发电机的安全运行极限与P-Q曲线

1、一、发电机的安全运行极限在稳态运行条件下，发电机的安全运行极限决定于下列四个条件：（1）原动机输岀功率极限。原动机（汽轮机）的额定功率-般都稍大于或等于发电机的 箴定功率而选定.（2）发电机的额定容址，即由定子绕组和铁芯发热决定的安全运行极限。在一定电压下, 决定了定子电流的允许值.（3）发电机的最大励磁电流，通常由转子的发热决定。<4）逬相运行吋的稳定度。当发电机功率囚数小于零电流超洲电压）而转入进相运行 时，反和力之间的夹角增大，此时发电机的有功功率输岀受到静稳定条件的限制。此外.对 内冷发电机还可能受到端部发热限制。上述条件，决定了发电机工作的允许范围，二、发电机的P说曲线在电力系

2、统中运行的发电机，必须根据系统情况，调肖有功功率和无功功率.在一定的 电压和电施下.当功率因数下降时，发电机的无功功率增大，有功功率相应减小；而当功率 因数上升时，则要减少无功功率、增大有功功率，以达到输岀容量不超过允许值。所以运行 人员必须華握功率因数变化时发电机的容许运行范围.发电机曲线图就是表术其在各种 功率因数下，容许的有功功率F和无功功率Q的关系曲线.又称为发电机的安全运行极 限C发电机的P-Q曲线，是在发电机端电压和冷却介质温度一定.不同氢压条件下绘制 的.发电机在额定电压、额定氢压和额定冷却介质温度下的运行范围图是P-Q曲线的基础. 汽轮发电机的F-Q曲线，如图4-6所示，表明了

3、发电机运行受定孑长期允许发热（决定了定子额定电流氐）、转子绕组长期允许发热（决定了额定励磁电流）、原动机功率、稳定极 限等几方面的限制。图4-6汽轮发电机的P-Q曲毀电压、电动势、功率都以标么值表示的作F-Q曲线的基本步啓：以0点为圆心，以定 子額定电流厶（即图中OC线段）为半径画出圆弧；在横軸O点左侧，取线段OM等于第, 它近似等于发电机的短路比Kc，正比于空载励磁电流；以M点为圆心.以倉为半径（即 图中MC线段，它正比于额定励磁电流）画岀圆弧；以汽轮机额定功率画一平行于横坐标 的水平线HBG,表示原动机输岀限制；从M点画一垂直于横坐标的直线MH相应6=90。, 表示理论上的静稳定极限：考虑

4、到发电机有突隸讨负荷的可能.实际絆稳定限制.应留有 适当储备，以便在不改变励磁电流的情况下，能承受突然性的过负荷。图中的BF曲线的画崔 是，在理论静稳定边界线上先取一些点.然后以M点为圆心至所取点的距离|裁为半径作 弧，找出实际功率比理论功率低01Fn的一些新点，就构成了 BF曲线。（也可采用6=75。画 一斜直线作为静稳定限制线儿由上述各曲线或直线段所围成的DCGBFD区域就叫汽轮发电机的安全运行范围或叫安 全运行区。发电机的运行点处于这区域或边界上，均能长期安全稳定运行.在图4-6中，在两个圆汛的交点C处，定子电流和转子电流周时达到额定值，一般就是 发氏机的額定运行工作点（人.Zfn. c

5、os州。它在纵轴上的投影OE线段代表发电机的籲定有 功功率P“，相应的功率因数为额定功率因数co盼当cos卩降低角増大，由于转子发热 （相应An限削，相就端点只能在CD弧线移动，此时定子电流未达额定值.当cosQco秋 （风什）时，由于受定子容许电流氐限制，相压端点只能在CG弧线上移动，转子电流未达 堆大值.过G点后，cosy继续增大时，由于发电机出力受原动机岀力限制，励磁电流需相应 诫小.发电机输出的无功功率减小.当工作点在纵轴上时，cos尸】，发电机只送岀有功功率, F rr 不能输岀无功功率，此时的励磁电流已比額定值小很多，发电机的挣稳定极限功率臂，已比 额定工作点运行时显著降低.当co

6、skl，转入欠励磁运行（也叫进相运行）时发电机不但 不向系统送岀无功功率，而且还吸收系统无功功率，挣稳定储备进一步降低，大型内冷汽轮 发电机能否在此区域运行，需要进行稳定计算分析后才能确定。还要指岀，对绕组玄接内冷的汽轮发电机在欠励磁方式运行时，除了要保证并列运行的 稳定性之外，还要受定子端部铁芯和定子竭部构件温升的附加限制。因此进相运行时，曲 线上相应的运行区可能还要缩小，发电机的安全运行极限还与发电机的端电压有关。当发电机端电压比额定值大时在图 46上曲线中的BF部分将向左移.若发电机端电压降低，BF部分将向右移。当发电机的允许岀力不受原动机岀力限制时.P-Q曲线的上面部分将不再是一水平的

7、直 线段，而是由定子容许电流决定的圆弧.汽轮发电机的P-Q曲线由制造厂提供，是运行和调度人员必须拿握的资料。图4-7为石洞口二电厂装设的ARB公司600MW级水却氢冷汽轮发电机的P-Q曲线“在 发电机氢溫45C、氢,5 4. 6kg/cm额定电压24kV、功率因数0. 9 （滞后）时，其铭牌額定 容捷为716MVA在正常条件下运行时，发电机的最大连续输出容量为747. 7MVA图中示 出，电压变化土5%时曲线的变化。左边虚线为自动励磁调节器退出工作（无功角限制器），采 用手动调节时的静稳定限制线；左下角圆弧为最小励磁限制线.图47 ABB公司600MW级吒轮发电机PQ色线短囱比»0.

8、5i 星准容719.064MVA图48为日立公司600MW级汽轮发电机的PQ曲线(坐标方向与前图4-7不相同)发 电机额定孩数* Sn = 728MVA. S = 22kV、H=19lkA、cos = 0.9.短路比为05图中 说明已指出：在欠励(磁超前)运行的CD曲线部分是受定子铁芯端发热限制，由图可知，其 諛定有功功率为728X0. 9 = 655. 2MWOSBSHSW图48日立公罚6OOMW级料轮发电机PQ曲戒图4-9为哈尔滨电机厂制适的QFSN-600-2型汽轮发电机的P Q曲线。图中示出了在额 定氢压(5. 17kPa)和氢压滋低到414kPa及310kPa时的发电机容许出力限制曲

9、线.在额定氢压Ph2n = 5. 17kPa频定功率因数cos-0. 9 (滞后即过励时，在图49的 容蚩曲线上的a点，对应的横坐标为600MW,即为额定有功功率对应的纵坐标为290Mvar, 即为额定无功功率，此时得到额定容M5n=V(600)?+" (290)2 = 656. 6MVA,显 然 A = 666 6cos = 600MW定子戦定电流氐亠Sn/ (a/Tc/n) =666. 6/ (JTX20)= 19.244kA°当氢压降低到4. 14kPa时，若co甲仍为0.9,则在曲线上得b点，对应横坐标有 功功率为528MW,对应纵坐标无功功率为258Mvar视在功率为S = 存疋 ="528尸+ (258尸= 588MVA定子电流Z=S/=16. 97kA.当氢压进一步降低到310kPa而cop仍为09,可在相应曲线上得c点，对应横坐标有功功率为45OMW,对应纵 坐标无功功率为22OMvar,视在功率«-v/(450)I4-'