同有同轴轴离心式离心式风风扇扇对对集集电环电环及及电电刷刷进进行行强强迫冷却。迫冷却。集电环装配集电环装配弹簧刷辫电刷室保
18、持器电刷绝缘手柄刷握刷盒电刷n（9）转转子阻尼系子阻尼系统统v大齿上大齿上 的阻尼：每极开三个阻尼槽。槽内放的阻尼：每极开三个阻尼槽。槽内放置高导电率、高强度的槽楔，在两根阻尼槽楔置高导电率、高强度的槽楔，在两根阻尼槽楔的连接处设置一个镀银的搭接块，并在搭接块的连接处设置一个镀银的搭接块，并在搭接块底部的凹槽内放入两个弹簧以顶住槽楔，保证底部的凹槽内放入两个弹簧以顶住槽楔，保证搭接块和两根槽楔之间有良好的电连接。搭接块和两根槽楔之间有良好的电连接。v嵌线槽内的阻尼嵌线槽内的阻尼：在每两根槽楔的连接处也在每两根槽楔的连接处也设置镀银的搭接块，以保证槽楔之间有良好的设置镀银的搭接块，以保证槽楔之间
19、有良好的电连接。电连接。v降低月牙槽两端的过热，提高负序能力降低月牙槽两端的过热，提高负序能力 暂态暂态I I2 22 2tt 1010秒秒 稳态I I2 2 10%10%n三、三、50MW50MW汽轮发电机介绍汽轮发电机介绍n1 1、型号、型号n n2 2、结构特点、结构特点nQFWQFW系列汽轮发电机采用空气冷却，封闭循环式通风系列汽轮发电机采用空气冷却，封闭循环式通风系统，在发电机机座下方出风口装有空气冷却器系统，在发电机机座下方出风口装有空气冷却器（1.5MW1.5MW发电机除外）。发电机除外）。n转子用整体锻件制成，转子两端装有轴流式风扇或离转子用整体锻件制成，转子两端装有轴流式风扇
20、或离心式风扇。发电机设有滑动轴承（汽轮机端的轴承置心式风扇。发电机设有滑动轴承（汽轮机端的轴承置于汽轮机后轴承箱内），轴承采用强迫油润滑系统。于汽轮机后轴承箱内），轴承采用强迫油润滑系统。n励磁方式采用无刷励磁。无刷励磁省去了传统的电刷励磁方式采用无刷励磁。无刷励磁省去了传统的电刷滑环装置，电路中没有触点，不会产生对无线电的干滑环装置，电路中没有触点，不会产生对无线电的干扰，避免了因电刷磨损后接触不良而产生的各种故障，扰，避免了因电刷磨损后接触不良而产生的各种故障，增强了电机的可靠性，减少了维护工作量。增强了电机的可靠性，减少了维护工作量。用永磁机用永磁机作副励磁电源。作副励磁电源。n3 3、
21、主要参数、主要参数n四、四、600MW600MW汽轮发电机的工作原理汽轮发电机的工作原理n一、一、电枢反应电枢反应n1 1电枢磁势电枢磁势n同步电机的定子绕组都是三相对称绕组，它们通同步电机的定子绕组都是三相对称绕组，它们通过三相对称交流电后，将产生三相合成基波磁势，过三相对称交流电后，将产生三相合成基波磁势，它是旋转磁势，具有以下特点：它是旋转磁势，具有以下特点：n （1 1）大小：大小：(A)(A)（2 2）转速：转速：(r/min)(r/min)（3 3）转向：沿通电相序转向：沿通电相序A A、B B、C C的方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同（4 4）极对数：和转子极对数相
22、同，决定于绕组的节距极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距n2 2电枢磁势电枢磁势n转子励磁绕组通入直流产生基波励磁磁动势，其转子励磁绕组通入直流产生基波励磁磁动势，其特点如下：特点如下：n （4 4）极对数：就是转子的磁极对数。极对数：就是转子的磁极对数。（1 1）大小：大小：(A)(A)（2 2）转速：和转子转速一样为同步速；转速：和转子转速一样为同步速；（3 3）转向：和转子转向一致；转向：和转子转向一致；定子绕组的基波电枢磁动势和转子的基波励磁定子绕组的基波电枢磁动势和转子的基波励磁磁动势，磁动势，它们的转速、转向、极对数均相同，彼此它们的转速、转向、极对数均相同，彼此之间相对静止
23、，因此两者的合成磁动势将是一个同之间相对静止，因此两者的合成磁动势将是一个同样转向、转速、极对数的旋转磁动势，由它们样转向、转速、极对数的旋转磁动势，由它们合成合成在电机中产生气隙磁场。在电机中产生气隙磁场。谐波电枢磁动势和励磁磁动势没有固定作用，谐波电枢磁动势和励磁磁动势没有固定作用，不能合成恒定的磁动势。谐波励磁磁动势很小。不能合成恒定的磁动势。谐波励磁磁动势很小。结论：结论：n3 3电枢反应电枢反应n 同步发电机在空载时，气隙里仅存在转子磁场（主磁同步发电机在空载时，气隙里仅存在转子磁场（主磁场）。当定子绕组流过对称的三相电流时，所建立的电枢场）。当定子绕组流过对称的三相电流时，所建立的
24、电枢磁势将产生电枢磁场。故负载时气隙里的磁场是由转子的磁势将产生电枢磁场。故负载时气隙里的磁场是由转子的励磁磁势和电枢磁势共同作用而产生的。也就是说，电枢励磁磁势和电枢磁势共同作用而产生的。也就是说，电枢磁势必然对主磁场有影响。磁势必然对主磁场有影响。这种对称负载，电枢磁势的基这种对称负载，电枢磁势的基波对主磁场基波的影响，称为电枢反应波对主磁场基波的影响，称为电枢反应。n n电枢反应的性质电枢反应的性质（去磁、助磁或交磁）因负载性（去磁、助磁或交磁）因负载性质（感性、容性或阻性）和大小的不同而不同。质（感性、容性或阻性）和大小的不同而不同。n一般情况下，发电机带感性负载一般情况下，发电机带感
25、性负载，电枢磁势的一，电枢磁势的一部分产生部分产生横轴交磁电枢反应横轴交磁电枢反应（磁场畸变磁场畸变+略有去磁，略有去磁，横轴电枢电流在电机内部产生电磁力矩横轴电枢电流在电机内部产生电磁力矩.），另一），另一部分产生部分产生纵轴去磁的电枢反应纵轴去磁的电枢反应（磁场去磁，纵轴磁场去磁，纵轴电枢电流使发电机的端电压改变，但不产生力矩。电枢电流使发电机的端电压改变，但不产生力矩。）n 三个角，四个轴三个角，四个轴时轴d轴q轴A AX XZ ZB BCYFfNS内功率因数角内功率因数角外功率因数角外功率因数角功率角功率角直轴直轴/d轴轴交轴交轴/横轴横轴/q轴轴A轴A相轴相轴xxxB相轴相轴C相轴相
26、轴 设绕组电流正方向为设绕组电流正方向为“尾端进，首端出尾端进，首端出”，磁动势正方向，磁动势正方向与电流符合右手螺旋定则，一相绕组均用整距集中绕组来表示与电流符合右手螺旋定则，一相绕组均用整距集中绕组来表示.空间基波电枢磁动势向量空间基波电枢磁动势向量 空间基波励磁磁动势向量空间基波励磁磁动势向量 空载时定子一相电动势空载时定子一相电动势三个角四个轴 （1）0时时的的电电枢反枢反应应 时轴+90+900 0FFad轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNS Fa与交轴与交轴q重合，故电枢反应性质为重合，故电枢反应性质为交轴电枢反应交轴电枢反应（2）90时时的的电电枢反枢反应应
27、时轴 Fa与交轴与交轴d反向，故电枢反应性质为反向，故电枢反应性质为直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFaF-Fa（3）-90时时的的电电枢反枢反应应 时轴 Fa与交轴与交轴d同向，故电枢反应性质为同向，故电枢反应性质为直轴助磁电枢反应直轴助磁电枢反应d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFaF（4）0 90时时的的电电枢反枢反应应 既有既有交轴电枢反应交轴电枢反应，也有，也有直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS+90+900 0FaFn三、三、发电机的电压方程及等值电路（不计磁路饱和
28、）发电机的电压方程及等值电路（不计磁路饱和）其中其中：直轴同步电抗直轴同步电抗交轴同步电抗交轴同步电抗直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗电枢反应电抗和同步电抗随磁电枢反应电抗和同步电抗随磁路饱和程度的增加而减少。路饱和程度的增加而减少。对于汽轮发电机对于汽轮发电机汽轮发电机（隐极机）的等效电路汽轮发电机（隐极机）的等效电路：raxt通常认为通常认为 r ra a=0=0n四、四、同步发电机运行特性同步发电机运行特性n1 1空载特性空载特性n发电机空载时，在额定转速下，端电压与励磁电发电机空载时，在额定转速下，端电压与励磁电流之间的函数关系称为空载特性。流之间的函数
29、关系称为空载特性。n空载特性曲线的测量：空载特性曲线的测量：（1）励磁电流由零升至最大值励磁电流由零升至最大值（2）励磁电流由最大值降为零励磁电流由最大值降为零 由于铁磁材料磁滞的原因空载电势略有不同，由于铁磁材料磁滞的原因空载电势略有不同，一般取下降的空载特性曲线一般取下降的空载特性曲线n 铁芯铁芯磁动势磁动势 气隙气隙磁动势磁动势气隙线气隙线空载特性空载特性线性区线性区过渡区过渡区饱和区饱和区总励磁总励磁磁动势磁动势空载特性空载特性(磁化曲线）磁化曲线）磁路的饱和系数磁路的饱和系数通常取下降分支通常取下降分支n2 2短路特性短路特性n 短路特性是指发电机在额定转速下，电枢绕组作三相稳短路特
30、性是指发电机在额定转速下，电枢绕组作三相稳态短路实验时，短路电流态短路实验时，短路电流I Ik k与励磁电流与励磁电流I If f之间的函数关系。之间的函数关系。n短路特性的测量方法：短路特性的测量方法：AAAA+-气隙线（短路不饱和）气隙线（短路不饱和）空载特性空载特性短路特性短路特性n3 3负载特性负载特性n负载负载特性是指在特性是指在n=ne，I=Ie=常数，常数，的条件的条件下，下，发电发电机的端机的端电压电压U与励磁与励磁电电流流If之之间间的关系曲的关系曲线线。零功率因数负载零功率因数负载特性曲线特性曲线n零功率因数负载特性零功率因数负载特性n零功率因数零功率因数负载负载特性是指在
31、特性是指在n=ne，I=Ie=常数，常数，的条件下，的条件下，发电发电机的端机的端电压电压U与励磁与励磁电电流流If之之间间的关系曲的关系曲线线。利用它可求漏利用它可求漏电电抗。抗。某电厂发电机特性曲线某电厂发电机特性曲线n4 4外特性外特性n外特性表示外特性表示发电发电机在机在额额定定转转速下，励磁速下，励磁电电流流If为为常数，功常数，功率因数率因数为为常数的条件下，端常数的条件下，端电压电压U与与负载电负载电流流I的函数关系。的函数关系。n不同功率因数有不同的外特性：不同功率因数有不同的外特性：n在感性在感性负载负载和和纯电纯电阻阻负载负载时时，外特性都是下降的，外特性都是下降的，因因为
32、这时为这时的的电电枢反枢反应应是去磁的。此外，定子是去磁的。此外，定子电电阻阻压压降和漏抗降和漏抗压压降也引起一定的降也引起一定的电压电压降。降。n容性容性负载负载时时，由于，由于电电枢反枢反应应是助磁的，气隙磁通是助磁的，气隙磁通增加，增加，发电发电机端机端电压电压因此上升。因此上升。n5 5调整特性调整特性n调调整特性就是当整特性就是当n=ne时时，U=常数，常数，常数常数时时，励磁励磁电电流流If与与负载电负载电流流I之之间间的关系曲的关系曲线线，n特性曲线的应用：特性曲线的应用：n（1 1）空载特性，仅用来判定空载励磁电压和电流与设计）空载特性，仅用来判定空载励磁电压和电流与设计说明书
33、是否相符；说明书是否相符；n（2 2）短路特性和空载特性并用，从而求得发电机的一些）短路特性和空载特性并用，从而求得发电机的一些重要参数重要参数,如同步电抗、短路比等；如同步电抗、短路比等；n（3 3）外特性和调整特性，则反应出定子电压、负）外特性和调整特性，则反应出定子电压、负载电流载电流及励磁电流三者之间的一些变化曲势，从而帮助我们来分及励磁电流三者之间的一些变化曲势，从而帮助我们来分析在运行中一些量的变化，会影响到哪些量的变化，最终析在运行中一些量的变化，会影响到哪些量的变化，最终采取何种补救措施来维持机组的稳定采取何种补救措施来维持机组的稳定。n6 6发电机的功率损耗和效率发电机的功率
34、损耗和效率n五、五、同步发电机并列同步发电机并列n（1 1）同步发电机投入并列的方法）同步发电机投入并列的方法n准同期法：准同期法：发电机并网前已经励磁（给转子施加发电机并网前已经励磁（给转子施加励磁电流），通过调节，使发电机与系统电压差，励磁电流），通过调节，使发电机与系统电压差，频率，相角差均在允许范围内并列的并列。频率，相角差均在允许范围内并列的并列。自动自动准同期准同期是正常并列应采用的方法，而是正常并列应采用的方法，而手动准同期手动准同期常作为备用。常作为备用。n自同期法：自同期法：先将励磁绕组经过一个电阻闭路（阻先将励磁绕组经过一个电阻闭路（阻值为励磁绕组电阻的值为励磁绕组电阻的5
35、-105-10倍），在不给励磁的情倍），在不给励磁的情况下开机，将发电机的转速升到接近同步转速，况下开机，将发电机的转速升到接近同步转速，合上并列用断路器，再加励磁，利用发电机的自合上并列用断路器，再加励磁，利用发电机的自整步作用，将发电机拉入同步。此方法仅在系统整步作用，将发电机拉入同步。此方法仅在系统事故时并经允许才可使用。事故时并经允许才可使用。n（2 2）准同期并列的条件）准同期并列的条件n并联投入时，应避免产生大的并联投入时，应避免产生大的电流冲击电流冲击和和转轴受转轴受到突然的扭矩到突然的扭矩。并联合闸必须满足四个条件：。并联合闸必须满足四个条件：n1.1.待并发电机电压与系统电压
36、大小相同，允许相待并发电机电压与系统电压大小相同，允许相差差55的额定电压值。的额定电压值。n2.2.待并发电机电压与系统电压相位相同，允许相待并发电机电压与系统电压相位相同，允许相角差控制在角差控制在1010以内。以内。n3.3.待并发电机频率与系统频率相同，允许相差待并发电机频率与系统频率相同，允许相差以内。以内。n4.4.待并发电机相序与系统相序相同。待并发电机相序与系统相序相同。n如果条件不满足，待并发电机与系统间将有电压如果条件不满足，待并发电机与系统间将有电压差（可能还是变化的），从而出现冲击电流（可差（可能还是变化的），从而出现冲击电流（可能周期性变化），导致发电机和系统受到剧烈
37、的能周期性变化），导致发电机和系统受到剧烈的冲击，发电机可能损坏，系统可能振荡，甚至崩冲击，发电机可能损坏，系统可能振荡，甚至崩溃瓦解。溃瓦解。n（3 3）准同步并列手段准同步并列手段 手动准同步、自动准同步、半自动准同步手动准同步、自动准同步、半自动准同步 规程规定：规程规定：发电机并列应以自动准同步并列方式为基本发电机并列应以自动准同步并列方式为基本操作方式，如自动准同步并列方式不良应改为手动准同步操作方式，如自动准同步并列方式不良应改为手动准同步并列方式。并列方式。n六、同步发电机的功角特性和稳定六、同步发电机的功角特性和稳定n（1）同步发电机的功角特性和静态稳定）同步发电机的功角特性和
38、静态稳定90是静态稳定的分界是静态稳定的分界点。点。n什么是静什么是静态稳态稳定？定？n并并列列在在电电网网上上运运行行的的同同步步发发电电机机，经经常常会会受受到到来来到到电电力力系系统统或或原原动动机机方方面面某某些些微微小小的的扰扰动动，导导致致发发电电机机输输入入功功率率微微的的扰扰动动，同同步步发发电电机机能能否否在在这这种种瞬瞬间间扰扰动动消消除除后后，如如果果能能恢恢复复到到原原运运行行状状态态，则则发发电电机机处处于于“静静态态稳稳定定”状状态态；反反之之，则则处处在在“静静态态不不稳稳定定”状状态态。n综综上所述，从上所述，从发电发电机功角特性曲机功角特性曲线线上可看出，当功
39、角在上可看出，当功角在009090范范围围内，内，电电磁功率磁功率PM PM 将随着功角将随着功角的增大而增的增大而增大大,机机组组运行是运行是稳稳定的；当功角在定的；当功角在9090180180范范围围内，内，电电磁功率磁功率Pm Pm 将随着功角将随着功角的增大而减小，机的增大而减小，机组组运行是不运行是不稳稳定的。典型的情况是，如果定的。典型的情况是，如果发电发电机的励磁机的励磁电电流太小，流太小，发电发电机可能会静机可能会静态态不不稳稳定定n（2）同步发电机的暂态稳定）同步发电机的暂态稳定n暂态稳定：暂态稳定：发电机突然加负载、切除负载等正发电机突然加负载、切除负载等正常操作运行时，或
40、者在发生突然短路、电压突常操作运行时，或者在发生突然短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化时（时（大的扰动大的扰动），电机如还能保持同步运行，），电机如还能保持同步运行，称为暂态稳定，反之称为暂态不稳定。称为暂态稳定，反之称为暂态不稳定。(a)运行点的变化轨迹运行点的变化轨迹(b)过剩功率、转速、功角随时间的变化过剩功率、转速、功角随时间的变化kfdEbbdfkkk 发电机暂态稳定发电机暂态稳定短路前短路前短路时短路时短路切除后短路切除后输入输入kdhb暂态稳定
41、的丧失暂态稳定的丧失bdfh（a）运行点的变化轨迹）运行点的变化轨迹（b）过剩功率、转速、功角随时间的变化）过剩功率、转速、功角随时间的变化bhA+AmaxA+max最大减速面积最大减速面积A-max最大加速面积最大加速面积A-max A+max系统短路时，尽快切除故障，减少原动机的输入，是有利系统短路时，尽快切除故障，减少原动机的输入，是有利于发电机暂态稳定的。于发电机暂态稳定的。n七、隐极同步发电机安全运行极限七、隐极同步发电机安全运行极限n 同步发电机的运行极限图（又称功率图或同步发电机的运行极限图（又称功率图或P-QP-Q容量曲线，容量曲线，对运行人员按允许负荷运行，保障机组安全有很大
42、的帮助。对运行人员按允许负荷运行，保障机组安全有很大的帮助。n在实际讨论发电机在实际讨论发电机P-QP-Q图的时候应同时考虑以下图的时候应同时考虑以下因素的影响：因素的影响：n 1 1、转子绕组发热、转子绕组发热n 2 2、定子绕组发热、定子绕组发热n 3 3、原动机输出功率极限、原动机输出功率极限n 4 4、静态稳定极限、静态稳定极限n 5 5、定子端部发热、定子端部发热欠励磁欠励磁过励磁过励磁正常励磁正常励磁n八、同步发电机功率的调整八、同步发电机功率的调整n 1 1、有功功率的调整、有功功率的调整n根据有功功率静态特性，改变功率角根据有功功率静态特性，改变功率角可改变发电机的可改变发电机
43、的有功功率，这可以通过改变汽轮机的输出来实现，但受有有功功率，这可以通过改变汽轮机的输出来实现，但受有功率极限的限制。功率极限的限制。n2 2、无功功功率的调整、无功功功率的调整n电力系统的负载中包括有功功率和无功功率，发电机并电力系统的负载中包括有功功率和无功功率，发电机并列在电网中运行时，若只向系统发送有功功率，不发无功列在电网中运行时，若只向系统发送有功功率，不发无功功率，就不能满足电力系统对无功功率的要求，轻则电网功率，就不能满足电力系统对无功功率的要求，轻则电网电压降低，重则电网电压瓦解或崩溃。电压降低，重则电网电压瓦解或崩溃。n无功功率静态特性：无功功率静态特性：n（1 1）不改变
44、原动机的输出功率，仅改变发电机励磁电流。）不改变原动机的输出功率，仅改变发电机励磁电流。n例如：励磁电流增大，电动势例如：励磁电流增大，电动势E E0 0也增大；但如果原动机输出也增大；但如果原动机输出未改变，发电机输出的有功功率也不会变，因而功率角未改变，发电机输出的有功功率也不会变，因而功率角有有所减小，由下图可知，所减小，由下图可知，Q Q将增加（由将增加（由Q Qa a增加到增加到Q Qb b）。）。P1、Q1-为励磁电流小的特性为励磁电流小的特性P2、Q2-为励磁电流小的特性为励磁电流小的特性励磁电流大励磁电流大励磁电流小励磁电流小励磁电流增大励磁电流增大n（2 2）不改变发电机励磁
45、电流，仅原动机的输出功率改变。）不改变发电机励磁电流，仅原动机的输出功率改变。n例如：由于不改变发电机励磁电流，发电机电动势相应不例如：由于不改变发电机励磁电流，发电机电动势相应不改变，当原动机的输出功率增大时，功率角改变，当原动机的输出功率增大时，功率角也增大，所以也增大，所以发电机输出的有功功率增加了，但发电机输出的有功功率增加了，但Q Q却略有减少。却略有减少。n由此可见，由此可见，调节无功功率调节无功功率，对有功功率不会产生影响，对有功功率不会产生影响，这是符合能量守恒的。但调节无功功率将改变功率极限值这是符合能量守恒的。但调节无功功率将改变功率极限值和功角的大小，从而影响静态稳定度和
46、功角的大小，从而影响静态稳定度,励磁电流越小，发励磁电流越小，发电机静态稳定度越差；电机静态稳定度越差；调节有功功率调节有功功率时，由于功角大小发时，由于功角大小发生变化，无功功率也随之有所改变。生变化，无功功率也随之有所改变。n另外单机运行或并入有限大容量系统时，调节励磁电流另外单机运行或并入有限大容量系统时，调节励磁电流可改变发电机或系统的电压。可改变发电机或系统的电压。n（3 3）同步发电机的）同步发电机的V V形曲线形曲线进相迟相n九、同步发电机的进相运行九、同步发电机的进相运行n 1 1、进相运行的概念及应用、进相运行的概念及应用n减小励磁电流，使发电机减小励磁电流，使发电机电动势电
47、动势减小，功率因数角变为减小，功率因数角变为超前的，发电机向系统输送有功功率，但同时吸收超前的，发电机向系统输送有功功率，但同时吸收感性感性无无功功率，这种运行状态称为进相运行。功功率，这种运行状态称为进相运行。n进相运行的目的：进相运行的目的：当夜间或节假日时，线路所产生的无当夜间或节假日时，线路所产生的无功功率过剩，使系统的电压升高，有时超过允许范围，这功功率过剩，使系统的电压升高，有时超过允许范围，这时，发电机采用进相运行，吸收过剩的无功功率。时，发电机采用进相运行，吸收过剩的无功功率。n实际上同步电机，可以具有四种运转状态：实际上同步电机，可以具有四种运转状态：发发电电进进相相电电动动
48、调调相相静态不稳定静态不稳定n2 2、进相运行注意事项、进相运行注意事项n进相运行时，会有三个不良影响：进相运行时，会有三个不良影响：n（1 1）系统的静态稳定性会下降；）系统的静态稳定性会下降；n（2 2）发电机端部漏磁引起定子端部过热）发电机端部漏磁引起定子端部过热n（3 3）发电机端电压下降）发电机端电压下降n因此应采取相应的措施：因此应采取相应的措施：n（1 1）随着进相运行的深入，限制机组的出力，见下图；）随着进相运行的深入，限制机组的出力，见下图；n（2 2）改进发电机的结构；）改进发电机的结构；n（3 3）注意在常用支路发生短路故障恢复供电时，是否影）注意在常用支路发生短路故障恢
49、复供电时，是否影响重要电动机的自启动。响重要电动机的自启动。n发电机进相运行的允许范围主要受发电机静态稳定和定发电机进相运行的允许范围主要受发电机静态稳定和定子铁心端部构件发热两个因素的限制，发电机在结构上能子铁心端部构件发热两个因素的限制，发电机在结构上能满足在超前功率因数为满足在超前功率因数为和额定功率的情况下稳定运行和额定功率的情况下稳定运行.n十、同步发电机的不对称运行十、同步发电机的不对称运行n 1 1、不对称运行的概念、不对称运行的概念n电力系统的不对称运行电力系统的不对称运行是指组成电力系统的电气元件三是指组成电力系统的电气元件三相对称状态遭到破坏时的运行状态，如相对称状态遭到破
50、坏时的运行状态，如三相负荷不对称三相负荷不对称、三相阻抗不对称三相阻抗不对称等。而等。而非全相运行非全相运行是属于不对称运行的特是属于不对称运行的特殊情况，即输电线或其它电气设备断开一相或两相运行。殊情况，即输电线或其它电气设备断开一相或两相运行。n发电机的不对称运行一般是在电力系统不对称运行时发发电机的不对称运行一般是在电力系统不对称运行时发生的。生的。n不对称运行将导致不对称运行将导致电压和电流对称性电压和电流对称性的破坏，出现的破坏，出现负序负序电流电流，甚至零序电流。，甚至零序电流。正序分量正序分量负序分量负序分量零序分量零序分量合成合成n2 2、负序电流对发电机的危害、负序电流对发电