第九章 同步发电机运行

1、第九章第九章 同步发电机的运行同步发电机的运行(The Operation of Synchronous Generator) 第一节第一节 同步发电机的额定参数同步发电机的额定参数(9.1 The Rated Parameters of Synchronous Generators)一、同步发电机额定参数（同步发电机铭牌值）一、同步发电机额定参数（同步发电机铭牌值） 制造厂家保证同步发电机能长期运行而规定的技术参数。包括容量、制造厂家保证同步发电机能长期运行而规定的技术参数。包括容量、电压、电流、功率因数、转子电流、转速和长期容许温度等。电压、电流、功率因数、转子电流、转速和长期容许温度等。

2、 额定容量：额定容量：一定冷却介质温度下，在转子、定子绕组以及铁心长期一定冷却介质温度下，在转子、定子绕组以及铁心长期允许发热温度范围内，发电机的连续运行允许输出功率。允许发热温度范围内，发电机的连续运行允许输出功率。二、运行参数不同于额定参数时，同步发电机的运行二、运行参数不同于额定参数时，同步发电机的运行1. 1. 冷却介质不同于额定值时，对额定容量的影响冷却介质不同于额定值时，对额定容量的影响 原则：定子绕组和转子绕组温度不超过容许值。原则：定子绕组和转子绕组温度不超过容许值。00NCuNNNCuIINrNrNNrNrNrrII000结论：结论：00N按定子电流限制来按定子电流限制来减少

3、出力减少出力00N按转子电流增大倍按转子电流增大倍数来增加出力数来增加出力0 0降低降低1 1时增加的电流倍数时增加的电流倍数较较0 0升高升高1 1时减少的电流时减少的电流倍数小倍数小02. 2. 端电压不同于额定值时发电机的运行端电压不同于额定值时发电机的运行 1 1）定子电压降低）定子电压降低5%5%，则定子电流可增加，则定子电流可增加5%5%，发电机额定出力不变；，发电机额定出力不变； 2 2）定子电压升高）定子电压升高5%5%，则定子电流应减少，则定子电流应减少5%5%，发电机额定出力不变；，发电机额定出力不变； 3 3）90%U90%UN NU U95%U UN N时，定子电流不能

4、超过额定值时，定子电流不能超过额定值5%5%，避免定子过热；，避免定子过热； 4 4）105%U105%UN NU U110%U UN N时，发电机出力必须降低时，发电机出力必须降低, ,避免定、转子温度越限；避免定、转子温度越限； 5 5）稳根据定性要求，发电机端电压不能低于）稳根据定性要求，发电机端电压不能低于90%90%； 6 6）电压不能超过）电压不能超过110%U UN N，否则，定子漏磁将大大增加，引起局部过热，否则，定子漏磁将大大增加，引起局部过热. .3. 3. 频率变化对发电机运行的影响频率变化对发电机运行的影响 ffffN N: :转速升高，发电机效率下降；转速升高，发电机

5、效率下降； fff xdxd xdxd TaTm Tm由于大型机组的由于大型机组的r ra a增加很快增加很快b) b) 衰减时间常数衰减时间常数四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响1. 1. 阻抗增大对电力系统运行的影响阻抗增大对电力系统运行的影响 短路短路：阻抗增大阻抗增大短路阻抗增大短路阻抗增大短路电流降低短路电流降低 静稳静稳：阻抗增大阻抗增大静稳极限下降静稳极限下降静稳储备降低静稳储备降低 暂稳暂稳：阻抗增大阻抗增大电磁功率下降电磁功率下降加速功率增大加速功率增大暂态暂态稳定性降低稳定性降低2 2. . 时间常数减小对电力系统运

6、行的影响时间常数减小对电力系统运行的影响 对暂态稳定的影响较大，机械时间常数与临界切除时间的平对暂态稳定的影响较大，机械时间常数与临界切除时间的平方成正比。机械时间减小一半，则临界切除时间将缩短到原方成正比。机械时间减小一半，则临界切除时间将缩短到原来的来的1/41/4。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一、同步发电机的正常运行一、同步发电机的正常运行 发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等全在允许范围内，发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等全在允许范围内，是一种稳定的、对称的工作状态，允许长时间连续运行。是一种稳定的、对称的工作状态，允许长时间连续运行。 最理想运行

7、状态：额定工作状态。最理想运行状态：额定工作状态。二、同步发电机的容许运行范围二、同步发电机的容许运行范围 决定因素：决定因素： 1 1）原动机输出功率限制；）原动机输出功率限制； 2 2）发电机额定容量，由定子发热决定；）发电机额定容量，由定子发热决定； 3 3）发电机磁场或励磁机的最大励磁电流限制，由转子发热决定；）发电机磁场或励磁机的最大励磁电流限制，由转子发热决定； 4 4）进相运行时的稳定度。）进相运行时的稳定度。同步发电机进相运行：同步发电机进相运行： 发电机以超前功率因数角运行，此时发电机发出有功，但从系发电机以超前功率因数角运行，此时发电机发出有功，但从系统吸收无功。统吸收无功

8、。三、三、P-QP-Q图图 表示发电机在各种功率因数下，容许有功功率输出表示发电机在各种功率因数下，容许有功功率输出P P和容许无功功和容许无功功率输出率输出Q Q的关系曲线，又称发电机安全运行极限。的关系曲线，又称发电机安全运行极限。水轮发电机水轮发电机四、同步发电机的正常运行特性四、同步发电机的正常运行特性 正常运行状态：稳定的、对称的工作状态，它的主要参数（正常运行状态：稳定的、对称的工作状态，它的主要参数（P P、Q Q、U U、I I）不超过）不超过P-QP-Q图规定的容许范围。图规定的容许范围。 正常运行状态中，主要调整有功功率和励磁电流。正常运行状态中，主要调整有功功率和励磁电流

9、。1. 1. 励磁电流不变，调整发电机出力：励磁电流不变，调整发电机出力：变数、PCEq结论：结论： 从系统稳定性和保从系统稳定性和保证电能质量出发，在证电能质量出发，在增加有功功率的同时，增加有功功率的同时，应相应增加励磁电流。应相应增加励磁电流。2.2.发电机出力不变，调整励磁电流：发电机出力不变，调整励磁电流：变数、qECP结论：结论： 第三节第三节 同步发电机的非正常运行同步发电机的非正常运行一、同步发电机的容许过负荷一、同步发电机的容许过负荷 正常运行状态下，发电机不允许过负荷，但在短路、发电机正常运行状态下，发电机不允许过负荷，但在短路、发电机失步等特殊情况下，允许短时过负荷，时间

10、一般参照下式：失步等特殊情况下，允许短时过负荷，时间一般参照下式：1)(1502NIIt二、同步发电机异步运行二、同步发电机异步运行 原因：发电机失磁、定子短路等原因：发电机失磁、定子短路等 现象：发电机的定子、转子磁场间有了相对运动，在转子现象：发电机的定子、转子磁场间有了相对运动，在转子绕组、阻尼绕组、转子的齿和槽中产生绕组、阻尼绕组、转子的齿和槽中产生(f(fg g-f-fs s) )的电流。的电流。 对系统或发电机的不良影响：对系统或发电机的不良影响： （1 1）引起系统电压下降；）引起系统电压下降； （2 2）发电机出力受影响；）发电机出力受影响； （3 3）引起发电机转子和励磁回路

11、过热；）引起发电机转子和励磁回路过热； （4 4）各种发电机的异步运行分析。）各种发电机的异步运行分析。a)a)汽轮发电机的异步运行汽轮发电机的异步运行 能在转差率小于能在转差率小于0.5%0.5%的情况的情况下稳定运行，所以允许异下稳定运行，所以允许异步运行步运行15-30min15-30minb) b) 水轮发电机的异步运行水轮发电机的异步运行 不允许异步运行不允许异步运行三、同步发电机的不对称运行三、同步发电机的不对称运行 分析方法：对称分量法分析方法：对称分量法212011111212022222;,;,aobocojabacajabacaFFFFFa FFaFaeFFaFFa Fae

12、&零序分量系统：正序分量系统：、负序分量系统：、。以以A A相为基准相：相为基准相：02122021221111aa1aa11111a31aaabacaaaabacFFFFFFFFFaFFaF&现象：在转子上感应现象：在转子上感应100Hz100Hz的电流的电流 不良影响：不良影响： （1 1）在转子上产生附加发热，对汽轮机特别危险；）在转子上产生附加发热，对汽轮机特别危险； （2 2）引起转子倍频振动；）引起转子倍频振动； （3 3）影响发电机出力，限制发电机出力的三个方面为：）影响发电机出力，限制发电机出力的三个方面为：一、一、 进相运行进相运行 1. 定义：发电机以超前功

13、率因定义：发电机以超前功率因数、从系统吸收无功功率的运数、从系统吸收无功功率的运行方式。行方式。 2. 为何要采用进相运行？为何要采用进相运行？ 3. 进相运行的容许范围进相运行的容许范围 决定因素：决定因素： a) 静态稳定极限静态稳定极限第四节第四节 同步发电机的特殊运行方式同步发电机的特殊运行方式有电压调节器时：有电压调节器时：最大极限角大于最大极限角大于9090短路比变化时：短路比变化时：短路比增加，安全极短路比增加，安全极限曲线左移，从系统吸收的无功增加限曲线左移，从系统吸收的无功增加 b) 端部发热端部发热结论：结论：要保持一定的静要保持一定的静态稳定储备、保持端态稳定储备、保持端部发热为一定值，进部发热为一定值，进相运行时，随着功率相运行时，随着功率因数的降低，发电机因数的降低，发电机出力应该降低。出力应该降低。二、二、 过励磁过励磁 1. 定义定义 2. 实例实例 Uf 3. 容许范围容许范围 第四节第四节 同步发电机的调相运行同步发电机的调相运行一、定义一、定义 只发出无功功率或只吸收无功功率的运行方式。只发出无功功率或只吸收无功功率的运行方式。 二、调相运行情况二、调相运行情况 1. 水轮机组在低水位或枯水期