同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值

1、大型發(fā)電機與變壓器運行郵箱：1了解大型發(fā)電機及變壓器運行的基本情況掌握同步發(fā)電機正常運行的概念及運行特性掌握同步發(fā)電機非正常運行的原因、現(xiàn)象及危害掌握同步發(fā)電機的不對稱運行、異步運行的分析方法掌握同步發(fā)電機的進相運行、過勵磁運行時的運行性能了解汽輪發(fā)電機扭動穩(wěn)定、扭動振蕩及次同步諧振的概念了解變壓器的冷卻系統(tǒng)及發(fā)熱計算。了解變壓器的絕緣老化及過負荷能力的確定依據(jù)掌握自耦變壓器的特點及運行方式了解分裂繞組變壓器的特點掌握三繞組變壓器并聯(lián)運行的分析方法了解變壓器的常見故障與故障檢測技術本課程的教學內容2本章所討論的內容：介紹同步發(fā)電機參數(shù)的特點，以及對系統(tǒng)運行的影響根據(jù)發(fā)熱限度，通過PQ圖和相量圖

2、，分析發(fā)電機在不同情況下的容許負荷結合大系統(tǒng)、大機組的特點，分析發(fā)電機正常運行、 非正常運行、特殊運行方式（包括進相運行、過勵磁等）的性能介紹汽輪發(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1同步發(fā)電機的運行 31.1 同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1X、Y、Z引出線；2電流互感器；3A、B、C引出線；4永磁副勵磁機；5主勵磁機；6勵磁機軸承；7出線盒；8汽體冷卻器；9碳刷架隔音罩；10端部；11機殼；12測溫引線盒； 一、同步發(fā)電機的結構圖1-1 QFSN3002型汽輪發(fā)電機組側視圖 1同步發(fā)電機的運行 41)定子結構：機座、定子鐵心、端蓋、定子繞組及氫氣冷卻器。2)轉子結構：轉子鐵心、

3、轉子繞組、護環(huán)、滑環(huán)及風扇等。 一、同步發(fā)電機的結構1同步發(fā)電機的運行 5二、同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1同步發(fā)電機的運行 型號QFSN-300-2-20QFSN-300-2QFSN-300-2QFS-300-2QFSN-300-2生產廠家東方電機廠哈爾濱電機廠上海電機廠上海電機廠上海電機廠額定功率300MW300MW300MW300MW300MW額定電壓20KV20KV20KV18KV20KV額定電流10190A10190A10190A11320A10190A額定功率因數(shù)0.850.850.850.850.85額定轉速3000r/m3000r/m3000r/m3000r/m3000r/m額定

4、氫壓0.3MPa0.3MPa0.31MPa0.2Mpa(水壓)0.4Mpa效率98.898.8298.898.6198.6短路比0.5560.6560.50.470.5冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水水空氫氫氫62. 運行參數(shù)不同于額定參數(shù)時發(fā)電機的運行 發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定了運行時發(fā)電機的端電壓、運行頻率、冷卻介質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)電機的容許出力或容許電流。 (參照耒陽電廠300MW機組電氣運行規(guī)程)規(guī)定的原則： 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、轉子繞組、鐵芯溫度都不超過容許值，各部分產生的應力都不超過容許限度等。 1同步發(fā)電機

5、的運行 71）冷卻介質不同于額定值時對容量的影響1同步發(fā)電機的運行 81同步發(fā)電機的運行 91同步發(fā)電機的運行 101同步發(fā)電機的運行 111同步發(fā)電機的運行 12分析：發(fā)電機定子繞組的溫度 由幾部分決定：1）冷卻介質的溫度 ；2）通風摩擦損耗而引起的溫升 ；3）鐵耗引起的溫升 ；4）銅耗引起的溫升 。（11）1同步發(fā)電機的運行 假定轉子轉速恒定，可認為通風損耗保持不變，鐵耗與電壓平方成正比，銅耗與電流平方成正比。 運行中的發(fā)電機，當冷卻介質溫度不同于額定值時，其容許負荷可隨冷卻介質溫度變化而增減。決定容許負荷的原則：定、轉子繞組溫度都不超過容許值。 13 在額定狀態(tài)時，即額定電壓、額定電流、

6、額定轉速、額定冷卻介質溫度時（12） 假定冷卻介質溫度不同于額定值，發(fā)電機在額定電壓下運行，根據(jù)定子繞組溫度不超過 的原則，令式(11)中 ， ，由式(1-2)減式(1-1)，則得發(fā)電機的電流容許倍數(shù)為 （13）1同步發(fā)電機的運行 14轉子繞組的溫度（14）式中: 轉子繞組的溫度； 周圍介質的溫度； 轉子繞組在額定負荷時的溫升； 轉子電流和轉子額定電流之比。 冷卻介質溫度不同于額定值時，轉子繞組的溫度也要發(fā)生變化。轉子繞組溫度不超過額定值的轉子容許負荷由下式決定，即（15）1同步發(fā)電機的運行 15例：以某一臺發(fā)電機為例，定子繞組用瀝青云母絕緣， =105， =40， =25， =40。轉子繞組

7、用B級絕緣， =130， =90，將上列數(shù)值代入式(1-3)和式(1-5)，求得不同冷卻介質溫度下定子和轉子電流容許倍數(shù)，列于表1-2。 表1-2不同冷卻介質溫度時發(fā)電機定子和轉子電流容許倍數(shù) （）20304050601.221.221.000.870.711.111.051.000.950.881同步發(fā)電機的運行 16圖1-2 冷卻介質變化時的容許出力 1同步發(fā)電機的運行 17結論：當冷卻介質溫度高于額定值時，應降低的定子電流倍數(shù)比轉子電流為多，所以應按定子電流限制來減小出力，轉子繞組溫度此時不會超過容許值；當冷卻介質溫度低于額定值時,定子電流可以提高的倍數(shù)比轉子多，所以應按轉子電流容許增大

8、的倍數(shù)來提高出力，此時定子繞組溫度不會超過容許值。雖然各臺發(fā)電機的溫升數(shù)據(jù)不盡相同，但圖1-2所表明的基本特性，即冷卻介質溫度比額定值每低1所能增加的電流倍數(shù)，較之冷卻介質比額定值每高1所應降低的電流倍數(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溫度(進口氣溫)下的容許電流值。1同步發(fā)電機的運行 182)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5%范圍內變動，此時發(fā)電機可保持額定出力不變。當定子電壓降低5%

9、時，定子電流可增加5%；當電壓升高5%時，電流也就降低5%。在這樣的變化范圍內，定子繞組和轉子繞組的溫度不會超過容許值。 當電壓低于95%以下運行時，定子電流不應超過額定值的5%，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。 發(fā)電機運行電壓的下限，可根據(jù)穩(wěn)定要求確定，一般不應低于額定值的90。 1同步發(fā)電機的運行 19 發(fā)電機運行電壓高于額定值，升高到105以上時其出力須相應降低。因為電壓升高，鐵芯內磁密度增加，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，就要增加勵磁電流，致使轉子繞組的溫度超過容許限度。 發(fā)電機運行的最高容許電壓，應遵照制造廠

10、的規(guī)定，最高值不得超過額定值的110。 現(xiàn)代大容量發(fā)電機，都是按相當高的飽和程度設計的，當運行電壓超過510時。就會由于過度飽和，定子旋轉磁場的漏磁部分大大增加，使定子本體機架回路感應出很大電流(有時可達幾萬安)，在機架的一些接縫處造成局部發(fā)熱，甚至引起火花，使機器損壞。1同步發(fā)電機的運行 203)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是0.5Hz。 運行頻率比額定值高時，發(fā)電機的轉速升高，轉子承受的離心力增大，可能使轉子某些部件損壞，因此頻率增高主要是受轉子機械強度的限制。同時，頻率增高，轉速增加，通風摩擦損耗也要增大，雖然在一定電壓下，磁通可以小些，鐵

11、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。1同步發(fā)電機的運行 21 運行頻率比額定值低，也有很多不利影響。例如頻率降低，轉速下降，使兩端風扇鼓進的風量降低，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，就得增加磁通，如同電壓增高時的情況一樣，由于漏磁增加會產生局部過熱。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值的情況節(jié)運行。在系統(tǒng)運行頻率變化0.5Hz的容許范圍內，由于設計有裕度，可不計上述影響，容許保持額定出力不變。1同步發(fā)電機的運行 224）功率因數(shù)不

12、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，但受下列條件的限制。 1)高于額定功率因數(shù)時，定子電流不應超過容許值。 2)低于額定功率因數(shù)時，轉子電流不應超過容許值。 3)在進相功率因數(shù)運行時，應受到穩(wěn)定極限的限制。 1同步發(fā)電機的運行 23三、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。這可解釋如下: 從電機理論中可知 式中：A線負荷； 極距； B氣隙磁密； 氣隙長度。 （16）1同步發(fā)電機的運行 24 從

13、式（1-6）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，磁導和阻抗越小。但是長度如果增大，轉子繞組中的磁通勢就要增加，轉子繞組中的電流和匝數(shù)要相應增大。這樣，會促使轉子重量和價格增加。所以，從簡化電機結構出發(fā)，都希望選取較小的氣隙。 1同步發(fā)電機的運行 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xd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，但它的線負荷和極距都較大，所以汽輪發(fā)電機的xd值(0.92.0)仍較水輪發(fā)電機的均值(0.71.6)大。25 暫態(tài)阻抗 和次暫態(tài)阻抗 值，由轉子和定子的

14、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A值較大，漏磁通也較大，所以 和 值也要增大。 同容量的汽輪發(fā)電機的漏磁系數(shù)和漏磁路徑較水輪發(fā)電機小，極距比水輪發(fā)電機大，汽輪發(fā)電機的 值(0.140.34)較水輪發(fā)電機的 值(0.20.5)小。 1同步發(fā)電機的運行 261同步發(fā)電機的運行 同步電機定子非周期電流衰減時間常數(shù): （17）式中: ra為定子繞組的有效電阻，x2為電機的負序電抗，為角頻率。 同容量的汽輪發(fā)電機的 、 值較水輪發(fā)電機稍小，但它的ra值遠較水輪發(fā)電機的值小，所以汽輪發(fā)電機的Ta值(0.020.5s)比水輪發(fā)電機的Ta值(0.030.35s)稍大。27 大型機

15、組的 ， 和 值與阻抗及電阻有關，雖然阻抗值稍大，但由于加強冷卻，采用的電流密度較大，所以電阻值遠較一般機組大， ， 和 的數(shù)值顯得較小。 機械時間常數(shù)Tm與轉動慣量J及轉速n的平方成正比，而與容量成反比。同容量水輪發(fā)電機的J、n值較汽輪發(fā)電機大，所以水輪發(fā)電機的Tm值(510s)較汽輪發(fā)電機的Tm值(34s)大。 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，大型機組的轉動慣量幾乎沒有多大變化。1同步發(fā)電機的運行 282.阻抗增大和時間常數(shù)減小對電力系統(tǒng)運行的影響 阻抗增大將使系統(tǒng)中短路電流減小(雖然絕對值仍很大)，這是有利因素。但在沒有勵磁控制(包括自動電壓調節(jié)器)的情況

16、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，單機對無窮大容量系統(tǒng)中，發(fā)電機的靜穩(wěn)定極限功率: 1同步發(fā)電機的運行 式中:U系統(tǒng)母線電壓；xs電網阻抗；Eq發(fā)電機電動勢。 由上式可知，若xd值越大，而xs值相對較?。淳€路不長）時，靜態(tài)穩(wěn)定極限功率越小，故阻抗增大，導致靜態(tài)穩(wěn)定儲備降低。 （18）29 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和許多因素有關：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。 系統(tǒng)中發(fā)生對稱或非對稱短路時，在暫態(tài)過程中，電機的最大電磁轉矩幾乎和發(fā)電機的暫態(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，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，臨界切除時間將縮短到原值的1/4。 1同步發(fā)電機的運行 30 曾經采用改善發(fā)電機參數(shù)（如加大空氣隙等）的措施來提高系統(tǒng)穩(wěn)定極限，但往往引起發(fā)電機