第十章同步发电机的运行

1、第十章第十章 同步发电机的运行同步发电机的运行第一节第一节 同步发电机的参数及其额定值同步发电机的参数及其额定值第二节第二节 同步发电机的正常运行同步发电机的正常运行第三节第三节 同步发电机的特殊运行方式同步发电机的特殊运行方式第四节第四节 同步发电机的非正常运行方式同步发电机的非正常运行方式一、同步发电机的主要参一、同步发电机的主要参数数1 1、对电力系统运行影响较大的同步发电机主要技术参数、对电力系统运行影响较大的同步发电机主要技术参数 (1)电抗（标幺值）方面： 纵轴同步电抗 ；纵轴暂态电抗 ；纵轴次暂态电抗 ； (2)时间（单位为S )方面： 发电机机械时间常数 ;定子非周期电流衰减时

2、间常数 ； 纵轴暂态电流衰减时间常数 ；纵轴次暂态电流衰减时间常数 ；2 2、发电机的额定参数、发电机的额定参数 表征额定工况的额定参数有： 额定电压、额定电流、额定容量、额定功率因数、额定转速、额定励磁电压、额定励磁电流、额定效率、额定冷却温度。dxdx dxmTaTdT dT 第一节第一节 同步发电机的参数及其额定值同步发电机的参数及其额定值3 3、发电机的长期允许温度、发电机的长期允许温度 发电机的额定容量是指在一定的冷却介质温度发电机的额定容量是指在一定的冷却介质温度 （额定值为（额定值为4040）下，在定子和转子绕组以及铁心等各下，在定子和转子绕组以及铁心等各部分的长期允许发热温度的

3、范围内，发电机的连续运行部分的长期允许发热温度的范围内，发电机的连续运行允许千伏安数。允许千伏安数。 绕组和铁心的长期连续允许温度与所使用的绝缘材料有关。同一种绝缘材料的转子允许温度比定子绕组的同一种绝缘材料的转子允许温度比定子绕组的高。高。 其主要原因： 转子绕组电压较低； 转子绕组温度分布较均匀； 测温方法不同，定子绕组和铁心用埋入式检温计测量，二转子绕组用电阻法测温。二、运行参数不同于额定参数时，发电机的运行二、运行参数不同于额定参数时，发电机的运行1 1、冷却介质温度不同于额定值时对额定容量的影响、冷却介质温度不同于额定值时对额定容量的影响 （1 1）定子绕组电流与冷却介质温度的关系）

4、定子绕组电流与冷却介质温度的关系 -冷却介质温度 -通风摩擦损耗而引起的温升 -铁损引起的温升 -铜损引起的温升在额定状态下220)()(NNCuNNFeNfsIIUUNCuNFeNfNONs0NfNFeNCu 两式相减，发电机定子电流的容许倍数为NCuONONCuNIII（2 2）转子绕组电流与冷却介质温度的关系）转子绕组电流与冷却介质温度的关系 式中 -转子绕组的温度 -冷却介质的温度 -转子绕组在额定负荷时的温升 、 -转子电流和额定转子电流 2)(NrrNrorIIroNrrINrI 与定子处理方法相同，发电机转子电流的容许倍数为NrONONrNrrrIII*（3 3）发电机冷却介质温

5、度与电流允许倍数关系的基本特性）发电机冷却介质温度与电流允许倍数关系的基本特性 结论：结论：当冷却介质温度当冷却介质温度高于高于额定值时，应按额定值时，应按定子定子电流限制来电流限制来减小减小发电机出力；发电机出力； 当冷却介质温度当冷却介质温度低于低于额定值时，应按额定值时，应按转子转子电流允许电流允许增大增大来提高来提高发电机出发电机出力。力。（1 1）发电机电压的正常运行范围）发电机电压的正常运行范围 电压出力在 变化，电流在 定子绕组和转子绕组的温度都不会超过允许值。 （2 2）发电机电压的）发电机电压的最低最低允许值允许值 受发电机稳定性稳定性的限制，发电机运行电压的下限不应低于下限

6、不应低于其额定值的90%90%。 （3 3）发电机电压的）发电机电压的最高最高允许值允许值 受转子绕组电流转子绕组电流和铁心损耗铁心损耗和漏磁漏磁的限制，发电机运行电压的上限不高于上限不高于其额定值的110%110%。%5 2、端电压不同于额定值时发电机的运行%53 3、运行频率不同于额定值时发电机的运行、运行频率不同于额定值时发电机的运行 （1 1）发电机频率的正常运行范围）发电机频率的正常运行范围 目前，频率允许偏离额定值 Hz，发电机允许保持额定出力不变。 （2 2）运行频率高于额定值的不利影响）运行频率高于额定值的不利影响 转子的某些部件损坏； 发电机的效率下降。 5 . 0（3 3）

7、运行频率低于额定值的不利影响）运行频率低于额定值的不利影响 若频率降低，即转速下降，使发电机两端的风扇鼓进的风量减少，发电机的冷却条件变坏发电机的冷却条件变坏，导致各部分的温度升高。 为了维持额定电压不变，转速降低时，就需要增加磁通，使铁心过度饱和，漏磁通的大量增加而引起发发电机局部过热。电机局部过热。 频率降低，厂用电动机转速下降，使厂用机械出厂用机械出力下降，力下降，危机电厂的安全稳定运行。 频率降低较多时，还可能引起汽轮机叶片损坏可能引起汽轮机叶片损坏，导致汽轮机严重故障。4 4、功率因数不同于额定值时发电机的运行、功率因数不同于额定值时发电机的运行（1）高于额定功率因数时，定子电流不应

8、超过允许值；（2）低于额定功率因数时，转子电流不应超过允许值；（3）在进相功率因数运行时，应受到稳定极限的限制。三、大型同步发电机参数的特点及对电力系统运行三、大型同步发电机参数的特点及对电力系统运行的影响的影响1、大型同步发电机参数的特点 大型同步发电机一般采用直接冷却系统，有效材料利用率大大提高，这样导致了发电机阻抗的增大和机械时间常数的降低。2 2、阻抗值增大和机械时间常数减小、阻抗值增大和机械时间常数减小，对电力系统的影响 （1）阻抗值增大带来的影响 电网阻抗一定且较小时，发电机的同步电抗值越大，静态稳定极限功率越小，导致静态稳定储备降低，在受到干扰的情况下容易失去稳定。 （2）机械时

9、间常数减小带来的影响 机械时间常数减小，说明机组的惯性减小，当受到干扰后，机组的转速容易改变，易引起与系统失步。 如保持同样的稳定极限角，则机械时间常数近似与临界切除时间的平方成正比，机械时间常数减小一半，临界切除时间将缩短到原值的 。（3）提高稳定运行的措施 改善发电机的参数； 合理选择和整定励磁控制系统的各种参数。41第二节第二节 同步发电机的正常运行同步发电机的正常运行1、输出功率 与功角 的关系 在U=常数时，若 为正值，电机作发电机运行，向系统供给有功功率；若 为负值，电机作电动机运行，吸收系统的有功功率。 eP一、稳定运行情况分析一、稳定运行情况分析sindqexUEP 2、发电机

10、有功功率的调节过程及稳定运行区间 同步发电机静稳判据：当 时，能保持静态稳定运行；而当 时，则不能保持静态稳定运行。0/ddPe0/ddPe二、同步发电机的二、同步发电机的P-QP-Q图和容许运行范围图和容许运行范围在稳定条件下，发电机的允许运在稳定条件下，发电机的允许运行范围取决于下列行范围取决于下列4个条件个条件：（1）发电机的额定容量，即由定定子发热决定的允许范围子发热决定的允许范围（圆弧（圆弧CD）。（2）发电机的最大励磁电流，即即由由转子发热决定的允许范围转子发热决定的允许范围（圆弧（圆弧CB）。）。（3）原动机输出的功率极限，即由原动机额定功率决定的允许原动机额定功率决定的允许范围

11、范围（线段（线段FD）。）。（4）进相运行静态稳定极限，即有10%安全储备的实际静态稳实际静态稳定极限所决定的允许范围定极限所决定的允许范围（曲（曲线线FG）。）。第三节第三节 同步发电机的特殊运行方式同步发电机的特殊运行方式一、进相运行一、进相运行 (1)进相运行的意义： 当电网无功有剩余的情况时，发电机吸收一定无发电机吸收一定无功功，使母线电压不至于升高超出范围。 (2)(2)发电机进相运行时存在的主要问题：发电机进相运行时存在的主要问题： 静态稳定性降低；静态稳定性降低； 发电机端部漏磁通的发热发电机端部漏磁通的发热 厂用电电压降低。厂用电电压降低。二、调相运行二、调相运行 (1)运行状

12、态 过励磁运行-迟相运行-系统无功功率不足 欠励磁运行-进相运行-系统无功功率过剩 (2)原动机状态 发电机调相运行时，可以原动机与发电机不分离，也可以原动机与发电机分离。 (3)启动方式 原动机不分离时，利用原动机拖动启动； 电动机拖动启动； 异步起动。三、其他特殊运行方式三、其他特殊运行方式1 1、过励磁、过励磁 ( (1) 1) 过励磁的定义：过励磁的定义： 发电机U,f 运行中U或f-铁芯饱和，进入过励磁状态。 规定一定的电压上升范围和频率下降范围。此运行域外-为过励磁运行域。 (2) 产生过励磁原因： 甩负荷后电压升高： 单机运行时，励磁电流过大； 测定发电机的空载饱和特性时。 (3

13、)(3)过励磁的容许范围：过励磁的容许范围： 短时间（几秒几十秒）过励磁，决定于定子漏磁 感应的循环电流以及由此产生的局部过热。 长时间（几分十几分）决定于定子铁损上升和铁心过热。 2 2、起停机、同期并列、重合闸等特殊运行方式、起停机、同期并列、重合闸等特殊运行方式 对于起停机，制造厂家都规定了每年或每月的允许起停及次数。 对于重合闸特殊运行方式，大型机组都能承受单相重合闸的冲击，轴系应力和疲劳不会超过允许限度。第四节第四节 同步发电机的非正常运行方式同步发电机的非正常运行方式一、同步发电机的过负荷运行一、同步发电机的过负荷运行1、过负荷的概念： 发电机的过负荷运行是指发电机的定子电流和转子

14、电流超过了额定值的运行。2、产生过负荷的原因： （1）系统短路故障； （2）发电机失磁运行； （3）强行励磁装置动作； （4）群电动机启动。3、危害： （1）定转子绕组T允许值，绝缘老化； （2）机械损坏。4、有关规定： 过负荷程度和时间应遵循厂家规定。二、同步发电机的异步运行二、同步发电机的异步运行1、异步运行的原因及发电机失磁后观察到的现象 (1)常见原因： 励磁系统故障； 发电机误失磁； 系统短路故障使发电机失步。 (2)观察的现象： 转子电流表的示值降为零或讲到接近于零； 定子电流表指针摆动且指示增大； 有功功率表指示减小且指针摆动； 无功功率表指示负值，功率因数表指示进相，发电机母线

15、电压 表示值下降并摆动； 发电机转子各部分温度升高。 2、物理过程： 失去励磁M电磁(M机不变)n-失步 转子绕组 阻尼绕组 转子切割定子磁场 齿 槽碶 产生M异步电磁 达到平衡 M原=M异-异步稳定运行3、异步特性曲线： （1）M原动机=f(s),下降曲线-调速器动作 （2 2）汽轮机）汽轮机 A1交点，稳定，S1千分之几； 气门关的很小-发出有功大； Xd较大，S越小-吸收无功小；（、S）Q S，转子损耗，不易过热。 结论：允许运行（结论：允许运行（15153030）分钟。）分钟。（3 3）水轮机：）水轮机： A2、A3稳定点，S2、S3较大（35）%； 水门关的大-P0； Xd较小，S大

16、-吸收无功大； S、转子损耗-有过热危险； 结论：允许运行几秒钟，必须恢复励磁或切开。结论：允许运行几秒钟，必须恢复励磁或切开。4、总结： （1）同步发电机异步运行是不正常状态； （2）有时间限制，汽-长一些、水-短一些； （3）汽轮发电机p、t-应用计算机试验决定。 三、同步发电机的不对称运行三、同步发电机的不对称运行1、概念 发电机三相电流不对称或三相负荷不对称时的运行称为发电机的不对称运行。2、汽轮发电机： （1）发热严重:100，频率高。 转子， 集肤效应，表层R大。 护环，糟，齿，碶-局部过热。 （2）隐极：磁路对称-振动不严重。 结论：负序分量电流产生的附加发热成了汽轮发电结论：负序分量电流产生的附加发热成了汽轮发电机限制不对称运行的主要条件。机