第二章大型發(fā)電機進相運行

1、第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 1 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)電機的進相運行的必要性發(fā)電機的進相運行的必要性 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大型發(fā)電機組日益增多，同時輸隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大型發(fā)電機組日益增多，同時輸電線路的電壓等級越來越高，輸電距離越來越長，加之許多配電電線路的電壓等級越來越高，輸電距離越來越長，加之許多配電網(wǎng)絡(luò)使用了電纜線路，引起了電力系統(tǒng)電容電流的增加，增大了網(wǎng)絡(luò)使用了電纜線路，引起了電力系統(tǒng)電容電流的增加，增大了剩余無功功率。尤其是在節(jié)假日、午夜等低負(fù)荷情況下，由線路剩余無功功率。尤其是在節(jié)假日、午夜等低負(fù)荷情況下，由線路引起的剩余無功功率，使電網(wǎng)的電壓上升，

2、以致超過容許的范圍。引起的剩余無功功率，使電網(wǎng)的電壓上升，以致超過容許的范圍。過去一般是采用并聯(lián)電抗器或利用調(diào)相機來吸收此部分剩余無功過去一般是采用并聯(lián)電抗器或利用調(diào)相機來吸收此部分剩余無功功率，但有一定的限度，且增加了設(shè)備投資。近些年我國也廣泛功率，但有一定的限度，且增加了設(shè)備投資。近些年我國也廣泛地開展了進相運行的試驗研究。實踐說明，進相運行是一項切實地開展了進相運行的試驗研究。實踐說明，進相運行是一項切實可行的辦法，不需要額外增加設(shè)備投資，就可吸收無功功率，進可行的辦法，不需要額外增加設(shè)備投資，就可吸收無功功率，進行電壓調(diào)整。行電壓調(diào)整。適當(dāng)進行進相運行，能降低電壓，抑制和改善電網(wǎng)適當(dāng)進

3、行進相運行，能降低電壓，抑制和改善電網(wǎng)電壓過高狀況。該項技術(shù)措施易于實現(xiàn)，運行操作方便、靈活，電壓過高狀況。該項技術(shù)措施易于實現(xiàn)，運行操作方便、靈活，可獲得顯著的經(jīng)濟效益?？色@得顯著的經(jīng)濟效益。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 2 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電機進相運行的分析發(fā)電機進相運行的分析 1.1.什么是同步發(fā)電機的進相運行狀態(tài)？什么是同步發(fā)電機的進相運行狀態(tài)？ 進相運行是相對于發(fā)電機遲相運行而言的，此時進相運行是相對于發(fā)電機遲相運行而言的，此時定子電流超前于端電壓，發(fā)電機處于欠勵磁運行狀態(tài)。定子電流超前于端電壓，發(fā)電機處于欠勵磁運行狀態(tài)。發(fā)電機直接與無限大容量電網(wǎng)并聯(lián)運行時

4、，保持其有發(fā)電機直接與無限大容量電網(wǎng)并聯(lián)運行時，保持其有功功率恒定，調(diào)節(jié)勵磁電流可以實現(xiàn)這兩種運行狀態(tài)功功率恒定，調(diào)節(jié)勵磁電流可以實現(xiàn)這兩種運行狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。的相互轉(zhuǎn)換。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 3 2. 2. 發(fā)電機進相運行的相量關(guān)系發(fā)電機進相運行的相量關(guān)系 實際并入電網(wǎng)的同步發(fā)實際并入電網(wǎng)的同步發(fā)電機是通過變壓器、線路與電機是通過變壓器、線路與電網(wǎng)相聯(lián)的。發(fā)電機進相運電網(wǎng)相聯(lián)的。發(fā)電機進相運行的相量關(guān)系如圖行的相量關(guān)系如圖1-15所示。所示。 此時發(fā)電機的功角為此時發(fā)電機的功角為G，發(fā)電機電勢與電網(wǎng)電壓相量發(fā)電機電勢與電網(wǎng)電壓相量之間的夾角為之間的夾角為s。

5、 qEdx I jUIIlUUdxjQPG0ssx I jsxGU圖圖1-15 發(fā)電機進相運行相量圖發(fā)電機進相運行相量圖 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 4 發(fā)電機遲相運行時，供給系統(tǒng)有功功率和感性無發(fā)電機遲相運行時，供給系統(tǒng)有功功率和感性無功功率，其有功功率和無功功率表的指示均為正值；功功率，其有功功率和無功功率表的指示均為正值；而進相運行時供給系統(tǒng)有功功率和容性無功功率，其而進相運行時供給系統(tǒng)有功功率和容性無功功率，其有功功率表指示正值，而無功功率表則指示負(fù)值，故有功功率表指示正值，而無功功率表則指示負(fù)值，故可以說此時從系統(tǒng)吸收感性無功功率?？梢哉f此時從系統(tǒng)吸收感性無

6、功功率。發(fā)電機進相運發(fā)電機進相運行時各電磁參數(shù)仍然是對稱的，并且發(fā)電機仍然保持行時各電磁參數(shù)仍然是對稱的，并且發(fā)電機仍然保持同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速，因而是，因而是屬于發(fā)電機正常運行方式中功率因?qū)儆诎l(fā)電機正常運行方式中功率因數(shù)變動時的一種運行工況數(shù)變動時的一種運行工況，只是拓寬了發(fā)電機通常的，只是拓寬了發(fā)電機通常的運行范圍。同樣，在允許的進相運行限額范圍內(nèi)，只運行范圍。同樣，在允許的進相運行限額范圍內(nèi)，只要電網(wǎng)需要是可以長時間運行的。要電網(wǎng)需要是可以長時間運行的。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 5 3. 3. 發(fā)電機進相運行特點發(fā)電機進相運行特點 發(fā)電機進相穩(wěn)定運行是電網(wǎng)需要時

7、采用的運行技術(shù)，其運發(fā)電機進相穩(wěn)定運行是電網(wǎng)需要時采用的運行技術(shù)，其運行能力主要是由電機本體的條件確定。我國行能力主要是由電機本體的條件確定。我國1989年頒布的年頒布的發(fā)發(fā)電機運行規(guī)則電機運行規(guī)則第第47條指出：條指出：“發(fā)電機是否能進相運行應(yīng)遵守發(fā)電機是否能進相運行應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定。制造廠無規(guī)定的應(yīng)通過試驗確定。進相運行的制造廠的規(guī)定。制造廠無規(guī)定的應(yīng)通過試驗確定。進相運行的可能性決定于發(fā)電機端部結(jié)構(gòu)件的發(fā)熱和在電網(wǎng)中運行的穩(wěn)定可能性決定于發(fā)電機端部結(jié)構(gòu)件的發(fā)熱和在電網(wǎng)中運行的穩(wěn)定性。性?！?發(fā)電機進相運行時就其本體而言有發(fā)電機進相運行時就其本體而言有兩個特點兩個特點： 1）發(fā)電機端部的

8、漏磁較遲相運行時增大，會造成定子端部）發(fā)電機端部的漏磁較遲相運行時增大，會造成定子端部鐵心和金屬結(jié)構(gòu)件的溫度增高，甚至超過允許的溫度限值；鐵心和金屬結(jié)構(gòu)件的溫度增高，甚至超過允許的溫度限值； 2）進相運行的發(fā)電機與電網(wǎng)之間并列運行的穩(wěn)定性較遲相）進相運行的發(fā)電機與電網(wǎng)之間并列運行的穩(wěn)定性較遲相運行時降低，可能在某一進相深度時達(dá)到穩(wěn)定極限而失步。因運行時降低，可能在某一進相深度時達(dá)到穩(wěn)定極限而失步。因此，發(fā)電機進相運行時容許承擔(dān)的電網(wǎng)有功功率和相應(yīng)允許吸此，發(fā)電機進相運行時容許承擔(dān)的電網(wǎng)有功功率和相應(yīng)允許吸收的無功功率值是有限制的。收的無功功率值是有限制的。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)

9、電機的進相運行 6 4. 發(fā)電機發(fā)電機進相運行所導(dǎo)致問題分析進相運行所導(dǎo)致問題分析 發(fā)電機進相運行發(fā)電機進相運行, ,從理論上分析是可行的。但由于發(fā)電機從理論上分析是可行的。但由于發(fā)電機的類型、結(jié)構(gòu)、冷卻方式及容量有很大的差異，的類型、結(jié)構(gòu)、冷卻方式及容量有很大的差異，發(fā)電廠的電氣發(fā)電廠的電氣主接線各異，發(fā)電廠和系統(tǒng)連接的緊密程度不同等原因，主接線各異，發(fā)電廠和系統(tǒng)連接的緊密程度不同等原因，在進在進相運行是容許相運行是容許發(fā)出發(fā)出多少有功功率和吸收多少無功功率，理論上多少有功功率和吸收多少無功功率，理論上的計算由于不考慮電機的飽和及勵磁方式的影響等，其結(jié)果是的計算由于不考慮電機的飽和及勵磁方式

10、的影響等，其結(jié)果是近似的，一般要通過運行試驗來決定。運行和試驗時應(yīng)注意的近似的，一般要通過運行試驗來決定。運行和試驗時應(yīng)注意的問題如下：問題如下： 1）靜態(tài)穩(wěn)定性的降低靜態(tài)穩(wěn)定性的降低 當(dāng)同步發(fā)電機的輸入功率受到一些微小的擾動，發(fā)生瞬時當(dāng)同步發(fā)電機的輸入功率受到一些微小的擾動，發(fā)生瞬時的增大或減小時，如果不考慮調(diào)節(jié)器的作用，發(fā)電機能在這種的增大或減小時，如果不考慮調(diào)節(jié)器的作用，發(fā)電機能在這種瞬時擾動后很快恢復(fù)到原來的平衡運動狀態(tài)，這稱為發(fā)電機的瞬時擾動后很快恢復(fù)到原來的平衡運動狀態(tài)，這稱為發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定。反之，稱為靜態(tài)不穩(wěn)定。靜態(tài)穩(wěn)定。反之，稱為靜態(tài)不穩(wěn)定。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同

11、步發(fā)電機的進相運行 7 以隱極發(fā)電機為例，設(shè)電勢為以隱極發(fā)電機為例，設(shè)電勢為Eq，電抗，電抗xd=xq，端電壓為，端電壓為UG，功率角為，功率角為G，則發(fā)電機的功角關(guān)系可用下式表示，則發(fā)電機的功角關(guān)系可用下式表示 sinxUEPdGqM（113） 由上式可知看出，在由上式可知看出，在Eq、UG、xd不變的情況下，不變的情況下， PM的變化的變化會引起功角會引起功角的變化，在功角為的變化，在功角為90o時，時，PM達(dá)到最大輸出功率達(dá)到最大輸出功率（114）dGqmaxxUEP對式對式（1-14）求導(dǎo)得求導(dǎo)得（115）cosxUEddPdqM第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 8

12、可以看出：可以看出：在在 時，發(fā)電機達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限；時，發(fā)電機達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限；在在 時，發(fā)電機能保持靜態(tài)穩(wěn)定；時，發(fā)電機能保持靜態(tài)穩(wěn)定；在在 時，發(fā)電機會失去靜態(tài)穩(wěn)定。時，發(fā)電機會失去靜態(tài)穩(wěn)定。 0ddPM0ddPM0ddPM因此，因此， 可以做為發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。可以做為發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)。 ddPM 設(shè)在遲相運行時，發(fā)電機的功角為設(shè)在遲相運行時，發(fā)電機的功角為1；進相運行時為；進相運行時為2，在，在運行方式由遲相逐漸過渡到進相時，由于運行方式由遲相逐漸過渡到進相時，由于If下降，引起下降，引起Eq下降下降（U也相應(yīng)下降一些），而也相應(yīng)下降一些），而xd基本保持不變，則功角基本保持

13、不變，則功角必然要增加，必然要增加，即從即從1增到增到2 。此時最大功率點。此時最大功率點Pmax會下移。在會下移。在=90時，時， PM= Pmax，達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限。此時若再減少勵磁電流，則會失達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限。此時若再減少勵磁電流，則會失去穩(wěn)定。去穩(wěn)定。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 9例：例：N水廠一臺水廠一臺TS854/156-40型、型、75MW的水輪發(fā)電機，實測有功功率的水輪發(fā)電機，實測有功功率恒定時勵磁電流和功角的關(guān)系如圖。恒定時勵磁電流和功角的關(guān)系如圖。功角隨勵磁電流減小而增大。功角隨勵磁電流減小而增大。030時，增加比較緩慢。時，增加比較緩慢。030

14、時，勵磁電流稍有減小，時，勵磁電流稍有減小，功角增加很快。功角增加很快。 討論：討論：上述的功角特性是指發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不帶自動電壓調(diào)上述的功角特性是指發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不帶自動電壓調(diào)節(jié)器而言。如果發(fā)電機在運行時帶上自動電壓調(diào)節(jié)器，則功角特節(jié)器而言。如果發(fā)電機在運行時帶上自動電壓調(diào)節(jié)器，則功角特性會有一些不同，最大電磁輸出功率性會有一些不同，最大電磁輸出功率Pmax會向右移動，使得會向右移動，使得Pmax所對應(yīng)的功角所對應(yīng)的功角9090，實現(xiàn)發(fā)電機在人工穩(wěn)定區(qū)域運行。，實現(xiàn)發(fā)電機在人工穩(wěn)定區(qū)域運行。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 10例例（1 1）一臺一臺TB-100-2TB-

15、100-2型發(fā)電機型發(fā)電機， ，在手動勵磁和投入自動勵磁調(diào)節(jié)器兩種條件下的實測結(jié)果列表：在手動勵磁和投入自動勵磁調(diào)節(jié)器兩種條件下的實測結(jié)果列表：kV.U,MWPNn813100 該機的自動勵磁調(diào)節(jié)器投入運行后，在接近額定有功功率時，該機的自動勵磁調(diào)節(jié)器投入運行后，在接近額定有功功率時，吸收的無功功率由手動勵磁時的吸收的無功功率由手動勵磁時的42.2Mvar增到增到63Mvar。當(dāng)有功。當(dāng)有功功率降低時，電機的運行功角已超過自然穩(wěn)定極限進入人工穩(wěn)功率降低時，電機的運行功角已超過自然穩(wěn)定極限進入人工穩(wěn)定運行區(qū)運行。定運行區(qū)運行。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 11例例（2 2

16、）一臺）一臺TQN-100-2TQN-100-2型發(fā)電機，型發(fā)電機，裝有快速勵磁調(diào)節(jié)器，在不投入或投入自動勵磁調(diào)節(jié)器時進相裝有快速勵磁調(diào)節(jié)器，在不投入或投入自動勵磁調(diào)節(jié)器時進相能力的實測數(shù)據(jù)見下表能力的實測數(shù)據(jù)見下表kA.,kV.,MW460510100 進入人工穩(wěn)定運行區(qū)運行，提高了進相運行的能力和進相進入人工穩(wěn)定運行區(qū)運行，提高了進相運行的能力和進相運行工況下抗干擾的能力。運行工況下抗干擾的能力。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 12P發(fā)電廠一臺發(fā)電廠一臺QFQS-200-2型發(fā)電機型發(fā)電機 。退出自動勵磁調(diào)節(jié)器進相運行時，實測勵磁電流與功角和機端退出自動勵磁調(diào)節(jié)器進相

17、運行時，實測勵磁電流與功角和機端電壓的關(guān)系如圖。電壓的關(guān)系如圖。kA.,kV.,MW62587515200070 時，時， 曲線變得很陡，曲線變得很陡，表明勵磁電流降到此值以后，若再發(fā)表明勵磁電流降到此值以后，若再發(fā)生微量的減少，都會引起功角有較大生微量的減少，都會引起功角有較大的增加，電機出現(xiàn)失步情況。的增加，電機出現(xiàn)失步情況。)I(fe投入自動勵磁調(diào)節(jié)器后，發(fā)電機投入自動勵磁調(diào)節(jié)器后，發(fā)電機進相運行時的靜態(tài)穩(wěn)定大大提高，進相運行時的靜態(tài)穩(wěn)定大大提高，有功功率增大時，仍未失去穩(wěn)定，有功功率增大時，仍未失去穩(wěn)定，只是定子電流超過額定值使進相只是定子電流超過額定值使進相深度受到了限制。深度受到了

18、限制。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 13 原因分析：原因分析： （1 1）發(fā)電機直接接在無限大電網(wǎng)上，即認(rèn)為外部阻抗）發(fā)電機直接接在無限大電網(wǎng)上，即認(rèn)為外部阻抗xs=0=0。 由于帶自動電壓調(diào)節(jié)器后，在一定的勵磁電流由于帶自動電壓調(diào)節(jié)器后，在一定的勵磁電流If下，不是下，不是保持保持Eq不變而是保持暫態(tài)電勢不變而是保持暫態(tài)電勢 不變所致，此時不變所致，此時PM的表達(dá)式為：的表達(dá)式為： 2sin2sin2qdqdGdqMXXXXUXUEP（116）式中： 為瞬變電抗；為瞬變電抗；為暫態(tài)電動勢。為暫態(tài)電動勢。dxqE由于由于 ，所以功角特性曲線相當(dāng)于一個與，所以功角特性曲線

19、相當(dāng)于一個與sin成比例成比例的部分和一個與的部分和一個與sin2成比例的部分的合成。成比例的部分的合成。 qdxx 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 14 （2）外部阻抗外部阻抗xs00從圖從圖1-15中的相量圖可以導(dǎo)出：中的相量圖可以導(dǎo)出： )cos(cosUIUIP)sin(sinUIUIQ（117）（118） 當(dāng)進相運行時，在輸出有功功率一定的條件下，隨著勵當(dāng)進相運行時，在輸出有功功率一定的條件下，隨著勵磁電流的減少，磁電流的減少，角就要增大，從而使靜態(tài)穩(wěn)定性降低。式角就要增大，從而使靜態(tài)穩(wěn)定性降低。式（1-16）是發(fā)電機直接接在無限大容量母線上而得出的。實際是發(fā)電

20、機直接接在無限大容量母線上而得出的。實際系統(tǒng)中，發(fā)電機經(jīng)變壓器、線路接到系統(tǒng)，所以需要計及這些系統(tǒng)中，發(fā)電機經(jīng)變壓器、線路接到系統(tǒng)，所以需要計及這些元件的電抗（統(tǒng)稱為外部電抗元件的電抗（統(tǒng)稱為外部電抗xs ）。此時靜態(tài)穩(wěn)定性將進一）。此時靜態(tài)穩(wěn)定性將進一步降低。步降低。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 15圖圖1-16 1-16 隱極發(fā)電機的可能出力曲線隱極發(fā)電機的可能出力曲線 圖圖1-16表示隱極發(fā)表示隱極發(fā)電機的可能出力曲線。圖電機的可能出力曲線。圖中，中，a的部分受定子繞組的部分受定子繞組溫升限制，溫升限制，b的部分受轉(zhuǎn)的部分受轉(zhuǎn)子繞組溫升的限制，子繞組溫升的限制，

21、c的的部分受定子端部溫升的限部分受定子端部溫升的限制，通常是由運行試驗確制，通常是由運行試驗確定。定。d的部分表示外電抗的部分表示外電抗為零時，進相運行的靜穩(wěn)為零時，進相運行的靜穩(wěn)定極限。定極限。e的部分表示外的部分表示外電抗不為零時，進相運行電抗不為零時，進相運行的靜穩(wěn)定極限。的靜穩(wěn)定極限。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 16 當(dāng)發(fā)電機接有外部電抗時，由圖當(dāng)發(fā)電機接有外部電抗時，由圖1-151-15的相量圖可的相量圖可得出進相運行時的有功功和無功功率表達(dá)式得出進相運行時的有功功和無功功率表達(dá)式: : )sinsincos(cos)cos(cosGGGGGGIUIUIUP

22、)sincoscos(sin)sin(sinGGGGGGIUIUIUQ（120）由相量圖可知由相量圖可知ssGGdxUUII)coscos(sindGGqxUIIsincos第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 17 代入式代入式（1-19）和和（1-20）經(jīng)運算整理得經(jīng)運算整理得 （121）GssGGdsGsincosxUUsin)xx(UP21122GssGGdsGdsGcoscosxUUcos)xx(U)xx(UQ211211222（122） 由相量圖可看出由相量圖可看出G與與s成正比變化，所以成正比變化，所以P與與Q均為均為s的函數(shù)。式的函數(shù)。式（1-21）和和（1-2

23、2）不僅可以計算不僅可以計算發(fā)電機功率的大小，還可以判斷系統(tǒng)運行的穩(wěn)定情況。發(fā)電機功率的大小，還可以判斷系統(tǒng)運行的穩(wěn)定情況。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 18 在靜態(tài)穩(wěn)定的極限在靜態(tài)穩(wěn)定的極限( (s=9090時時) )，式中，式中coss項為項為零。將上兩式整理得零。將上兩式整理得 22222112112)xx(U)xx(UQPdsGdsG（123） 由式由式（1-23）可以看出，計及外部電抗時進相運可以看出，計及外部電抗時進相運行的靜穩(wěn)定極限為一圓特性。其圓心在行的靜穩(wěn)定極限為一圓特性。其圓心在Q軸上距原點軸上距原點0 0為為 單位的點上，其半徑長度為單位的點上，其

24、半徑長度為 ，如圖如圖1-16所示。此部分是進相運行時由靜穩(wěn)定決定的所示。此部分是進相運行時由靜穩(wěn)定決定的理論上的最大容許值，考慮實際運行中突然過負(fù)荷等理論上的最大容許值，考慮實際運行中突然過負(fù)荷等因素的影響，比最大容許值還要低些。因素的影響，比最大容許值還要低些。 )xx(UdsG1122)xx(UdsG112第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 19 結(jié)論：結(jié)論：1 1）帶自動電壓調(diào)節(jié)器后，進相能力明顯增加。）帶自動電壓調(diào)節(jié)器后，進相能力明顯增加。2 2）發(fā)電機短路比大，即）發(fā)電機短路比大，即xd小，進相能力強。小，進相能力強。3）發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)接緊密時，則進相能力強，而邊

25、）發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)接緊密時，則進相能力強，而邊 遠(yuǎn)地區(qū)遠(yuǎn)地區(qū)孤立的電廠，發(fā)電機進相能力小，甚至不能進相。孤立的電廠，發(fā)電機進相能力小，甚至不能進相。4）系統(tǒng)電壓越高，無功儲備越大，則發(fā)電機進相時）系統(tǒng)電壓越高，無功儲備越大，則發(fā)電機進相時 端電壓端電壓下降越少，發(fā)電機進相運行能力越強。下降越少，發(fā)電機進相運行能力越強。5）機機組所帶的有功功率越多，則功角越大，靜態(tài)穩(wěn)定儲備機機組所帶的有功功率越多，則功角越大，靜態(tài)穩(wěn)定儲備越低越低。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 20 由于大型內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機的電磁負(fù)荷設(shè)計值較一般外冷由于大型內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機的電磁負(fù)荷設(shè)計值較一般外冷式發(fā)電機

26、明顯增大，導(dǎo)致其端部漏磁明顯加大。盡管在式發(fā)電機明顯增大，導(dǎo)致其端部漏磁明顯加大。盡管在設(shè)計中采設(shè)計中采用了一系列的技術(shù)措施，如定子壓指、壓圈，轉(zhuǎn)子護環(huán)采用無磁用了一系列的技術(shù)措施，如定子壓指、壓圈，轉(zhuǎn)子護環(huán)采用無磁性鋼，定子鐵心端部加電屏蔽和磁屏蔽，邊段鐵心做成階梯形，性鋼，定子鐵心端部加電屏蔽和磁屏蔽，邊段鐵心做成階梯形，端部小齒開槽等，來增加漏磁路的磁阻，以避免漏磁通集中，減端部小齒開槽等，來增加漏磁路的磁阻，以避免漏磁通集中，減少由漏磁場感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗，降低端部溫度，以維持溫升在少由漏磁場感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗，降低端部溫度，以維持溫升在允許的范圍之內(nèi)允許的范圍之內(nèi)，但是隨著運行方式由

27、遲相逐漸過渡到進相，端但是隨著運行方式由遲相逐漸過渡到進相，端部合成磁通將會增大，引起發(fā)電機定子邊段鐵心及端部結(jié)構(gòu)件上部合成磁通將會增大，引起發(fā)電機定子邊段鐵心及端部結(jié)構(gòu)件上的感應(yīng)渦流增大，而產(chǎn)生附加發(fā)熱。的感應(yīng)渦流增大，而產(chǎn)生附加發(fā)熱。 發(fā)電機端部的漏磁是由定子繞組端部漏磁與轉(zhuǎn)子繞組端部漏發(fā)電機端部的漏磁是由定子繞組端部漏磁與轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁組成的合成磁通。定子端部鐵心、結(jié)構(gòu)件的過熱主要是由于端磁組成的合成磁通。定子端部鐵心、結(jié)構(gòu)件的過熱主要是由于端部漏磁引起的。它的大小除與發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、型式、材料、短路部漏磁引起的。它的大小除與發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、型式、材料、短路比等因素有關(guān)外，還與定子電流的大

28、小、功率因數(shù)的高低等因素比等因素有關(guān)外，還與定子電流的大小、功率因數(shù)的高低等因素有關(guān)。有關(guān)。2）端部漏磁端部漏磁引起引起的發(fā)熱的發(fā)熱 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 21 發(fā)電機運行時，在其端部出現(xiàn)的定子繞組端部漏磁和轉(zhuǎn)發(fā)電機運行時，在其端部出現(xiàn)的定子繞組端部漏磁和轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁，將盡可能通過磁阻最小的路徑形成閉路。為子繞組端部漏磁，將盡可能通過磁阻最小的路徑形成閉路。為此由磁性材料制成的定子端部鐵芯、端部壓板以及轉(zhuǎn)子護環(huán)等此由磁性材料制成的定子端部鐵芯、端部壓板以及轉(zhuǎn)子護環(huán)等部分便通過相當(dāng)大的端部漏磁。它在空間與轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，對部分便通過相當(dāng)大的端部漏磁。它在空間與轉(zhuǎn)

29、子同速旋轉(zhuǎn)，對定子有相對運動，因此在定子端部鐵芯齒部、壓指、壓板等部定子有相對運動，因此在定子端部鐵芯齒部、壓指、壓板等部件中要感應(yīng)出渦流和磁滯損耗使之發(fā)熱。特別是直接冷卻的或件中要感應(yīng)出渦流和磁滯損耗使之發(fā)熱。特別是直接冷卻的或者大型氫冷卻的定子線負(fù)荷大的發(fā)電機，此種發(fā)熱尤為顯著。者大型氫冷卻的定子線負(fù)荷大的發(fā)電機，此種發(fā)熱尤為顯著。 在遲相運行時這種發(fā)熱是在容許范圍內(nèi)的。而在進相運行在遲相運行時這種發(fā)熱是在容許范圍內(nèi)的。而在進相運行時，隨著進相功率的增大，發(fā)熱越來越嚴(yán)重，這是因為端部合時，隨著進相功率的增大，發(fā)熱越來越嚴(yán)重，這是因為端部合成漏磁通隨功率因數(shù)的變化而增大所致。成漏磁通隨功率因

30、數(shù)的變化而增大所致。 分析：圖分析：圖1-17（a）所示氣隙磁通關(guān)系中，各磁通全部都通過所示氣隙磁通關(guān)系中，各磁通全部都通過氣隙，但是端部漏磁通的路徑很復(fù)雜，定子端部漏磁通與轉(zhuǎn)氣隙，但是端部漏磁通的路徑很復(fù)雜，定子端部漏磁通與轉(zhuǎn)子端部漏磁通不取共同的途徑。某一點的磁通量取決于該點子端部漏磁通不取共同的途徑。某一點的磁通量取決于該點的磁阻，故磁通量因地而異。的磁阻，故磁通量因地而異。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 22 baDBCABCA0.a.e.0.eea.(b)(a).圖圖1-17 1-17 磁通相量圖磁通相量圖（a a）氣勢磁通相量圖；（）氣勢磁通相量圖；（b b）

31、端部漏磁通相量圖）端部漏磁通相量圖 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 23 定子鐵芯端部中，由定子磁勢引起的漏磁的漏磁通定子鐵芯端部中，由定子磁勢引起的漏磁的漏磁通ea易易于通過，在圖于通過，在圖1-17（b）中以中以ACAC表示。轉(zhuǎn)子磁勢引起的漏磁通經(jīng)表示。轉(zhuǎn)子磁勢引起的漏磁通經(jīng)過氣隙進入定子端部的部分過氣隙進入定子端部的部分e0則較小，假設(shè)它為勵磁磁通量則較小，假設(shè)它為勵磁磁通量0的的倍（倍（1隨鐵心端部位置而定隨鐵心端部位置而定），在圖），在圖1-17（b）中以相量）中以相量AD表示，其值為表示，其值為a，AD=AB。此時端部的合成漏磁通。此時端部的合成漏磁通e等于等

32、于CD。保持定子電流不變的情況下（亦即圖中保持定子電流不變的情況下（亦即圖中AC不變），當(dāng)功率因數(shù)不變），當(dāng)功率因數(shù)由遲相轉(zhuǎn)為進相運行時，合成的漏磁通由遲相轉(zhuǎn)為進相運行時，合成的漏磁通CD將要增大。如圖將要增大。如圖1-18所示。所示。第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 24 圖圖1-18 1-18 端部漏磁通與功率因數(shù)關(guān)系端部漏磁通與功率因數(shù)關(guān)系 De.1.00.90.80.60.40.200.200.40.60.80.90BCA進相遲相第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 25 在圖在圖1-18中，電樞反應(yīng)磁勢產(chǎn)生的漏磁通中，電樞反應(yīng)磁勢產(chǎn)生的漏磁通AC不

33、變。隨著功率不變。隨著功率因數(shù)由遲相轉(zhuǎn)為進相運行，由于勵磁電流的減小，所以勵磁磁勢因數(shù)由遲相轉(zhuǎn)為進相運行，由于勵磁電流的減小，所以勵磁磁勢產(chǎn)生的漏磁通產(chǎn)生的漏磁通ADAD也相應(yīng)地減少，其值等于也相應(yīng)地減少，其值等于AB。而定子端部的合。而定子端部的合成漏磁通成漏磁通e則增大，則增大，e等于等于CD。D點則在以點則在以O(shè) O點為圓心（點為圓心（O O點到點到C點的距離點的距離OC=BC），），以以O(shè)D（OD=BDAC/AB=(1-)AC）為半為半徑的半圓上移動。徑的半圓上移動。 由由圖圖1-18還可看出，當(dāng)功率因數(shù)由遲相往進相變化時，在還可看出，當(dāng)功率因數(shù)由遲相往進相變化時，在功率因數(shù)為功率因數(shù)

34、為1 1的附近，合成漏磁勢的附近，合成漏磁勢e的變化較顯著；隨著進相的變化較顯著；隨著進相功率因數(shù)的降低（由功率因數(shù)的降低（由1 1將到將到0 0），吸收的無功功率增多，），吸收的無功功率增多，e越來越來越大，致使定子端部發(fā)熱越來越嚴(yán)重。如取功率因數(shù)等于越大，致使定子端部發(fā)熱越來越嚴(yán)重。如取功率因數(shù)等于1 1時時的的e為為1 1，則定子端部某一點（其，則定子端部某一點（其為小于為小于1 1的定值）的合成漏的定值）的合成漏磁通磁通e隨功率因數(shù)而變化的關(guān)系如圖隨功率因數(shù)而變化的關(guān)系如圖1-19所示。所示。 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 26 0.4 0.600.60.81.

35、01.21.4遲相進相圖圖1-191-19端部合成漏磁通隨功率因數(shù)變化曲線端部合成漏磁通隨功率因數(shù)變化曲線 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 27 當(dāng)功率因數(shù)一定時，端部漏磁通約與發(fā)電機的千伏安當(dāng)功率因數(shù)一定時，端部漏磁通約與發(fā)電機的千伏安出力成正比，如圖出力成正比，如圖1-20所示。由圖中可以看出，如欲保持所示。由圖中可以看出，如欲保持端部發(fā)熱為一定值，亦即端部漏磁通為一定值，隨著進相端部發(fā)熱為一定值，亦即端部漏磁通為一定值，隨著進相程度的增大，千伏安出力應(yīng)相應(yīng)降低。程度的增大，千伏安出力應(yīng)相應(yīng)降低。 0.90.90.81coseB)AkV 出力（圖圖1-20 1-20

36、端部漏磁通與發(fā)電機出力的關(guān)系端部漏磁通與發(fā)電機出力的關(guān)系 第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 28 圖圖1-211-21表示大型機組功率因數(shù)變化時的容許出力表示大型機組功率因數(shù)變化時的容許出力( (有功有功和無功和無功) )。從圖上很明顯地看出，當(dāng)發(fā)電機申遲相轉(zhuǎn)入進相。從圖上很明顯地看出，當(dāng)發(fā)電機申遲相轉(zhuǎn)入進相運行時，隨著功率因數(shù)的降低，發(fā)電機容許的出力劇烈下降。運行時，隨著功率因數(shù)的降低，發(fā)電機容許的出力劇烈下降。 圖圖1-21 功率因數(shù)變化時，發(fā)電機的容許有功功率和容許無功功率功率因數(shù)變化時，發(fā)電機的容許有功功率和容許無功功率 0.30.40.60.70.80.90.95

37、0.950.90.80.70.60.55 . 0cosP1.00.80.60.4+Q-Q-0.4-0.20.200.40.60.81.00進相遲相第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 29 值得指出的是，目前大型發(fā)電機已采取多種措施來減少值得指出的是，目前大型發(fā)電機已采取多種措施來減少端部發(fā)熱，例如：采用非磁性鋼的轉(zhuǎn)子護環(huán)、采用銅板屏蔽、端部發(fā)熱，例如：采用非磁性鋼的轉(zhuǎn)子護環(huán)、采用銅板屏蔽、開槽分割以限制渦流通路等等。采用上述措施后，可降低進開槽分割以限制渦流通路等等。采用上述措施后，可降低進相運行時的端部溫升，從而提高進相運行時的容許功率。相運行時的端部溫升，從而提高進相運行

38、時的容許功率。 思考題：思考題：1. 發(fā)電機進相運行有何實際意義？發(fā)電機進相運行有何實際意義？2. 發(fā)電機進相運行的特點是什么？發(fā)電機進相運行的特點是什么？第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 305.發(fā)電機進相運行時端部漏磁與溫度測量實例發(fā)電機進相運行時端部漏磁與溫度測量實例發(fā)電機定子端部鐵心和金屬結(jié)構(gòu)件的溫度限值，我國規(guī)定見下發(fā)電機定子端部鐵心和金屬結(jié)構(gòu)件的溫度限值，我國規(guī)定見下表所示表所示第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 311）汽輪發(fā)電機）汽輪發(fā)電機一臺一臺SQF-100-2型型汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機，85076510.cos,kA.,kV.n進相運行

39、時，實測定子端部鐵心進相運行時，實測定子端部鐵心段軸向磁通密度段軸向磁通密度B，溫升，溫升與功與功率因數(shù)關(guān)系的曲線，如圖率因數(shù)關(guān)系的曲線，如圖該機帶額定有功功率功率，在該機帶額定有功功率功率，在遲相和進相運行時，定子第遲相和進相運行時，定子第36槽和槽和37槽鐵心端部與階梯齒的槽鐵心端部與階梯齒的溫長升分布，見下圖溫長升分布，見下圖第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 32（1）進相運行）進相運行（超前）時，定（超前）時，定子鐵心端部各測子鐵心端部各測點的溫升值比工點的溫升值比工況況 運運行時升高行時升高312C.970.cos850.cos（2）定子端部第五、）定子端部第五、六段鐵心齒部的溫度六段鐵心齒部的溫度最高，當(dāng)進風(fēng)溫度為最高，當(dāng)進風(fēng)溫度為34 C時，進相運行時時，進相運行時可達(dá)可達(dá)114 C，溫升為，溫升為80 C。額定有功功額定有功功率時不宜進相運行率時不宜進相運行.（3）進相運行時定子鐵心各測點的溫）進相運行時定子鐵心各測點的溫度互差度互差29 C（114-85）第二章同步發(fā)電機的進相運行第二章同步發(fā)電機的進相運行 332）