《同步发电机简介》PPT课件

同步发电机简介,陈贤明南瑞集团电气控制分公司2006.10.16,我国早期生产同步发电机的历史,1949年全国解放前，在上海生产过容量为500Kw的同步发电机.解放后中华人民共和国成立后於1951年生产了800Kw的机组，在当时苏联的无私援助下，帮助建立了144项工业项目(后又再加12项共156项)，哈尔滨电机厂就是其中之一，1952年国庆，生产出了噶什型3000Kw水轮发电机，之后又生产出了官厅电站用10Mw水轮发电机及60Mw下马岭的水轮发电机，1958年生产出了新安江水电站72.5Mw机组。60年代生产出了刘家峡水电站225Mw机组在火电方面上海引进了捷克技术，第1个5年计划生产了6Mw,12Mw汽轮发电机，哈尔滨电机厂也生产苏式汽轮发电机，到1958年国内已能生产25Mw的汽轮发电机，1959年10年大庆时，已能生产50Mw氢冷汽轮发电机。60年代生产100Mw汽轮发电机,技术进步相当快，但仍远远落后于当时国际上先进厂家。,同步发电机分类：汽轮发电机，柴油发电机水轮发电机,汽轮发电机用于燃煤、燃油火电厂，热电厂，核电厂(大亚湾、岭奥,秦山，田湾)，燃气轮发电机.特点：隐极机，高速旋转(每分钟3000，3600或1500，1800转)，转子整体锻造。冷却方式:空冷，氢冷，氢内冷，水内冷。极对数1，2,汽轮发电机转子整体,建国初期国内生产汽轮发电机的最大瓶颈是汽轮发电机转子大轴，国内生产不出来，要靠进口，为此在1956年中共八大时，时任煤炭工业部部长的沈鸿，向毛主席提出辞去部长职务，要去研制12000吨水压机，以解决自主生产汽轮发电机转子大轴问题。1959年我去上海江南造船厂出差，(背景是当时因无钢板，该厂5000焊工没有活)，任务是协助他们改焊水轮发电机转子支架等焊接件，在该厂厂房内见到了正在进行电渣焊的12000吨水压机，沈鸿和他的付手林宗棠后来先后担任过一机部部长。沈鸿还是电机工程师手册的主编。中国人在建国初期，除了研制出二弹(原子弹，导弹)一星(人造卫星)外，奋发图强的事比比皆是，这里只是一个例子，讲出来希望能鼓舞大家。,我国的核电机组,秦山核电厂(浙江海盐县)国产第一台为300Mw，第二阶段是国产2台600Mw，此外从加拿大进口了二台700Mw重水堆机组，广东大亚湾核电站2台900Mw，法国进口，岭奥2台900Mw，连云港田湾4台1040Mw从俄罗斯进口.核电机组清洁，无污染，燃料运输量小，只要安全保障做好，放射性问题得到控制，是我国火电机组发展方向我国发电机组装机容量20055.12亿KW2006予计6亿KW2010计划8亿KW2020计划11.512亿KW,(秦山)700Mw发电机摸拟屏,汽轮发电机结构,水轮发电机分类：卧式、立式、贯流式。按原动机分：轴流式(定浆式，转浆式)用于低水头。混流式，用于中水头，冲击式，用于高水头卧式。立式水轮发电机因推力轴承位置不同分为悬吊式，伞式。,轴流式水轮机(水口水电厂),冲击式水轮机转子,卧式水轮发电机,悬吊式水轮发电机,伞式水轮发电机,贯流式水轮发电机(1),灯泡贯流式发电机(2),立式水轮发电机的特点是有推力轴承，它要承受机组总重和水推力，机组起动时，为建立推力轴承内油膜，要项起转子，停机时为防止油膜破坏，烧坏轴瓦，在转速降到35%左右，必需制动，过去常用机械方式制动，现在常用电气制动,后者常归入发电机励磁的附加控制,n=60f/pn-每分钟转数f-频率p-极对数交流电机电枢旋转磁场的建立条件对三相：三个相绕组空间相差120度电角度,流入三相对称电流对二相：二个相绕组空间相差90度电角度，流入大小相等、相位差90度的二相对称电流.单相绕组流过电流时，产生脉动磁场，但它可分解为幅值为1/2的两个方向相反的旋转磁场,同步发电机的同步转速,三相绕组旋转磁场的产生的条件,a).三相绕组空间相差120度电角度。如图a所示。b).通入三相绕组电流是对称的，即ia=Imcostaib=Imcos(t120)ic=Imcos(t+120)如图b所示在图a上和绕组垂直的虚线代表该绕组产生的磁势的正方向，注意绕组内流过的正弦电流是随时间而变化的，它可以看成以角速度旋转的时间向量在铅直线上的投影，在相量图上电流向量i是时间向量.电流流过某个绕组时产生的磁势，是在空间有一定位置的空间向量，用电磁感应的右手法则可确定其位置b(在图a上的虚线),这个磁势是按照固定轴线双向脉振的，在时间也是按正弦规律变化的。,三相绕组旋转磁场,磁势合成空间向量始终位于电流最大相绕组的轴线上,保证发电机电压波形为正弦的措施：1).电枢绕组采用短距、分布。2).对汽发采用较大的每极每相槽数q，对水发采用分数q3).对汽发,转子采用分布绕组，对水发，磁极采用不均匀气隙,电枢反应电流的时间相量和磁势的空间向量.三相绕组流过对称电流时产生的正向旋转磁势空间向量,总是和电流最大的相位置重合当发电机空载时，定子开路，转子磁场在定子感应电压。当发电机带上负荷时，由定子电流在电枢绕组中产生的旋转磁势会产生抵消或畸变或增强磁场的效应,就是电枢反应。纯感性负荷下电枢磁势和转子磁势反向，纯容性负荷下电枢磁势和转子磁势同向，纯电阻负荷下电枢磁势和转子磁势互相差90度。,隐极同步发电机对称稳定运行时的向量图F,E为气隙磁势和电势,Fa=电枢反应磁势，Fo.Eo为转子基波磁势及转子感应的总电势,凸极同步发电机对称稳定运行时的向量图,画图次序1先画电压U,电流I2.画电阻压降Ir3.画和电流垂直的IXq电抗压降4.从起点到IXq末端的连线,为q轴5.d轴越前q轴90,同步发电机并联运行,并联运行合闸条件：发电机电压幅值,频率，相序要和电网电压相同，要在电压相差为零时接通，避免合闸时产生冲击电流。现有许多自动准同期合闸装置可选用。并网发电机输出无功合理分配，指按发电机容量大小来分担无功当发电机和无限大电网并联时，也要通过调差来控制无功。调差特性由励磁装置来保证,E1E2时双机并联运行,产生环流Ilp对G2助磁,对G1去磁,双机并联运行时无功分配及调差特性:1正调差2自然调差3零调差4负调差,同步发电机的控制:频率和电压的控制互相独立。*有功和频率由原动机控制。*无功和电压由发电机励磁控制图(a)为同步发电机功角特性隐极机电磁功率Pe=(mEoU/X)Sin图(b)为凸极机功角特性功角特性上机械功率Pm和电磁功率Pe的两个交点a和b，a点能稳定工作，b点不稳定。当功角=90度时发电机输出功率最大。通常当90度便失去稳定。,为保证发电机稳定运行，通常=4Hz，扭振的后果很严重，会造成大轴扭断等重大事故，产生扭振的原因很复杂，例如为提高输电容量的串联电容补偿线路电抗，取得太大时会产生。,电力系统稳定器(PSS),发电机远距离输电时，X较大，当负荷较大时，较大，机组同步力矩变小,在某种情况下，阻尼力矩会变负，引起发电机功率的低频振荡,有时电网间联结线较弱的情况下等，也会产生低频振荡。在发电机励磁调节器中加入附加信号，形成电力系统稳定器PSS，可以抑制系统中的低频(0.2-2Hz)振荡，这是励磁装置的一项重要功能,同步发电机参数:电抗、时间常数,同步电抗：直轴Xd=x+Xad交轴Xq=x+XaqXad,Xaq直轴交轴电枢反应电抗,x定子漏抗次瞬变电抗：直轴Xd”、交轴Xq”瞬变电抗:直轴Xd、交轴Xq负序电抗X2、零序电抗Xo时间常数:Tdo定子开路励磁绕组时间常数、Td定子短路励磁绕组时间常数，它也是定子短路电流中瞬变分量衰减的时间常数Td”定子短路电流中次瞬变分量衰减的时间常数Ta定子短路电流中非周期分量衰减的时间常数,发电机三相突然短路时磁场分布图,发电机空载特性、短路特性及短路比,右图发电机空载特性、短路特性、气隙线发电机绕组故障大修后,常须零起升压以观察修理效果，需发电机空载从低电压沿空载曲线逐步上升。励磁装置要有此功能。短路比scr指产生发电机空载额定电压的励磁电流Ifo和产生额定短路电流的励旅磁电流Ifk之比。Scr和Xd是同步发电机的重要参数，对同步发电机制造成本和运行性能如静稳定和动态稳定有很大影响。一般讲scr大较好，Xd小较好。,同步发电机运行工况,正常发电工况：发电机输出有功P及无功+Q，Cos0调相运行:发电机只输出无功+Q，Cos=0进相运行：发电机发出有功P，吸收无功-Q，Cos0，注意这时功角较大，容易引起失步，即失去稳定，为此励磁装置要有低励限制功能。充电运行：特别是水轮发电机通过长线空载投入时，线路充电电流(-Q)会引起发电机过压，此时励磁应能减至最小，并据此算出发电机充电容量。对抽水蓄能发电机,还有电动机水泵运行,有电动机起动问题孤立运行，用於海岛或海轮，主要功能是维持电压恒定。,发电机非正常运行工况,强励工况：发电机线路上发生短路故障或双回线断开一线引起电压下降，为保证正常供电，发电机要强励使电压恢复，防止失去稳定,通常事故切除一切恢复正常，否则发电机强励一段时间后，为保证其安全必须限制其励磁电流，为此励磁装置要有强励限制功能。过励工况：按发电机备有的裕量大小，可允许短时输出较大功率特别是无功，但超过允许的时间就要限制，励磁装置要有过励限制功能灭磁工况：发电机运行过程中，继电保护如检测到发电机内部故障，将发电机解列，并快速灭磁。一般情况下大多数故障发生在绕组绝缘上，快速灭磁(小於1秒)事故不扩大，换上备用线卷就可以了，否则事故扩大到烧坏铁心就严重了，会使发电机报废。为此要求励磁装置能快速灭磁。,AB实际稳定限BC定子温升限CD转子温升限CE有功限I定子电流Ia,IrI有功,无功分量P,Q有功,无功功角-功率因素角本例中假定Xd=Xq=2,发电机各种限制运行为了提高发电机运行