工學(xué)大型發(fā)電機與變壓器運行48版本華北電力大學(xué)課件

1、大型發(fā)電機與變壓器運行大型發(fā)電機與變壓器運行主講教師：孫麗玲主講教師：孫麗玲2 本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)方向的一門本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)方向的一門專業(yè)課程。目的是使學(xué)生了解大型發(fā)電機和變壓器專業(yè)課程。目的是使學(xué)生了解大型發(fā)電機和變壓器的正常運行、非正常運行及特殊運行情況，掌握其的正常運行、非正常運行及特殊運行情況，掌握其基本分析方法及產(chǎn)生非正常運行的原因與危害，為基本分析方法及產(chǎn)生非正常運行的原因與危害，為學(xué)生畢業(yè)后從事本專業(yè)及相關(guān)工作打下必要的基礎(chǔ)。學(xué)生畢業(yè)后從事本專業(yè)及相關(guān)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程性質(zhì)、目的和任務(wù)及參考書 參考書目：參考書目： 1.同步發(fā)電機運行技術(shù)與實踐同

2、步發(fā)電機運行技術(shù)與實踐，周德貴，鞏北，周德貴，鞏北寧主編，中國電力出版社。寧主編，中國電力出版社。 2. 發(fā)電機及電氣設(shè)備發(fā)電機及電氣設(shè)備，國電太原第一熱電廠編，國電太原第一熱電廠編著，中國電力出版社。著，中國電力出版社。 3.發(fā)電機故障診斷及冷卻技術(shù)發(fā)電機故障診斷及冷卻技術(shù) 論文選集論文選集，中國，中國科學(xué)技術(shù)出版社?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 31. 了解大型發(fā)電機及變壓器運行的基本情況。了解大型發(fā)電機及變壓器運行的基本情況。2. 掌握同步發(fā)電機正常運行的概念及運行特性。掌握同步發(fā)電機正常運行的概念及運行特性。3. 掌握同步發(fā)電機非正常運行的原因、現(xiàn)象及危害。掌握同步發(fā)電機非正常運行的原因、現(xiàn)象及危

3、害。4. 掌握同步發(fā)電機的不對稱運行、異步運行的分析方掌握同步發(fā)電機的不對稱運行、異步運行的分析方法。法。5. 掌握同步發(fā)電機的進相運行、過勵磁運行時的運行掌握同步發(fā)電機的進相運行、過勵磁運行時的運行 性能。性能。本課程的教學(xué)內(nèi)容46. 了解汽輪發(fā)電機的扭動穩(wěn)定、扭動振蕩及次同步了解汽輪發(fā)電機的扭動穩(wěn)定、扭動振蕩及次同步 諧振的概念。諧振的概念。7. 了解變壓器的冷卻系統(tǒng)及發(fā)熱計算。了解變壓器的冷卻系統(tǒng)及發(fā)熱計算。8. 了解變壓器的絕緣老化及過負荷能力的確定依據(jù)。了解變壓器的絕緣老化及過負荷能力的確定依據(jù)。9. 掌握自耦變壓器的特點及運行方式。掌握自耦變壓器的特點及運行方式。10. 了解分裂繞

4、組變壓器的特點。了解分裂繞組變壓器的特點。11. 掌握三繞組變壓器并聯(lián)運行的分析方法。掌握三繞組變壓器并聯(lián)運行的分析方法。13. 了解變壓器的常見故障與故障檢測技術(shù)。了解變壓器的常見故障與故障檢測技術(shù)。 本課程的教學(xué)內(nèi)容5本章所討論的內(nèi)容：本章所討論的內(nèi)容：1. 介紹汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機參數(shù)的特點，參數(shù)介紹汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機參數(shù)的特點，參數(shù)以及對系統(tǒng)運行的影響以及對系統(tǒng)運行的影響；2. 根據(jù)發(fā)熱限度，通過根據(jù)發(fā)熱限度，通過pq圖和相量圖，分析發(fā)電圖和相量圖，分析發(fā)電機在不同情況下的容許負荷。機在不同情況下的容許負荷。3. 結(jié)合大系統(tǒng)、大機組的特點，分析發(fā)電機正常運結(jié)合大系統(tǒng)、大機組的特點

5、，分析發(fā)電機正常運行、行、 非正常運行、特殊運行方式非正常運行、特殊運行方式（包括進相運包括進相運行、過勵磁等行、過勵磁等）的性能。的性能。4. 介紹汽輪發(fā)電機軸系扭振和次同步諧振的概念，介紹汽輪發(fā)電機軸系扭振和次同步諧振的概念，發(fā)電機故障診斷技術(shù)。發(fā)電機故障診斷技術(shù)。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 61.1 同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1 1x x、y y、z z引出線；引出線；2 2電流互感器；電流互感器；3 3a a、b b、c c引出線；引出線；4 4永磁副勵磁機；永磁副勵磁機；5 5主勵磁機；主勵磁機；6 6勵磁機軸承；勵磁機軸承；7出線盒；出線盒；8

6、汽體冷卻器；汽體冷卻器；9碳刷架隔音罩；碳刷架隔音罩；10端部；端部；11機殼；機殼；12測溫引線盒；測溫引線盒； 一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)圖圖1-1 qfsn1-1 qfsn3003002 2型汽輪發(fā)電機組側(cè)視圖型汽輪發(fā)電機組側(cè)視圖 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 7 就主發(fā)電機本體而言，其最基本的組成部件是就主發(fā)電機本體而言，其最基本的組成部件是定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子。 定子結(jié)構(gòu)：主要由機座、定子鐵心、端蓋、定定子結(jié)構(gòu)：主要由機座、定子鐵心、端蓋、定子繞組及氫氣冷卻器等構(gòu)成。子繞組及氫氣冷卻器等構(gòu)成。 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、護環(huán)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：主要由轉(zhuǎn)子鐵心

7、、轉(zhuǎn)子繞組、護環(huán)、滑環(huán)及風(fēng)扇等組成。由于在正常運行狀態(tài)，尤其是滑環(huán)及風(fēng)扇等組成。由于在正常運行狀態(tài)，尤其是故障短路狀態(tài)下，定子受有很大的力矩，故必須用故障短路狀態(tài)下，定子受有很大的力矩，故必須用機座將其固定。在機座壁與鐵心段之間有隔振結(jié)構(gòu)，機座將其固定。在機座壁與鐵心段之間有隔振結(jié)構(gòu)，以減少倍頻振動。以減少倍頻振動。 一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 8 在發(fā)電機本體醒目的地方設(shè)有在發(fā)電機本體醒目的地方設(shè)有銘牌銘牌。銘牌上標有。銘牌上標有發(fā)電機的發(fā)電機的額定參數(shù)額定參數(shù)，這些參數(shù)是發(fā)電機正常運行的依，這些參數(shù)是發(fā)電機正常運行的依據(jù)。一般有額定功率、

8、電壓、電流、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速、據(jù)。一般有額定功率、電壓、電流、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速、氫壓、勵磁電壓、勵磁電流、連接方式、效率等。我氫壓、勵磁電壓、勵磁電流、連接方式、效率等。我國國產(chǎn)國國產(chǎn)300mw汽輪發(fā)電機主要銘牌參數(shù)列于表汽輪發(fā)電機主要銘牌參數(shù)列于表11。 表1-1 我國國產(chǎn)300mw汽輪發(fā)電機主要銘牌參數(shù)二、同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值二、同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1. 1. 同步發(fā)電機的額定參數(shù)同步發(fā)電機的額定參數(shù) 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 92. 2. 運行參數(shù)不同于額定參數(shù)時發(fā)電機的運行運行參數(shù)不同于額定參數(shù)時發(fā)電機的運行 在發(fā)電機運行規(guī)程中，規(guī)定了運行時發(fā)電機的端在發(fā)電機運行

9、規(guī)程中，規(guī)定了運行時發(fā)電機的端電壓、運行頻率、冷卻介質(zhì)溫度的容許變化范圍。同電壓、運行頻率、冷卻介質(zhì)溫度的容許變化范圍。同時，也規(guī)定了各個運行參數(shù)不同于額定值時，發(fā)電機時，也規(guī)定了各個運行參數(shù)不同于額定值時，發(fā)電機的容許出力或容許電流。的容許出力或容許電流。 規(guī)定的原則是：規(guī)定的原則是：在運行中不要發(fā)生電氣損壞、機在運行中不要發(fā)生電氣損壞、機械故障和縮短壽命，即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯溫械故障和縮短壽命，即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯溫度都不超過容許值，各部分產(chǎn)生的應(yīng)力都不超過容許度都不超過容許值，各部分產(chǎn)生的應(yīng)力都不超過容許限度等。限度等。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 101 1）冷

10、卻介質(zhì)不同于額定值時對容量的影響）冷卻介質(zhì)不同于額定值時對容量的影響 運行中的發(fā)電機，當冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值運行中的發(fā)電機，當冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時，其容許負荷可隨冷卻介質(zhì)溫度變化而增減。在此時，其容許負荷可隨冷卻介質(zhì)溫度變化而增減。在此情形下，情形下，決定容許負荷的原則決定容許負荷的原則是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組溫度都不超過容許值。溫度都不超過容許值。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 11 發(fā)電機定子繞組的溫度發(fā)電機定子繞組的溫度 由幾部分組成：冷卻介質(zhì)的溫由幾部分組成：冷卻介質(zhì)的溫度度 ，由于通風(fēng)摩擦損耗而引起的溫升，由于通風(fēng)摩擦損耗而引起的溫升 ，由于鐵耗引

11、起的，由于鐵耗引起的溫升溫升 ，由于銅耗引起的溫升，由于銅耗引起的溫升 。 假定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，可認為通風(fēng)損耗保持不變，鐵耗與假定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，可認為通風(fēng)損耗保持不變，鐵耗與電壓平方成正比，銅耗與電流平方成正比。用角注電壓平方成正比，銅耗與電流平方成正比。用角注“n”表示表示額定狀態(tài)時的相應(yīng)溫升，則定子繞組的溫度額定狀態(tài)時的相應(yīng)溫升，則定子繞組的溫度 ，可用下式表，可用下式表示，即示，即 分析：分析：s0ftfetcuts220)()(nncunnfenfsiituutt（11）1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 12 在額定狀態(tài)時，即額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、在額定狀態(tài)時，即額定電壓、

12、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定冷卻介質(zhì)溫度時，定子繞組的溫度為額定冷卻介質(zhì)溫度時，定子繞組的溫度為 ，則，則 （12）ns0nsnnfnfencuttt 假定冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值，發(fā)電機在額定電壓假定冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值，發(fā)電機在額定電壓下運行，根據(jù)定子繞組溫度不超過下運行，根據(jù)定子繞組溫度不超過 的原則，令式的原則，令式(1(11)1)中中 ， ，由式，由式(1-2)(1-2)減式減式(1-1)(1-1)，則得發(fā)電機的，則得發(fā)電機的電流容許倍數(shù)為電流容許倍數(shù)為 nssnsnuu sncunnfenttii00（13）1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 13 轉(zhuǎn)子繞組的溫度為轉(zhuǎn)子繞組的溫

13、度為 （14）式中式中: : 轉(zhuǎn)子繞組的溫度；轉(zhuǎn)子繞組的溫度； 周圍介質(zhì)的溫度；周圍介質(zhì)的溫度； 轉(zhuǎn)子繞組在額定負荷時的溫升；轉(zhuǎn)子繞組在額定負荷時的溫升； 轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子額定電流之比。轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子額定電流之比。 20)(nrrnrriitr0nrt)(nrrii 冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時，轉(zhuǎn)子繞組的溫度也要冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時，轉(zhuǎn)子繞組的溫度也要發(fā)生變化發(fā)生變化。在此情況下，轉(zhuǎn)子繞組溫度不超過額定值的轉(zhuǎn)在此情況下，轉(zhuǎn)子繞組溫度不超過額定值的轉(zhuǎn)子容許負荷由下式?jīng)Q定，即子容許負荷由下式?jīng)Q定，即（15）0rnrnrnriit1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 14 以某一臺發(fā)電機為例，

14、定子繞組用瀝青云母絕以某一臺發(fā)電機為例，定子繞組用瀝青云母絕緣，緣， =105=105， =40=40， =25=25， =40=40。轉(zhuǎn)子繞組用轉(zhuǎn)子繞組用b b級絕緣，級絕緣， =130=130， =90=90，將上列，將上列數(shù)值代入式數(shù)值代入式(1-3)(1-3)和式和式(1-5)(1-5)，求得不同冷卻介質(zhì)，求得不同冷卻介質(zhì)溫度下定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù)，列于表溫度下定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù)，列于表1-21-2。 例：例：ns0nnfetncutnrnrt表表1-21-2不同冷卻介質(zhì)溫度時發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù)不同冷卻介質(zhì)溫度時發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù) （）202030304040

15、505060601.221.221.221.221.001.000.870.870.710.711.111.111.051.051.001.000.950.950.880.880niinrrii1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 15 將表將表1-21-2所示的數(shù)值畫成曲線，如圖所示的數(shù)值畫成曲線，如圖1-21-2所示。所示。 20304050600.80.70.91.01.11.2轉(zhuǎn)子定子)( co,niiriinr圖圖1-2 冷卻介質(zhì)變化時的容許出力冷卻介質(zhì)變化時的容許出力 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 16結(jié)論：（由圖結(jié)論：（由圖1-21-2中可見）中可見）1)1)當冷卻介

16、質(zhì)溫度高于額定值時，應(yīng)降低的定子電當冷卻介質(zhì)溫度高于額定值時，應(yīng)降低的定子電流倍數(shù)比轉(zhuǎn)子電流為多，所以應(yīng)按定子電流限制來流倍數(shù)比轉(zhuǎn)子電流為多，所以應(yīng)按定子電流限制來減小出力，轉(zhuǎn)子繞組溫度此時不會超過容許值；減小出力，轉(zhuǎn)子繞組溫度此時不會超過容許值；2)2)當冷卻介質(zhì)溫度低于額定值時當冷卻介質(zhì)溫度低于額定值時, ,定子電流可以提高定子電流可以提高的倍數(shù)比轉(zhuǎn)子多，所以應(yīng)按轉(zhuǎn)子電流容許增大的倍的倍數(shù)比轉(zhuǎn)子多，所以應(yīng)按轉(zhuǎn)子電流容許增大的倍數(shù)來提高出力，此時定子繞組溫度不會超過容許值。數(shù)來提高出力，此時定子繞組溫度不會超過容許值。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 173)3)雖然各臺發(fā)電機的溫升數(shù)

17、據(jù)不盡相同，但圖雖然各臺發(fā)電機的溫升數(shù)據(jù)不盡相同，但圖1-21-2所表明的基本特性，即冷卻介質(zhì)溫度比額定值每低所表明的基本特性，即冷卻介質(zhì)溫度比額定值每低11所能增加的電流倍數(shù)，較之冷卻介質(zhì)比額定值所能增加的電流倍數(shù)，較之冷卻介質(zhì)比額定值每高每高1 1所應(yīng)降低的電流倍數(shù)小。這個原則對一般所應(yīng)降低的電流倍數(shù)小。這個原則對一般外冷發(fā)電機都適用。發(fā)電機運行規(guī)程中規(guī)定的電流外冷發(fā)電機都適用。發(fā)電機運行規(guī)程中規(guī)定的電流容許變化，便是依據(jù)這一原則確定的。不過，規(guī)程容許變化，便是依據(jù)這一原則確定的。不過，規(guī)程從普遍安全考慮，規(guī)定的數(shù)據(jù)較嚴。對于具體某臺從普遍安全考慮，規(guī)定的數(shù)據(jù)較嚴。對于具體某臺發(fā)電機，可以

18、根據(jù)其溫升試驗曲線，計算出在不同發(fā)電機，可以根據(jù)其溫升試驗曲線，計算出在不同冷卻介質(zhì)溫度冷卻介質(zhì)溫度( (進口氣溫進口氣溫) )下的容許電流值。下的容許電流值。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 182)2)端電壓不同于額定值時發(fā)電機的運行端電壓不同于額定值時發(fā)電機的運行 發(fā)電機正常運行的端電壓，容許在額定電壓發(fā)電機正常運行的端電壓，容許在額定電壓5%范圍內(nèi)變動，此時發(fā)電機可保持額定出力不變。范圍內(nèi)變動，此時發(fā)電機可保持額定出力不變。當定子電壓降低當定子電壓降低5%時，定子電流可增加時，定子電流可增加5%；當電壓；當電壓升高升高5%時，電流也就降低時，電流也就降低5%。在這樣的變化范圍內(nèi)

19、，。在這樣的變化范圍內(nèi)，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的溫度不會超過容許值。定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的溫度不會超過容許值。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 19 當電壓低于當電壓低于95%以下運行時，定子電流不應(yīng)超以下運行時，定子電流不應(yīng)超過額定值的過額定值的5%，此時，發(fā)電機要降低出力，否則，此時，發(fā)電機要降低出力，否則，定子繞組的溫度要超過容許值。定子繞組的溫度要超過容許值。 發(fā)電機運行電壓的下限，可根據(jù)穩(wěn)定要求確定，發(fā)電機運行電壓的下限，可根據(jù)穩(wěn)定要求確定，一般不應(yīng)低于額定值的一般不應(yīng)低于額定值的90。 發(fā)電機運行電壓高于額定值，升高到發(fā)電機運行電壓高于額定值，升高到105以上以上時時, ,其出力

20、須相應(yīng)降低。因為電壓升高，鐵芯內(nèi)磁密其出力須相應(yīng)降低。因為電壓升高，鐵芯內(nèi)磁密度增加，鐵耗增加，引起鐵芯溫度和定子繞組溫度度增加，鐵耗增加，引起鐵芯溫度和定子繞組溫度增高。除此之外，電壓增高，如維持有功出力不變，增高。除此之外，電壓增高，如維持有功出力不變，就要增加勵磁電流，致使轉(zhuǎn)子繞組的溫度超過容許就要增加勵磁電流，致使轉(zhuǎn)子繞組的溫度超過容許限度。限度。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 20 發(fā)電機運行的最高容許電壓，應(yīng)遵照制造廠的發(fā)電機運行的最高容許電壓，應(yīng)遵照制造廠的規(guī)定，最高值不得超過額定值的規(guī)定，最高值不得超過額定值的110。因為現(xiàn)代。因為現(xiàn)代大容量發(fā)電機，都是按相當高的飽和程

21、度設(shè)計的，大容量發(fā)電機，都是按相當高的飽和程度設(shè)計的，當運行電壓超過當運行電壓超過510時。就會由于過度飽和，時。就會由于過度飽和，定子旋轉(zhuǎn)磁場的漏磁部分大大增加，使定子本體機定子旋轉(zhuǎn)磁場的漏磁部分大大增加，使定子本體機架回路感應(yīng)出很大電流架回路感應(yīng)出很大電流( (有時可達幾萬安有時可達幾萬安) )，在機架，在機架的一些接縫處造成局部發(fā)熱，甚至引起火花，使機的一些接縫處造成局部發(fā)熱，甚至引起火花，使機器損壞。器損壞。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 213)3)運行頻率不同于額定值時發(fā)電機的運行運行頻率不同于額定值時發(fā)電機的運行 按照規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機運行頻率容許變動范圍按照規(guī)程規(guī)定，發(fā)

22、電機運行頻率容許變動范圍是是0.5hz。 運行頻率比額定值高時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高，運行頻率比額定值高時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子承受的離心力增大，可能使轉(zhuǎn)子某些部件損壞，轉(zhuǎn)子承受的離心力增大，可能使轉(zhuǎn)子某些部件損壞，因此因此頻率增高主要是受轉(zhuǎn)子機械強度的限制頻率增高主要是受轉(zhuǎn)子機械強度的限制。同時，。同時，頻率增高，轉(zhuǎn)速增加，通風(fēng)摩擦損耗也要增大，雖頻率增高，轉(zhuǎn)速增加，通風(fēng)摩擦損耗也要增大，雖然在一定電壓下，磁通可以小些，鐵耗也可能有所然在一定電壓下，磁通可以小些，鐵耗也可能有所降低，但總的來說，此時發(fā)電機的效率是下降的。降低，但總的來說，此時發(fā)電機的效率是下降的。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)

23、電機的運行 22 運行頻率比額定值低，也有很多不利影響。例運行頻率比額定值低，也有很多不利影響。例如頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，使兩端風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量降如頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，使兩端風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量降低，其后果使發(fā)電機的冷卻條件變壞，各部分溫度低，其后果使發(fā)電機的冷卻條件變壞，各部分溫度升高。頻率降低，為了維持額定電壓不變，就得增升高。頻率降低，為了維持額定電壓不變，就得增加磁通，如同電壓增高時的情況一樣，由于漏磁增加磁通，如同電壓增高時的情況一樣，由于漏磁增加會產(chǎn)生局部過熱。頻率降低還可能使汽輪機葉片加會產(chǎn)生局部過熱。頻率降低還可能使汽輪機葉片損壞，廠用電動機也可能由于頻率下降，使廠用機損壞，廠用電動機也

24、可能由于頻率下降，使廠用機械出力受到嚴重影響。械出力受到嚴重影響。 由于上述原因，不希望發(fā)電機頻率在偏離額定由于上述原因，不希望發(fā)電機頻率在偏離額定值的情況節(jié)運行。在系統(tǒng)運行頻率變化值的情況節(jié)運行。在系統(tǒng)運行頻率變化0.5hz的的容許范圍內(nèi)，由于設(shè)計有裕度，可不計上述影響，容許范圍內(nèi)，由于設(shè)計有裕度，可不計上述影響，容許保持額定出力不變。容許保持額定出力不變。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 234 4）功率因數(shù)不同于額定值時發(fā)電機的運行）功率因數(shù)不同于額定值時發(fā)電機的運行 發(fā)電機容許在不同的功率因數(shù)下運行，但受下發(fā)電機容許在不同的功率因數(shù)下運行，但受下列條件的限制。列條件的限制。1)

25、1)高于額定功率因數(shù)時，定子電流不應(yīng)超過容許值。高于額定功率因數(shù)時，定子電流不應(yīng)超過容許值。2)2)低于額定功率因數(shù)時，轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過容許值。低于額定功率因數(shù)時，轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過容許值。3)3)在進相功率因數(shù)運行時，應(yīng)受到穩(wěn)定極限的限制。在進相功率因數(shù)運行時，應(yīng)受到穩(wěn)定極限的限制。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 24三、大型同步發(fā)電機參數(shù)的特點和發(fā)展趨勢三、大型同步發(fā)電機參數(shù)的特點和發(fā)展趨勢 大型發(fā)電機的參數(shù)與中，小型發(fā)電機有很多不同大型發(fā)電機的參數(shù)與中，小型發(fā)電機有很多不同之處，汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機也有所不同。由于大之處，汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機也有所不同。由于大型發(fā)電機有效材料

26、利用率提高，采用的是直接冷卻系型發(fā)電機有效材料利用率提高，采用的是直接冷卻系統(tǒng)，所以總的趨勢是阻抗增大，機械時間常數(shù)降低。統(tǒng)，所以總的趨勢是阻抗增大，機械時間常數(shù)降低。這可解釋如下這可解釋如下: : 從電機理論中可知從電機理論中可知 baxd式中：式中：a線負荷；線負荷； 極距；極距； b氣隙磁密；氣隙磁密； 氣隙長度。氣隙長度。 （16）孫麗玲制作1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 25 從式（從式（1-61-6）可以看出，機組的阻抗與線負荷成）可以看出，機組的阻抗與線負荷成正比，而與氣隙長度成反比。氣隙長度越大，磁導(dǎo)正比，而與氣隙長度成反比。氣隙長度越大，磁導(dǎo)和阻抗越小。但是長度如果增

27、大，轉(zhuǎn)子繞組中的磁和阻抗越小。但是長度如果增大，轉(zhuǎn)子繞組中的磁通勢就要增加。換句話說，轉(zhuǎn)子繞組中的電流和匝通勢就要增加。換句話說，轉(zhuǎn)子繞組中的電流和匝數(shù)要相應(yīng)增大。這樣，會促使轉(zhuǎn)子重量和價格增加。數(shù)要相應(yīng)增大。這樣，會促使轉(zhuǎn)子重量和價格增加。所以，從簡化電機結(jié)構(gòu)出發(fā)，都希望選取較小的氣所以，從簡化電機結(jié)構(gòu)出發(fā)，都希望選取較小的氣隙。隙。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 26 大型機組的特點是：氣隙磁密受到飽和限制，大型機組的特點是：氣隙磁密受到飽和限制，不能選擇過大，同時線負荷較大，所以大型機組的不能選擇過大，同時線負荷較大，所以大型機組的xd值顯得較大。對于同容量的汽輪發(fā)電機組和水輪

28、發(fā)值顯得較大。對于同容量的汽輪發(fā)電機組和水輪發(fā)電機組，雖然汽輪發(fā)電機的氣隙較大，但它的線負電機組，雖然汽輪發(fā)電機的氣隙較大，但它的線負荷和極距都較大，所以汽輪發(fā)電機的荷和極距都較大，所以汽輪發(fā)電機的xd d值值(0.9(0.92.0)2.0)仍較水輪發(fā)電機的均值仍較水輪發(fā)電機的均值(0.7(0.71.6)1.6)大。大。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 27 暫態(tài)阻抗暫態(tài)阻抗 和次暫態(tài)阻抗和次暫態(tài)阻抗 值，由轉(zhuǎn)子和定子的值，由轉(zhuǎn)子和定子的漏磁通決定，次暫態(tài)阻抗還決定于阻尼繞組的漏磁通。漏磁通決定，次暫態(tài)阻抗還決定于阻尼繞組的漏磁通。大型機組中由于力值較大，漏磁通也較大，所以大型機組中由

29、于力值較大，漏磁通也較大，所以 和和 值也要增大。值也要增大。 同容量的汽輪發(fā)電機的漏磁系數(shù)和漏磁路徑較水同容量的汽輪發(fā)電機的漏磁系數(shù)和漏磁路徑較水輪發(fā)電機小，但極距比水輪發(fā)電機大，所以汽輪發(fā)電輪發(fā)電機小，但極距比水輪發(fā)電機大，所以汽輪發(fā)電機的機的 值值(0.14(0.140.34)0.34)較水輪發(fā)電機的較水輪發(fā)電機的 值值(0.2(0.20.5)0.5)小。小。 dxdxdxdx dx dx1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 28 同步電機定子非周期電流衰減時間常數(shù)由下式?jīng)Q定同步電機定子非周期電流衰減時間常數(shù)由下式?jīng)Q定: : aarxt2（17）式中，式中，ra為定子繞組的有效電阻，為

30、定子繞組的有效電阻，x2為電機的負序電為電機的負序電抗，抗，為角頻率。為角頻率。 同容量的汽輪發(fā)電機的同容量的汽輪發(fā)電機的 、 值較水輪發(fā)電機稍值較水輪發(fā)電機稍小，但它的小，但它的ra值遠較水輪發(fā)電機的值小，所以汽輪發(fā)值遠較水輪發(fā)電機的值小，所以汽輪發(fā)電機的電機的ta值值(0.020.5s)比水輪發(fā)電機的比水輪發(fā)電機的ta值值(0.030.35s)稍大。稍大。 dxdx 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 29 大型機組的大型機組的 ， 和和 值與阻抗及電阻有關(guān)，雖值與阻抗及電阻有關(guān)，雖然阻抗值稍大，但由于加強冷卻，采用的電流密度然阻抗值稍大，但由于加強冷卻，采用的電流密度較大，所以電阻值

31、遠較一般機組大，較大，所以電阻值遠較一般機組大， ， 和和 的的數(shù)值顯得較小。數(shù)值顯得較小。 dtdtdt dt at 機械時間常數(shù)機械時間常數(shù)tm及轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)動慣量j與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的平方成正的平方成正比，而與容量成反比。同容量水輪發(fā)電機的比，而與容量成反比。同容量水輪發(fā)電機的jn值較汽值較汽輪發(fā)電機大，所以水輪發(fā)電機的輪發(fā)電機大，所以水輪發(fā)電機的tm值值(510s)較汽輪發(fā)較汽輪發(fā)電機的電機的tm值值(34s)大。大。 大型機組的機械時間常數(shù)隨著單機容量的增大而大型機組的機械時間常數(shù)隨著單機容量的增大而減小，由于加強了冷卻，大型機組的轉(zhuǎn)動慣量幾乎沒減小，由于加強了冷卻，大型機組的轉(zhuǎn)動慣量幾

32、乎沒有多大變化。有多大變化。at1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 at302.2.阻抗增大和時間常數(shù)減小對電力系統(tǒng)運行的影響阻抗增大和時間常數(shù)減小對電力系統(tǒng)運行的影響 大型機組參數(shù)的變化對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生深刻影大型機組參數(shù)的變化對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生深刻影響。阻抗增大將使系統(tǒng)中短路電流減小響。阻抗增大將使系統(tǒng)中短路電流減小(雖然絕對值雖然絕對值仍很大仍很大)，這是有利因素。但在沒有勵磁控制，這是有利因素。但在沒有勵磁控制(包括自包括自動電壓調(diào)節(jié)器動電壓調(diào)節(jié)器)的情況下，阻抗增大，機械時間常數(shù)的情況下，阻抗增大，機械時間常數(shù)減小，將使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。例如，單機對無窮大容減小，將使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低

33、。例如，單機對無窮大容量系統(tǒng)中，發(fā)電機的靜穩(wěn)定極限功率量系統(tǒng)中，發(fā)電機的靜穩(wěn)定極限功率 由下式?jīng)Q定由下式?jīng)Q定: : maxp 隨著同步發(fā)電機容量的增大，其參數(shù)也發(fā)生變化，隨著同步發(fā)電機容量的增大，其參數(shù)也發(fā)生變化，主要是阻抗增大和機械時間常數(shù)減小，對系統(tǒng)穩(wěn)定造主要是阻抗增大和機械時間常數(shù)減小，對系統(tǒng)穩(wěn)定造成不利影響。成不利影響。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 31 sdqxxuepmax式中式中: :u系統(tǒng)母線電壓；系統(tǒng)母線電壓； xs電網(wǎng)阻抗；電網(wǎng)阻抗； eq發(fā)電機電動勢。發(fā)電機電動勢。 由上式可知，若由上式可知，若xd值越大，而值越大，而xs值相對較小值相對較?。醇淳€路不長線路不

34、長）時，靜態(tài)穩(wěn)定極限功率越小，故阻抗增時，靜態(tài)穩(wěn)定極限功率越小，故阻抗增大，導(dǎo)致靜態(tài)穩(wěn)定儲備降低。大，導(dǎo)致靜態(tài)穩(wěn)定儲備降低。 （18）1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 32 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和許多因素有關(guān)，其中電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和許多因素有關(guān)，其中主要主要有：發(fā)電機和系統(tǒng)的阻抗、機械時間常數(shù)、勵磁上升有：發(fā)電機和系統(tǒng)的阻抗、機械時間常數(shù)、勵磁上升速度、強勵倍數(shù)、切斷短路時間等等。速度、強勵倍數(shù)、切斷短路時間等等。系統(tǒng)中發(fā)生對系統(tǒng)中發(fā)生對稱或非對稱短路時，在暫態(tài)過程中，電機的最大電磁稱或非對稱短路時，在暫態(tài)過程中，電機的最大電磁轉(zhuǎn)矩幾乎和發(fā)電機的暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電抗成反比，轉(zhuǎn)矩幾乎和發(fā)電

35、機的暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電抗成反比，阻抗增大，將促使最大電磁轉(zhuǎn)矩降低，因而使暫態(tài)穩(wěn)阻抗增大，將促使最大電磁轉(zhuǎn)矩降低，因而使暫態(tài)穩(wěn)定性能降低。機械時間常數(shù)對暫態(tài)穩(wěn)定也有很大影響，定性能降低。機械時間常數(shù)對暫態(tài)穩(wěn)定也有很大影響，如保持同樣的極限角，則機械時間常數(shù)幾乎和臨界切如保持同樣的極限角，則機械時間常數(shù)幾乎和臨界切除時間的平方成正比，機械時間常數(shù)減小一半，臨界除時間的平方成正比，機械時間常數(shù)減小一半，臨界切除時間將縮短到原值的切除時間將縮短到原值的1/4。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 33 曾經(jīng)采用改善發(fā)電機參數(shù)（如加大空氣隙等）的曾經(jīng)采用改善發(fā)電機參數(shù)（如加大空氣隙等）的措施來提高系

36、統(tǒng)穩(wěn)定極限，但往往引起發(fā)電機尺寸，措施來提高系統(tǒng)穩(wěn)定極限，但往往引起發(fā)電機尺寸，重量增大，成本提高。一般采用勵磁控制的方法（包重量增大，成本提高。一般采用勵磁控制的方法（包括應(yīng)用各種類型的自動電壓調(diào)節(jié)器括應(yīng)用各種類型的自動電壓調(diào)節(jié)器），來改善大型發(fā)，來改善大型發(fā)電機參數(shù)所帶來的不利影響。電機參數(shù)所帶來的不利影響。 經(jīng)驗證明，經(jīng)驗證明，合理選擇和整定勵磁控制的各種參數(shù)，合理選擇和整定勵磁控制的各種參數(shù)，在一定程度上可改善對穩(wěn)定的不利影響。在一定程度上可改善對穩(wěn)定的不利影響。在經(jīng)濟上顯在經(jīng)濟上顯然要比前一種方法有利的多。然要比前一種方法有利的多。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 34思考題

37、：思考題： 1. 什么是同步發(fā)電機的三機同軸勵磁系統(tǒng)？什么是同步發(fā)電機的三機同軸勵磁系統(tǒng)？2. 什么是同步發(fā)電機運行的額定工況？發(fā)電機的額定什么是同步發(fā)電機運行的額定工況？發(fā)電機的額定參數(shù)有哪些？參數(shù)有哪些？3. 當冷卻介質(zhì)、運行電壓和運行頻率不同于額定值時，當冷卻介質(zhì)、運行電壓和運行頻率不同于額定值時，對同步發(fā)電機的運行有何影響？對同步發(fā)電機的運行有何影響？4. 大型同步發(fā)電機的參數(shù)有何特點？對系統(tǒng)運行有何大型同步發(fā)電機的參數(shù)有何特點？對系統(tǒng)運行有何影響？影響？1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 351.2 同步發(fā)電機的正常運行同步發(fā)電機的正常運行 同步發(fā)電機的正常運行屬于容許長期連續(xù)運

38、行的同步發(fā)電機的正常運行屬于容許長期連續(xù)運行的工作狀態(tài)，它的特點是：發(fā)電機的有功負荷，無功負工作狀態(tài)，它的特點是：發(fā)電機的有功負荷，無功負荷、電壓、電流等都在容許范圍以內(nèi)，因而它是一種荷、電壓、電流等都在容許范圍以內(nèi)，因而它是一種穩(wěn)定的穩(wěn)定的、對稱的工作狀態(tài)，其中最常見的是額定工作對稱的工作狀態(tài)，其中最常見的是額定工作狀態(tài)，即有功負荷，電壓、功率因數(shù)、頻率狀態(tài)，即有功負荷，電壓、功率因數(shù)、頻率、冷卻冷卻介介質(zhì)溫度都是額定值。發(fā)電機在額定工作狀態(tài)運行時，質(zhì)溫度都是額定值。發(fā)電機在額定工作狀態(tài)運行時，具有損耗小，效率高，轉(zhuǎn)矩均勻等性能具有損耗小，效率高，轉(zhuǎn)矩均勻等性能，一般發(fā)電機一般發(fā)電機都應(yīng)盡量

39、在接近額定工作狀態(tài)下運行。都應(yīng)盡量在接近額定工作狀態(tài)下運行。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 36 發(fā)電機發(fā)電機在運行中，有時需要調(diào)整各種參數(shù)，例如：在運行中，有時需要調(diào)整各種參數(shù)，例如：要要根據(jù)根據(jù)調(diào)調(diào)度制定的負荷曲線來調(diào)整有功和無功負荷度制定的負荷曲線來調(diào)整有功和無功負荷，用用調(diào)速器調(diào)整有功功率調(diào)速器調(diào)整有功功率，用，用勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無功功率勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無功功率。在調(diào)整過程中，要注意各個參量不要超過容許范圍。在調(diào)整過程中，要注意各個參量不要超過容許范圍。除此之外，還要注意負荷上升速度，對于汽輪機，為除此之外，還要注意負荷上升速度，對于汽輪機，為了防止過渡的熱膨脹，負荷上升速度不能太

40、快，從空了防止過渡的熱膨脹，負荷上升速度不能太快，從空載到滿負荷，通常要幾小時。水輪發(fā)電機負荷的上升載到滿負荷，通常要幾小時。水輪發(fā)電機負荷的上升速度不受限制，只要幾分鐘，便可帶滿負荷。速度不受限制，只要幾分鐘，便可帶滿負荷。 本節(jié)主要敘述同步發(fā)電機的容許運行范圍和運行本節(jié)主要敘述同步發(fā)電機的容許運行范圍和運行特性。特性。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 37 1.1.在穩(wěn)態(tài)條件下，決定發(fā)電機容許運行范圍的條件在穩(wěn)態(tài)條件下，決定發(fā)電機容許運行范圍的條件1 1）原動機輸出功率極限，即原動機的額定功率一般）原動機輸出功率極限，即原動機的額定功率一般 要稍大于或等于發(fā)電機的額定功率。要稍大于或

41、等于發(fā)電機的額定功率。2 2）發(fā)電機的額定兆伏安數(shù)，即由定子發(fā)熱決定的容）發(fā)電機的額定兆伏安數(shù)，即由定子發(fā)熱決定的容 許范圍。許范圍。一、發(fā)電機的容許運行范圍和一、發(fā)電機的容許運行范圍和pq圖圖 3 3）發(fā)電機的磁場和勵磁機的最大勵磁電流，通常由）發(fā)電機的磁場和勵磁機的最大勵磁電流，通常由 轉(zhuǎn)子發(fā)熱決定。轉(zhuǎn)子發(fā)熱決定。4 4）進相運行時的穩(wěn)定度，當發(fā)電機功率因數(shù)小而轉(zhuǎn)）進相運行時的穩(wěn)定度，當發(fā)電機功率因數(shù)小而轉(zhuǎn) 入進相運行時入進相運行時, eq和和u的夾角不斷增大，此時，發(fā)的夾角不斷增大，此時，發(fā) 電機有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。電機有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。1 1同步發(fā)電機

42、的運行同步發(fā)電機的運行 38 發(fā)電機的發(fā)電機的p pq q曲線曲線，就是表示其在各種功率因，就是表示其在各種功率因數(shù)下容許的有功功率輸出數(shù)下容許的有功功率輸出p p和容許的無功功率輸出和容許的無功功率輸出q q的關(guān)系曲線，又稱為的關(guān)系曲線，又稱為發(fā)電機的安全運行極限發(fā)電機的安全運行極限。 以汽輪發(fā)電機的曲線為例，可根據(jù)其相量圖繪以汽輪發(fā)電機的曲線為例，可根據(jù)其相量圖繪制，如圖制，如圖1-31-3所示。所示。 2. 發(fā)電機的容許運行范圍和發(fā)電機的容許運行范圍和pq圖圖 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 39 圖圖1-3 汽輪發(fā)電機的安全運行極限汽輪發(fā)電機的安全運行極限 apqbgcdefr

43、nuondi xqeqfndeixqdex0.1npncdukxairini1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 40 水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機( (凸極機凸極機) )的安全運行極限和汽輪發(fā)電的安全運行極限和汽輪發(fā)電機機( (隱極機隱極機) )相類似。所不同者凸極機的電磁功率包括相類似。所不同者凸極機的電磁功率包括兩項，如下式所示：兩項，如下式所示：2sin)11(2sin2dqdqnxxuxuep（19） 第一項和不飽和的隱極機一樣，稱為基本分量，第一項和不飽和的隱極機一樣，稱為基本分量，第二項稱為附加分量，它是由第二項稱為附加分量，它是由xdxq所引起的，所以所引起的，所以凸極機在無勵磁電流

44、時凸極機在無勵磁電流時（if=0）仍然有電磁功率。仍然有電磁功率。 說明：說明：1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 41 圖圖1-41-4表示凸極機和隱極機電磁功率和表示凸極機和隱極機電磁功率和的關(guān)系。的關(guān)系。從圖上可見，凸極機和隱極機相比較，凸極機的最大從圖上可見，凸極機和隱極機相比較，凸極機的最大電磁功率發(fā)生在電磁功率發(fā)生在90900 0時，而且其值要比隱極機大。時，而且其值要比隱極機大。 由于凸極機的第二項附由于凸極機的第二項附加分量電磁功率和勵磁無關(guān)，加分量電磁功率和勵磁無關(guān)，所以在無勵磁時，差不多能所以在無勵磁時，差不多能發(fā)出發(fā)出2525的額定功率，因此的額定功率，因此在進相運行

45、時，其安全運行在進相運行時，其安全運行極限面積要比隱極機大。極限面積要比隱極機大。圖圖1-4 1-4 凸極機和隱極機電磁凸極機和隱極機電磁功率與功角的關(guān)系曲線功率與功角的關(guān)系曲線 o90o180o90o180凸極機隱極機0p1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 42二、同步發(fā)電機的正常運行特性二、同步發(fā)電機的正常運行特性 假定發(fā)電機在無窮大容量系統(tǒng)中運行，在正常調(diào)假定發(fā)電機在無窮大容量系統(tǒng)中運行，在正常調(diào)整過程中最常見的兩種工作狀態(tài)是：整過程中最常見的兩種工作狀態(tài)是：調(diào)整有功功率，維持勵磁不變調(diào)整有功功率，維持勵磁不變，即，即eq為為常數(shù)，常數(shù)，p為為變數(shù)；變數(shù)；調(diào)整勵磁，維持有功功率不變調(diào)

46、整勵磁，維持有功功率不變，即，即p為為常數(shù)，常數(shù)， eq為為變數(shù)。變數(shù)。 現(xiàn)分別討論如下：現(xiàn)分別討論如下： 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 43 1. 1. eq= =常數(shù)，常數(shù)，p= =變數(shù)變數(shù) 增加發(fā)電機有功負荷，通常采用加大汽輪機增加發(fā)電機有功負荷，通常采用加大汽輪機的進氣門（或水輪機的導(dǎo)水翼）的開度，使原動機的進氣門（或水輪機的導(dǎo)水翼）的開度，使原動機轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)子加速，功角轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)子加速，功角因而增大。當原動機因而增大。當原動機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩相互平衡時，轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩相互平衡時，角才能穩(wěn)定；角才能穩(wěn)定；反之，當有功功率減小時，反之，當有功功率減小時，角也相應(yīng)減

47、小。角也相應(yīng)減小。 假定電動勢假定電動勢eq是常數(shù)，有功功率是常數(shù)，有功功率p變化時，其變化時，其軌跡是一個以軌跡是一個以o為圓心，為圓心，eq為半徑的圓弧，為半徑的圓弧，如圖如圖1-51-5所示所示。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 44 圖圖1-5 eq =常數(shù)，常數(shù)，p=變數(shù)時同步發(fā)電機的工作狀態(tài)變數(shù)時同步發(fā)電機的工作狀態(tài)a)相量圖b)變化曲線1a1b2bc112211i2i01qe1dji x2a2qeua1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 45 當發(fā)電機的勵磁電流降低時，電磁轉(zhuǎn)矩隨之當發(fā)電機的勵磁電流降低時，電磁轉(zhuǎn)矩隨之下降，由于原動機轉(zhuǎn)矩未變，所以電機加速，下降，由于原

48、動機轉(zhuǎn)矩未變，所以電機加速，如如圖圖1-6所示所示。2. 2. p= =常數(shù)，常數(shù)，eq = =變數(shù)變數(shù)1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 46 1qe2qe1a2a1b2bcu11221dxi j11i2io圖圖1-6 在各種勵磁電流情況下發(fā)電機的工作狀態(tài)在各種勵磁電流情況下發(fā)電機的工作狀態(tài) (a)相量圖；相量圖； b)變化曲線變化曲線 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 47 三、發(fā)電機的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定概念三、發(fā)電機的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定概念 對發(fā)電機的穩(wěn)定問題，我國現(xiàn)在是按靜態(tài)、暫態(tài)對發(fā)電機的穩(wěn)定問題，我國現(xiàn)在是按靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)劃分階段進行研究的，現(xiàn)將暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的和動態(tài)劃分階段進

49、行研究的，現(xiàn)將暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的概念及勵磁調(diào)節(jié)對其影響作一簡要介紹。概念及勵磁調(diào)節(jié)對其影響作一簡要介紹。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 運行中發(fā)電機的負荷除有緩慢或微小的變化外，運行中發(fā)電機的負荷除有緩慢或微小的變化外，突變也會時有發(fā)生，這會對運行發(fā)電機產(chǎn)生大的擾動。突變也會時有發(fā)生，這會對運行發(fā)電機產(chǎn)生大的擾動。如切除大容量負荷、運行中的發(fā)電機或線路保護設(shè)備如切除大容量負荷、運行中的發(fā)電機或線路保護設(shè)備突然跳閘、以及發(fā)生短路故障、自動重合閘等。此時突然跳閘、以及發(fā)生短路故障、自動重合閘等。此時發(fā)電機能否保持同步運行就是屬于暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的發(fā)電機能否保持同步運行就是屬于暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的問

50、題。問題。 48 暫態(tài)穩(wěn)定性主要指發(fā)電機在各種短路、接地、線暫態(tài)穩(wěn)定性主要指發(fā)電機在各種短路、接地、線路故障及切除故障線路造成的大擾動中保持穩(wěn)定運行路故障及切除故障線路造成的大擾動中保持穩(wěn)定運行的能力。的能力。 發(fā)生暫態(tài)不穩(wěn)定過程的時間較短，主要發(fā)生在發(fā)生暫態(tài)不穩(wěn)定過程的時間較短，主要發(fā)生在事故后發(fā)電機轉(zhuǎn)子事故后發(fā)電機轉(zhuǎn)子第一擺動周期內(nèi)。第一擺動周期內(nèi)。 下面說明勵磁調(diào)節(jié)對運行發(fā)電機在大擾動中下面說明勵磁調(diào)節(jié)對運行發(fā)電機在大擾動中暫態(tài)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。穩(wěn)定的影響。 1.1.暫態(tài)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 49 假設(shè)大擾假設(shè)大擾動是由發(fā)電機動是由發(fā)電機雙回線供電線雙回

51、線供電線路中的一條發(fā)路中的一條發(fā)生短路故障引生短路故障引起的。此時發(fā)起的。此時發(fā)電機功角特性電機功角特性曲線與功角的曲線與功角的變化曲線變化曲線如圖如圖l- -7所示所示。 pt0iiiiiiabcdefghkr123max1p0t1t2t3t)(a)(b圖圖1-7 短路故障時功短路故障時功角特性曲線與功角的角特性曲線與功角的變化曲線變化曲線(a) 功角特性曲線功角特性曲線 (b) 功角的變化曲線功角的變化曲線1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 50 強勵對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響強勵對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 圖圖1-8 強行勵磁提高暫態(tài)穩(wěn)定強行勵磁提高暫態(tài)穩(wěn)定1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 5

52、1 動態(tài)穩(wěn)定性主要指遭受大擾動后發(fā)電機恢復(fù)和動態(tài)穩(wěn)定性主要指遭受大擾動后發(fā)電機恢復(fù)和保持穩(wěn)定狀態(tài)的能力。在動態(tài)穩(wěn)定過程中的主要現(xiàn)保持穩(wěn)定狀態(tài)的能力。在動態(tài)穩(wěn)定過程中的主要現(xiàn)象是發(fā)電機的功角及各電氣量發(fā)生隨時間增長的振象是發(fā)電機的功角及各電氣量發(fā)生隨時間增長的振蕩或發(fā)生等幅振蕩，這一振蕩過程較長，可持續(xù)幾蕩或發(fā)生等幅振蕩，這一振蕩過程較長，可持續(xù)幾秒到幾十秒的時間。秒到幾十秒的時間。2.2.動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定性 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 52 例如故障消除后功率波動不是逐漸減小，反而例如故障消除后功率波動不是逐漸減小，反而趨向于逐漸增大或等幅振蕩。為了抑制振蕩，提高趨向于逐漸增大或

53、等幅振蕩。為了抑制振蕩，提高動態(tài)穩(wěn)定的方法之一是借助于勵磁調(diào)節(jié)裝置提供制動態(tài)穩(wěn)定的方法之一是借助于勵磁調(diào)節(jié)裝置提供制動轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機在加速時加強勵磁，以減小加速動轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機在加速時加強勵磁，以減小加速面積；發(fā)電機在減速時減弱面積；發(fā)電機在減速時減弱勵磁，減小減速面積。勵磁，減小減速面積。這樣，可實現(xiàn)發(fā)電機在平衡點附近運行的振蕩逐漸這樣，可實現(xiàn)發(fā)電機在平衡點附近運行的振蕩逐漸平息，此即為勵磁調(diào)節(jié)對動態(tài)穩(wěn)定的影響和作用原平息，此即為勵磁調(diào)節(jié)對動態(tài)穩(wěn)定的影響和作用原理。因此，理。因此，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置保持投人和良好運行自動勵磁調(diào)節(jié)裝置保持投人和良好運行狀態(tài)，是發(fā)電機在電網(wǎng)運行中保持和提高穩(wěn)定性的

54、狀態(tài)，是發(fā)電機在電網(wǎng)運行中保持和提高穩(wěn)定性的一個極為重要的措施。一個極為重要的措施。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 53 例：河南某電廠由于大部分發(fā)電機的自動勵磁例：河南某電廠由于大部分發(fā)電機的自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器( (包括強勵包括強勵) )退出了運行，因母線聯(lián)絡(luò)斷路器退出了運行，因母線聯(lián)絡(luò)斷路器故障跳閘，部分機組輸電阻抗增大，母線電壓大幅故障跳閘，部分機組輸電阻抗增大，母線電壓大幅度下降，系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定被破壞，造成了大面積停電。度下降，系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定被破壞，造成了大面積停電。經(jīng)計算，如果該電廠的發(fā)電機投入了自動勵磁調(diào)節(jié)經(jīng)計算，如果該電廠的發(fā)電機投入了自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在故障情況下能進行

55、強行勵磁，就能夠使電系統(tǒng)，在故障情況下能進行強行勵磁，就能夠使電壓迅速恢復(fù)，保持穩(wěn)定運行。壓迅速恢復(fù)，保持穩(wěn)定運行。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 54 四、發(fā)電機與相近容量電網(wǎng)并聯(lián)運行的特點四、發(fā)電機與相近容量電網(wǎng)并聯(lián)運行的特點 一般說來，電網(wǎng)容量遠大于并網(wǎng)運行同步發(fā)電一般說來，電網(wǎng)容量遠大于并網(wǎng)運行同步發(fā)電機的容量，這時發(fā)電機單機功率調(diào)節(jié)對電網(wǎng)幾乎無機的容量，這時發(fā)電機單機功率調(diào)節(jié)對電網(wǎng)幾乎無影響。因此電網(wǎng)的電壓和頻率都可以視為常數(shù)。影響。因此電網(wǎng)的電壓和頻率都可以視為常數(shù)。 對于單機容量大的發(fā)電機或者電網(wǎng)的容量有限，對于單機容量大的發(fā)電機或者電網(wǎng)的容量有限，由于負荷有限，所以在

56、調(diào)節(jié)單機有功功率或無功功由于負荷有限，所以在調(diào)節(jié)單機有功功率或無功功率時，會影響電網(wǎng)有功功率或無功功率的供求平衡，率時，會影響電網(wǎng)有功功率或無功功率的供求平衡，引起電網(wǎng)電壓和頻率發(fā)生變化。引起電網(wǎng)電壓和頻率發(fā)生變化。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 55 因此，增加此發(fā)電機輸出的有功功率時，必須因此，增加此發(fā)電機輸出的有功功率時，必須相應(yīng)減少其他發(fā)電機的有功功率。否則，電網(wǎng)的有相應(yīng)減少其他發(fā)電機的有功功率。否則，電網(wǎng)的有功電源容量將比有功負荷的需求多，會促使并網(wǎng)運功電源容量將比有功負荷的需求多，會促使并網(wǎng)運行的各臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子加速。隨之提高供電頻率和行的各臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子加速。隨之提高供電

57、頻率和電壓，直到電網(wǎng)有功功率和無功功率達到供求平衡，電壓，直到電網(wǎng)有功功率和無功功率達到供求平衡，此時供電頻率和電壓已偏離了額定值。因此，隨著此時供電頻率和電壓已偏離了額定值。因此，隨著電力用戶有功負荷和無功負荷的千變?nèi)f化，要保證電力用戶有功負荷和無功負荷的千變?nèi)f化，要保證供電頻率和電壓始終在供電頻率和電壓始終在合格范圍，需要適時調(diào)整發(fā)合格范圍，需要適時調(diào)整發(fā)電機的運行狀態(tài)。電機的運行狀態(tài)。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 56 思考題：思考題：1. 同步發(fā)電機的正常運行工作狀態(tài)的特點是什么？同步發(fā)電機的正常運行工作狀態(tài)的特點是什么？2. 如何調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功和無功功率？在調(diào)整過程如何

58、調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功和無功功率？在調(diào)整過程 中應(yīng)注意什么問題？中應(yīng)注意什么問題？3. 在穩(wěn)態(tài)條件下，發(fā)電機的容許運行范圍由哪幾個在穩(wěn)態(tài)條件下，發(fā)電機的容許運行范圍由哪幾個 條件決定？條件決定？4. 發(fā)電機的發(fā)電機的pq曲線表示什么？曲線表示什么？ 5. 發(fā)電機在正常調(diào)整過程中最常見的工作狀態(tài)是什發(fā)電機在正常調(diào)整過程中最常見的工作狀態(tài)是什 么？試結(jié)合相量圖分析不同工作狀態(tài)下發(fā)電機運么？試結(jié)合相量圖分析不同工作狀態(tài)下發(fā)電機運 行的變化情行的變化情 況。況。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 571.31.3同步發(fā)電機的非正常運行同步發(fā)電機的非正常運行 同步發(fā)電機的非正常運行屬于只容許短時運行的同

59、步發(fā)電機的非正常運行屬于只容許短時運行的工作狀態(tài)。此時，工作狀態(tài)。此時，發(fā)電機的部分參量可能出現(xiàn)異常發(fā)電機的部分參量可能出現(xiàn)異常。例如：定子或轉(zhuǎn)子電流超過額定值，電壓不對稱，產(chǎn)例如：定子或轉(zhuǎn)子電流超過額定值，電壓不對稱，產(chǎn)生某種頻率的感應(yīng)電流，引起局部過熱等等。生某種頻率的感應(yīng)電流，引起局部過熱等等。最常見最常見的非正常工作狀態(tài)有過負荷、異步運行、不對稱運行的非正常工作狀態(tài)有過負荷、異步運行、不對稱運行等。等。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 58 一、發(fā)電機的容許過負荷一、發(fā)電機的容許過負荷 前已述及，發(fā)電機的定子電流和轉(zhuǎn)子電流均不得前已述及，發(fā)電機的定子電流和轉(zhuǎn)子電流均不得超過容許

60、范圍超過容許范圍（即額定值即額定值）。但在系統(tǒng)發(fā)生短路故障，。但在系統(tǒng)發(fā)生短路故障，發(fā)電機失步運行，成組電動機起動以及強行勵磁等情發(fā)電機失步運行，成組電動機起動以及強行勵磁等情況時，發(fā)電機定子或轉(zhuǎn)子都可能短時過負荷。電流超況時，發(fā)電機定子或轉(zhuǎn)子都可能短時過負荷。電流超過額定值會使電機繞組溫度有超過容許限度的危險，過額定值會使電機繞組溫度有超過容許限度的危險，甚至還可能造成機械損壞。過負荷數(shù)值愈大，持續(xù)時甚至還可能造成機械損壞。過負荷數(shù)值愈大，持續(xù)時間越長，上述危險性越嚴重。因此，發(fā)電機只容許短間越長，上述危險性越嚴重。因此，發(fā)電機只容許短時過負荷。時過負荷。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運