同步發(fā)電機(jī)原理

1、同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行技術(shù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象和法拉第定律 電荷的運(yùn)動產(chǎn)生磁效應(yīng),那么,就有可能由磁現(xiàn)象產(chǎn)生出電效應(yīng), 英國的法拉第經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)研究, 于1831年總結(jié)出電磁感應(yīng)的規(guī)律.1833年，俄國的楞次在綜合分析了法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了確定感應(yīng)電流方向的方法.現(xiàn)在，讓我們先來回顧一下法拉第其中一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn).如圖 在一個(gè)空心紙筒上繞上一組和電流計(jì)聯(lián)接的導(dǎo)體線圈，當(dāng)磁棒插進(jìn)線圈的過程中，電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而在磁棒從線圈內(nèi)抽出的過程中，電流計(jì)的指針則發(fā)生反方向的偏轉(zhuǎn)，磁棒插進(jìn)或抽出線圈的速度越快，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)的角度越大.但是當(dāng)磁棒不動時(shí)，電流計(jì)的指針不會偏轉(zhuǎn).對于線圈來說，運(yùn)動的磁棒意味著它周圍

2、的磁場發(fā)生了變化，從而使線圈感生出電流.法拉第終于實(shí)現(xiàn)了他多年的夢想用磁的運(yùn)動產(chǎn)生電！ 奧斯特和法拉第的發(fā)現(xiàn)，深刻地揭示了一組極其美妙的物理對稱性： 運(yùn)動的電產(chǎn)生磁，運(yùn)動的磁產(chǎn)生電。同步電機(jī)原理和結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。 圖15.1給出了最常用的轉(zhuǎn)場式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通

3、以直流電流時(shí)，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵(lì)磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場)。 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。 除了轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖中用AX、BY、CZ三個(gè)在空間錯(cuò)開120電角度分布的線圈代表三相對稱交流繞組。工作原理 主磁場的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場，即建立起主磁場。 載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。 切割運(yùn)動：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給

4、電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場）。 交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。 感應(yīng)電勢 有效值：每相感應(yīng)電勢的有效值為 感應(yīng)電勢 頻率： 感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對數(shù)p ，即 交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。60pnfKfWE44. 40 同步轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該

5、是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： 要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，依次類推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。 運(yùn)行方式 同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應(yīng)用大型同步電動機(jī)可以提高運(yùn)行效

6、率。近年來，小型同步電動機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。同步電機(jī)結(jié)構(gòu)型式 凸極式轉(zhuǎn)子 凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵(lì)磁線圈，如圖所示。當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為 N 極和 S 極。對水輪發(fā)電機(jī)來說，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比較多，做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。另外，中小型同步電機(jī)多半也做成凸極式。水輪發(fā)電機(jī) 水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：極數(shù)多，直徑

7、大，軸向長度短，整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。水輪發(fā)電機(jī)的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為12mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機(jī)磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機(jī)振蕩，在電動機(jī)中作為起動繞組用。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接，隱極式轉(zhuǎn)子 隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極，如圖所示。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，這些槽中嵌放著勵(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)

8、成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)。勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn) N 極和 S 極。在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá)170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做成細(xì)長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。 汽輪發(fā)電機(jī) 定子大體上與異步電機(jī)相同，定子鐵心由0.35mm,0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑較小時(shí)，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1m 時(shí)，采用扇形沖片。定子鐵心固定在機(jī)座上，機(jī)座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還必須滿足通風(fēng)和散熱的需要。汽輪發(fā)

9、電機(jī)的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強(qiáng)度，一般采用 B 級或 F 級絕緣。 為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，一般采用隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個(gè)細(xì)長的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上銑有許多槽，勵(lì)磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。 勵(lì)磁繞組為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)。勵(lì)磁方式簡介 獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。目前采用的勵(lì)磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)?，F(xiàn)說明如下： 1 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另

10、一臺被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。如圖所示。 2 靜止整流器勵(lì)磁 同一軸上有三臺交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。(見圖） 3 旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流

11、器勵(lì)磁系統(tǒng)，如所示。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。 同步電機(jī)額定值及型號額定值 同步電機(jī)的額定值有： 額定容量 (VA,kVA,MVA等) 或額定功率PN (W,kW,MW等) ：指電機(jī)輸出功率的保證值。發(fā)電機(jī)通過額定容量值可以確定電樞電流，通過額定功率可以確定配套原動機(jī)的容量。電動機(jī)的額定容量一般用kW數(shù)表示，補(bǔ)償機(jī)則用kVAR表示。 額定電壓(V,kV等) ：指額定運(yùn)

12、行時(shí)定子輸出端的線電壓。 額定電流(A) ：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。 額定功率因數(shù) ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)。 額定頻率 ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)電樞輸出端電能的頻率，我國標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。 額定轉(zhuǎn)速 ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。 除上述額定值外，同步電機(jī)名牌上還常列出一些其它的運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如額定負(fù)載時(shí)的溫升 、勵(lì)磁容量 和勵(lì)磁電壓 等。 國產(chǎn)同步電機(jī)型號 我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)有QFQ、QFN、QFS等系列，前兩個(gè)字母表示汽輪發(fā)電機(jī)；第三個(gè)字母表示冷卻方式，Q表示氫外冷，N表示氫內(nèi)冷，S表示雙水內(nèi)冷。我國生產(chǎn)的大型水輪發(fā)電機(jī)為TS系列，T表示同步，S表示水輪。舉例來說：QFS-3

13、00-2 表示容量為300MW雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機(jī)。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48。 此外同步電動機(jī)系列有TD、TDL等，TD表示同步電動機(jī)，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動機(jī)；TDL表示立式同步電動機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)為TT系列。同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行 當(dāng)原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,勵(lì)磁繞組通過適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流,電樞繞組不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況，稱為空載運(yùn)行?？蛰d運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢單獨(dú)建立空載特性當(dāng)空載運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁電勢隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系 稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。勵(lì)

14、磁電勢的大小 (有效值) 與轉(zhuǎn)子每極磁通成正比，而勵(lì)磁電流的大小又和作用于同步電機(jī)磁路上的勵(lì)磁磁勢 正比例變化，所以空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律。如圖所示。由圖可見，當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長后的射線稱為氣隙線）。隨著勵(lì)磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽和段。為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處，如圖中的c點(diǎn)。 空載特性可以通過計(jì)算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測定的方法與直流發(fā)電機(jī)類似。同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，取 時(shí)的勵(lì)磁電流 (稱為額定勵(lì)磁電流)為勵(lì)磁電流的基值。用標(biāo)

15、么值表示的空載特性具有典型性，不論電機(jī)容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。 空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用：空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹 )可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行和電樞反應(yīng)空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢 ，它在電樞繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，稱為勵(lì)磁電勢。當(dāng)電樞繞組接上三相對稱負(fù)載后，電樞繞組和負(fù)載一起構(gòu)成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流 ，我們知道，當(dāng)三相對稱電流流過三相對稱繞組時(shí)，將會形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。由此可見，負(fù)載以后同步電機(jī)內(nèi)部將

16、會產(chǎn)生又一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢 -電樞旋轉(zhuǎn)磁勢。因此，同步發(fā)電機(jī)接上三相對稱負(fù)載以后，電機(jī)中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢 (稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢)外，又多了一個(gè)電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢) 。 參看異步電機(jī)的介紹，不難證明這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個(gè)合成磁勢 。 氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機(jī)的氣隙中建立起來的磁場。 也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。 可見同步發(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢和磁場將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢的出現(xiàn)所致。 電樞反應(yīng) 電樞磁勢的存在，將使氣隙磁場的大小和位置發(fā)生變化，我們把這一現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。電

17、樞反應(yīng)會對電機(jī)性能產(chǎn)生重大影響。 電樞反應(yīng)的情況決定于空間相量 和之間的夾角，而這一夾角又和時(shí)間相量E0 和Ia 之間的相位差y相關(guān)連。y稱為內(nèi)功率因數(shù)角，其大小由負(fù)載的性質(zhì)決定。同步電抗和電樞反應(yīng)電抗 當(dāng)三相對稱電樞電流流過電樞繞組時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢，將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生跨過氣隙的電樞反應(yīng)磁通和不通過氣隙的漏磁通，和將分別在電樞各相繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電勢 和漏磁電勢。與電樞電流的大小成正比(不計(jì)飽和)，比例常數(shù)稱為電樞反應(yīng)電抗。同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)條件及其方法 并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢單機(jī)供電的缺點(diǎn)是明顯的：既不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電)，又無

18、法實(shí)現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。這些缺點(diǎn)可以通過多機(jī)并聯(lián)來改善。通過并聯(lián)可將幾臺電機(jī)或幾個(gè)電站并成一個(gè)電網(wǎng)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中都是把幾臺同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來接在共同的匯流排上，一個(gè)地區(qū)總是有好幾個(gè)發(fā)電廠并聯(lián)起來組成一個(gè)強(qiáng)大的電力系統(tǒng)(電網(wǎng))。電網(wǎng)供電比單機(jī)供電有許多優(yōu)點(diǎn)：提高了供電的可靠性，一臺電機(jī)發(fā)生故障或定期檢修不會引起停電事故。 提高了供電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，例如水電廠與火電廠并聯(lián)時(shí)，在枯水期和旺水期，兩種電廠可以調(diào)配發(fā)電，使得水資源得到合理使用。在用電高峰期和低谷期，可以靈活地決定投入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)數(shù)量，提高了發(fā)電效率和供電靈活性。 提高了供電質(zhì)量，電網(wǎng)的容量巨大(相對于單臺發(fā)電機(jī)或者個(gè)別負(fù)載可視為無

19、窮大)，單臺發(fā)電機(jī)的投入與停機(jī)，個(gè)別負(fù)載的變化，對電網(wǎng)的影響甚微，衡量供電質(zhì)量的電壓和頻率可視為恒定不變的常數(shù)。 電網(wǎng)對單臺發(fā)電機(jī)來說可視為無窮大電網(wǎng)或無窮大匯流排。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)后，它的運(yùn)行情況要受到電網(wǎng)的制約，也就是說它的電壓、頻率要和電網(wǎng)一致而不能單獨(dú)變化。 并聯(lián)條件 把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)，或稱為并列、并車、整步。在并車時(shí)必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機(jī)受到損壞、電網(wǎng)遭受干擾。并車前必須檢查發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)是否適合以下條件： 雙方應(yīng)有一致的相序； 雙方應(yīng)有相等的電壓； 雙方應(yīng)有同樣或者十分接近的頻率和相位。 若以上條件中的任何一個(gè)不滿足則在開關(guān)K的兩端，

20、會出現(xiàn)差額電壓 ，如果閉合K，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。上述條件中，除相序一致是絕對條件外，其它條件都是相對的，因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)可以承受一些小的沖擊電流。 并車的準(zhǔn)備工作是檢查并車條件和確定合閘時(shí)刻。通常用電壓表測量電網(wǎng)電壓 ，并調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=U1。再借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和相位以確定合閘時(shí)刻。 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行1、發(fā)電機(jī)允許溫度和溫升、發(fā)電機(jī)允許溫度和溫升 發(fā)電機(jī)的連續(xù)工作容量取決于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子繞組和定子鐵芯的溫度，這些部分允許的長期最高溫度又決定于所用的絕緣材料的等級和測溫方法。 絕緣材料受熱后，溫度越高，老化越快，壽命越短，因

21、此必須規(guī)定其允許溫度，同時(shí)，為了能真正反應(yīng)繞組的溫度，還要規(guī)定其允許溫升。2、發(fā)電機(jī)在電壓、周波變動時(shí)的運(yùn)行、發(fā)電機(jī)在電壓、周波變動時(shí)的運(yùn)行 電壓和周波（頻率）是供電質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。電壓周波過高或過低不但對用戶不利，而且對電力系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)本身也不利。 在額定頻率下電壓變動時(shí)的運(yùn)行發(fā)電機(jī)電壓變化5%時(shí)，定子電流也可以相應(yīng)變化5%，在此變化范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)可帶滿負(fù)荷長期運(yùn)行 在額定電壓下頻率變動的運(yùn)行發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，應(yīng)保證額定頻率50周/秒，允許變動范圍為0.5周/秒，即49.550.5周/秒，最高不得超過額定值的5%，即47.552.5周/秒3、發(fā)電機(jī)在功率因數(shù)變動時(shí)的運(yùn)行、發(fā)電機(jī)在功率因數(shù)變動時(shí)的

22、運(yùn)行 功率因數(shù)cos亦稱為力率，它的大小是表示發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送無功負(fù)荷的情況，這種負(fù)荷通常是感性的。 發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)不宜超過滯后0.95運(yùn)行，超過后由于勵(lì)磁電流的減小，降低了發(fā)電機(jī)的電勢，使定子、轉(zhuǎn)子磁極間吸力減小，功角增大，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性降低 功率因數(shù)低于額定值時(shí)，定子電流的無功分量增大，由于感性無功起去磁作用，為維持定子電壓不變，必須增加轉(zhuǎn)子電流，若保持額定出力，會使轉(zhuǎn)子電流超過額定值，引起轉(zhuǎn)子繞組溫度過高。4、發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行、發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行 負(fù)序電流會引起轉(zhuǎn)子過熱 磁場不均勻會引起機(jī)組振動 負(fù)荷不平衡的限制汽輪發(fā)電機(jī)三相電流中任意兩相電流之差不得超過額定電流的10%；

23、任意一相的定子電流不得超過額定值；對于綁線式轉(zhuǎn)子的汽輪發(fā)電機(jī)，維持存在的負(fù)序電流與額定電流之比的百分值不得超過5%發(fā)電機(jī)軸和軸承中的電流 在汽輪機(jī)組中，由于定子磁場的不平衡或轉(zhuǎn)軸本身帶磁，當(dāng)出現(xiàn)交變磁通時(shí)，在轉(zhuǎn)軸上就感應(yīng)出一定的電壓，稱為軸電壓。 出現(xiàn)軸電流的原因有以下三種：單極效應(yīng)產(chǎn)生的軸電流由靜電荷產(chǎn)生的軸電流磁通不對稱引起的軸電流軸承絕緣的監(jiān)視V1V2絕緣墊定子鐵芯轉(zhuǎn)子軸承座底座軸承絕緣及檢驗(yàn)絕緣的方法軸承對地絕緣電阻的測量V1V2軸承座底座絕緣墊片1鐵片絕緣墊片2軸承座底座絕緣墊片1鐵片絕緣墊片2機(jī)組運(yùn)行時(shí)的測量機(jī)組檢修時(shí)的測量發(fā)電機(jī)負(fù)荷的調(diào)整 有功負(fù)荷的調(diào)整有功負(fù)荷的調(diào)整發(fā)電機(jī)在運(yùn)行

24、中有功功率的調(diào)整（也就是調(diào)頻）是利用汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 無功負(fù)荷的調(diào)整無功負(fù)荷的調(diào)整發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中無功功率的調(diào)整是利用改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。同步發(fā)電機(jī)的事故處理 發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的工作人員的基本職責(zé)就是保證電力設(shè)備安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 事故是電力系統(tǒng)的一大災(zāi)害，應(yīng)以預(yù)防為主。萬一發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)該鎮(zhèn)靜、大膽、果斷地根據(jù)事故的現(xiàn)象，正確判斷事故的性質(zhì)，采取有效的處理方法，盡速限制事故的發(fā)展，消除事故根源。發(fā)電機(jī)的非同期并列 在不符合并列的主要條件的情況下，合上被并發(fā)電機(jī)斷路器的瞬間，將會產(chǎn)生巨大的沖擊電流，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的震動。 現(xiàn)象：定子電流表指示突然升高，系統(tǒng)電壓降低，

25、發(fā)電機(jī)本體由于沖擊力矩的作用而發(fā)出“吼”的聲音，然后定子電流表劇烈擺動，母線電壓表也來回?cái)[動。發(fā)電機(jī)的振蕩和失步 發(fā)電機(jī)振蕩和失步的原因當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生某些重大事故時(shí)，發(fā)電機(jī)與用戶的功率平衡便遭到破壞，此時(shí)在改變發(fā)電機(jī)輸出功率時(shí)，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣性及汽輪機(jī)調(diào)速器動作的延時(shí)，所以輸出功率的改變有一過程。在這個(gè)過程中，發(fā)電機(jī)的功率與用戶功率不能平衡，就會破壞發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)展到發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步，甚至使整個(gè)發(fā)電廠與系統(tǒng)失去同步。 現(xiàn)象：定子電流表的指針向兩側(cè)劇烈地?cái)[動，有超過正常值的情況發(fā)電機(jī)和母線上各電壓表的指針都發(fā)生劇烈的擺動，通常是電壓降低有功功率表指針在

26、全表盤刻度上擺動轉(zhuǎn)子電流表指針在正常運(yùn)行數(shù)據(jù)值附近激烈地?cái)[動周波和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速忽上忽下，發(fā)電機(jī)發(fā)出有節(jié)奏的鳴音，其節(jié)奏與上列各表計(jì)指針的擺動合拍發(fā)電機(jī)的強(qiáng)行勵(lì)磁裝置在電壓降低到額定電壓的85%時(shí)間隙動作 振蕩和失步的處理增加勵(lì)磁電流，提高發(fā)電機(jī)電壓，以利于恢復(fù)同步自動勵(lì)磁裝置投入時(shí)，應(yīng)減少發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷，使轉(zhuǎn)子加速不致過大，以有利于發(fā)電機(jī)拉入同步采取以上措施后，經(jīng)過12分鐘仍不能恢同期，可將發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，待系統(tǒng)正常后再與系統(tǒng)并列。同步發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱訖C(jī)運(yùn)行 與系統(tǒng)并列的汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，由于汽輪機(jī)危急保安器誤動作而將主汽門關(guān)閉，或因主汽門誤動作而關(guān)閉，使發(fā)電機(jī)失去原動力而變?yōu)橥诫妱訖C(jī)運(yùn)行

27、。此時(shí)對負(fù)荷來說它是一臺無功發(fā)電機(jī)（即調(diào)相機(jī)）。它將向系統(tǒng)吸收部分有功負(fù)荷來維持本身的同步運(yùn)轉(zhuǎn)而向系統(tǒng)輸出無功負(fù)荷，因?yàn)榇藭r(shí)勵(lì)磁并未改變。 現(xiàn)象：該機(jī)配電盤上“主汽門關(guān)閉”光字牌亮發(fā)電機(jī)的有功表指針擺到零位附近的針擋處（數(shù)顯表指示負(fù)值）。發(fā)電機(jī)的無功表指示升高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)表指示進(jìn)相定子電流表指示降低定子電壓表及勵(lì)磁回路的儀表指示正常頻率表正常，但若發(fā)電機(jī)占系統(tǒng)總負(fù)荷比例較重時(shí)，頻率會有所下降。同步發(fā)電機(jī)的無勵(lì)磁異步運(yùn)行 發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中失去勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子的磁場消失，叫做發(fā)電機(jī)的失磁l汽輪發(fā)電機(jī)的異步運(yùn)行是在發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，仍帶有一定的有功功率，以某滑差率與電網(wǎng)保持聯(lián)系的一種特殊運(yùn)行方式。

28、l由于失磁發(fā)電機(jī)定子電流的增加會使定子線棒的端部過熱以及轉(zhuǎn)子在異步運(yùn)行時(shí)的表面渦流損耗會引起轉(zhuǎn)子本體表面發(fā)熱，因此，失磁發(fā)電機(jī)不能長時(shí)間運(yùn)行。 現(xiàn)象轉(zhuǎn)子電流表指示為零或接近于零定子電流顯著增加并擺動發(fā)電機(jī)端電壓及發(fā)電機(jī)母線電壓降低并擺動有功表指示降低并擺動無功表指示負(fù)值轉(zhuǎn)子電壓表指示異常功率因數(shù)表指示進(jìn)相上述表計(jì)發(fā)生周期性擺動隨著上述現(xiàn)象的發(fā)生，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會升高，同時(shí)周波略有升高，但沒有危急保安器動作信號。同步發(fā)電機(jī)的性能%1000UeUeEU發(fā)電機(jī)的外特性當(dāng)保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，在勵(lì)磁電流IL等于常數(shù)、負(fù)載功率因數(shù)等于常數(shù)的情況下，改變負(fù)載電流大小時(shí)，端電壓U隨著負(fù)載電流變化的曲線。發(fā)電機(jī)的

29、電壓變化率在額定負(fù)載和額定電壓下運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流保持不變，當(dāng)發(fā)電機(jī)甩掉全部負(fù)載時(shí)，端電壓將上升至空載電勢E0。額定勵(lì)磁電流下發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載變到空載值端電壓的升高值對額定電壓的百分比，叫做發(fā)電機(jī)的電壓變化率，即同步發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性在保持轉(zhuǎn)速、負(fù)載功率因數(shù)和端電壓不變的條件下，勵(lì)磁電流IL隨著負(fù)載電流Ie的變化關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性。上述三個(gè)特性表明了發(fā)電機(jī)在不同性質(zhì)負(fù)荷情況下電壓的變化和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系變壓器運(yùn)行技術(shù) 變壓器正常巡視檢查項(xiàng)目有哪些？變壓器正常巡視檢查項(xiàng)目有哪些？(1)變壓器運(yùn)行的音響是否正常；(2)油枕及充油套管中的油色、油位是否正常，有無滲漏油現(xiàn)象；(3)各側(cè)套管有無破

30、損，有無放電痕跡及其它異常現(xiàn)象；(4)冷卻裝置運(yùn)行是否正常；(5)上層油溫表指示是否正確，有無異常情況；(6)防爆管的隔膜是否完好，有無積液情況；(7)呼吸器變色硒膠的變色程度；(8)瓦斯繼電器內(nèi)是否滿油；(9)本體及各附件有無滲、漏油；(10)各側(cè)套管樁頭及連接線有無發(fā)熱、變色現(xiàn)象；(11)變壓器附近周圍環(huán)境及堆放物是否有可能造成威脅變壓器的安全運(yùn)行。根據(jù)變壓器油溫度, 怎樣判別變壓器是否正常 ?變壓器在額定條件下運(yùn)行，鐵芯和繞組的損耗發(fā)熱引起各部位溫度升高，當(dāng)發(fā)熱與散熱達(dá)平衡時(shí)，各部位溫度趨于穩(wěn)定。在巡視檢查時(shí)，應(yīng)注意環(huán)境溫度、上層油溫、負(fù)載大小及油位高度，并與以往數(shù)值對照比較分析，如果在

31、同樣條件下，上層油溫比平時(shí)高出10，或負(fù)載不變，但油溫還不斷上升，而冷卻裝置運(yùn)行正常，溫度表無失靈，則可認(rèn)為變壓器內(nèi)部發(fā)生異常和故障。變壓器油在變壓器中的主要作用是什么？ 變壓器中的油在運(yùn)行時(shí)主要起散熱冷卻作用；對繞組等起絕緣和絕緣保養(yǎng)作用（保持良好絕緣狀態(tài)）；油在高壓引線處和分接開關(guān)接觸點(diǎn)起消弧作用，防止電暈和電弧放電的產(chǎn)生。變壓器并列運(yùn)行的條件有哪些？為什么？ 參加并列運(yùn)行的各變壓器必須接線組別相同。否則，副邊出現(xiàn)電壓差很大，產(chǎn)生的環(huán)流很大甚至象短路電流，均會損壞變壓器； 各變壓器的原邊電壓應(yīng)相等，副邊電壓也分別相等。否則副邊產(chǎn)生環(huán)流引起過載，發(fā)熱，影響帶負(fù)荷，并增加電能損耗、效率降低；

32、各變壓器的阻抗電壓（短路電壓）百分?jǐn)?shù)應(yīng)相等，否則帶負(fù)荷后產(chǎn)生負(fù)荷分配不合理。因?yàn)槿萘看蟮淖儔浩鞫搪冯妷喊俜謹(jǐn)?shù)大、容量小的變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)小，而負(fù)載分配與短路電壓百分?jǐn)?shù)成反比，這樣會造成大變壓器分配的負(fù)載小，設(shè)備沒有充分利用；而小變壓器分配的負(fù)載大，易過載，限制了并列運(yùn)行的變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行。單臺變壓器運(yùn)行在什么情況下效率最高？單臺變壓器運(yùn)行效率最高點(diǎn)，條件是：當(dāng)可變損耗（線圈銅耗）等于不變損耗（鐵芯損耗）時(shí)，一般負(fù)荷系數(shù)0.6約為額定負(fù)載60%左右，為效率最高點(diǎn)。什么叫變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式？當(dāng)幾臺變壓器并列運(yùn)行時(shí)，由于各變壓器鐵耗基本不變，而銅耗隨著負(fù)載的變化而變化，因此需按負(fù)載大小調(diào)整運(yùn)行變

33、壓器的臺數(shù)和容量，使變壓器的功率總損耗為最小，這種運(yùn)行方式，稱為變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。瓦斯保護(hù)的保護(hù)范圍是什么？ 1）變壓器內(nèi)部的多相短路。 2）匝間短路，繞組與鐵芯或外殼短路。 3）鐵芯故障。 4）油面下將或漏油。 5）分接開關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不牢固。主變差動保護(hù)動作的條件是什么？ 1）主變及套管引出線故障。 2）保護(hù)二次線故障。 3）電流互感器開路或短路。 4）主變內(nèi)部故障。主變差動與瓦斯保護(hù)的作用有哪些區(qū)別？ 1）主變差動保護(hù)是按循環(huán)電流原理設(shè)計(jì)制造的，而瓦斯保護(hù)是根據(jù)變壓器內(nèi)部故障時(shí)會產(chǎn)生或分解出氣體這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)制造的。 2）差動保護(hù)為變壓器的主保護(hù)，瓦斯保護(hù)為變壓器內(nèi)部故障時(shí)的主保護(hù)

34、。 3）保護(hù)范圍不同電壓互感器一、二次熔斷器的保護(hù)范圍是什么？ 電壓互感器一次熔斷器的保護(hù)范圍是：電壓互感器的內(nèi)部故障（匝間短路故障熔絲可能不熔斷），或在電壓互感器與電網(wǎng)連接線上的短路故障。 電壓互感器二次熔斷器的保護(hù)范圍是：二次熔斷器以下回路的短路引起的持續(xù)短路故障（一般二次保險(xiǎn)以下回路的故障一次熔斷器不熔斷）。變壓器運(yùn)行中常見故障分析及處理措施 ( 1) 繞組的主絕緣和匝間絕緣故障。變壓器繞組的主絕緣和匝間絕緣是容易發(fā)生故障的部位。主要原因是: 由于長期過負(fù)荷運(yùn)行、或散熱條件差、或使用年限長, 使變壓器繞組絕緣老化脆裂, 抗電強(qiáng)度大大降低;變壓器多次受到短路沖擊, 使繞組受力變形, 隱藏著

35、絕緣缺陷, 一旦遇有電壓波動就有可能將絕緣擊穿; 變壓器油中進(jìn)水使絕緣強(qiáng)度大大降低而不能承受允許的電壓, 造成絕緣擊穿; 在高壓繞組加強(qiáng)段處或低壓繞組部位, 由于絕緣膨脹, 使油道阻塞, 影響了散熱, 使繞組絕緣由于過熱而老化, 發(fā)生擊穿短路; 由于防雷設(shè)施不完善, 在大氣過電壓作用下, 發(fā)生絕緣擊穿。 ( 2) 變壓器套管故障。主要是套管閃絡(luò)和爆炸, 變壓器高壓側(cè)一般使用電容套管, 由于套管瓷質(zhì)不良或者有沙眼和裂紋, 套管密封不嚴(yán), 有漏油現(xiàn)象; 套管積垢太多等都有可能造成閃絡(luò)和爆炸。 ( 3) 鐵心絕緣故障。變壓器鐵芯由硅鋼片疊裝而成, 硅鋼片之間有絕緣漆膜。由于硅鋼片緊固不好, 使漆膜破

36、壞產(chǎn)生渦流而發(fā)生局部過熱。同理, 夾緊鐵心的穿心螺絲、圧鐵等部件, 若絕緣損壞也會發(fā)生過熱現(xiàn)象。此外, 若變壓器內(nèi)殘留有鐵屑或焊渣, 使鐵芯兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地, 都會造成鐵芯故障。 ( 4) 分接開關(guān)故障。變壓器分接開關(guān)是變壓器常見故障之一。由于開關(guān)長時(shí)間靠壓力接觸, 會出現(xiàn)彈簧壓力不足, 使開關(guān)連接部分的有效接觸面積減小, 以及接觸部分鍍銀層磨損脫落, 引起分接開關(guān)在運(yùn)行中發(fā)熱損壞。分接開關(guān)接觸不良, 經(jīng)受不住短路電流的沖擊而造成分接開關(guān)燒壞而發(fā)生故障; 在有載調(diào)壓的變壓器, 分接開關(guān)的油箱與變壓器油箱一般是互不相通的。若分接開關(guān)油箱發(fā)生嚴(yán)重缺油, 則分接開關(guān)在切換中會發(fā)生短路故障, 使分接開關(guān)

37、燒壞。 ( 5) 瓦斯保護(hù)故障。瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù), 輕瓦斯作用于信號, 重瓦斯作用于跳閘。下面分析瓦斯保護(hù)動作的原因及處理辦法: 第一, 輕瓦斯保護(hù)動作后發(fā)出信號。其原因是: 變壓器內(nèi)部有輕微故障; 變壓器內(nèi)部存在空氣; 二次回路故障等。運(yùn)行人員應(yīng)立即檢查, 如未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象, 應(yīng)進(jìn)行氣體取樣分析。第二, 瓦斯保護(hù)動作跳閘時(shí), 可能變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重故障, 引起油分解出大量氣體, 也可能二次回路故障等。出現(xiàn)瓦斯保護(hù)動作跳閘, 應(yīng)先投備用變, 然后進(jìn)行外部檢查。檢查油枕防爆門, 各焊接縫是否裂開, 變壓器外殼是否變形; 最后檢查氣體的可燃性。 ( 6) 變壓器自動跳閘的處理。當(dāng)變壓器各側(cè)斷路器自動跳閘后, 首先將跳閘斷路器的控制開關(guān)操作至跳閘后的位置, 并迅速投入備用變壓器, 調(diào)整運(yùn)行方式和負(fù)荷分配, 維持運(yùn)行系統(tǒng)和設(shè)備處于正常狀態(tài)。再檢查保護(hù)動作情況, 進(jìn)行外部檢查。經(jīng)檢查不是內(nèi)部故障而是由于外部故障( 穿越性故障) 或人員誤動作等引起的, 則可不經(jīng)內(nèi)部檢查即可投入送電。如屬差動、重瓦斯、速斷等主保護(hù)動作, 應(yīng)對該保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行全部檢查。在未查清原因前, 禁止將變壓器投入運(yùn)行。 ( 7) 變壓器著火也是一種危險(xiǎn)事故。由于變壓器套管的破損或閃絡(luò)