汽輪發(fā)電機的工作原理課件

汽輪發(fā)電機的工作原理汽輪發(fā)電機的工作原理汽輪發(fā)電機的技術參數(shù)

鏈接汽輪發(fā)電機的技術參數(shù)一、對稱負載時同步發(fā)電機的電樞反應1、磁動勢分析1)定子三相對稱繞組中對稱三相電流產生基波電樞磁動勢（1）大?。?A)（2）轉速：(r/min)（3）轉向：沿通電相序A、B、C的方向，它與轉子轉向相同（4）極對數(shù)：和轉子極對數(shù)Ｐ相同，決定于繞組的節(jié)距一、對稱負載時同步發(fā)電機的電樞反應1)定子三相對稱繞組中汽輪發(fā)電機的工作原理課件2）轉子勵磁繞組通入直流產生基波勵磁磁動勢

（4）極對數(shù)：和轉子磁極的極對數(shù)相同。（1）大小：

(A)（2）轉速：和轉子轉速一樣為同步速；（3）轉向：和轉子轉向一致；2）轉子勵磁繞組通入直流產生基波勵磁磁動勢（4）極對數(shù)：和勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別

定子繞組的基波電樞磁動勢和轉子的基波勵磁磁動勢，它們的轉速、轉向、極對數(shù)均相同，彼此之間相對靜止，因此兩者的合成磁動勢將是一個同樣轉向、轉速、極對數(shù)的旋轉磁動勢，由它們合成在電機中產生氣隙磁場。

諧波電樞磁動勢和勵磁磁動勢沒有固定作用，不能合成恒定的磁動勢。諧波勵磁磁動勢很小。結論：定子繞組的基波電樞磁動勢和轉子的基波勵磁磁動勢，它們2、電樞反應對稱負載時，電樞磁勢的基波對勵磁磁勢基波的影響，稱為電樞反應。這種影響使得氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化.2、電樞反應準備知識——空間基波電樞磁動勢向量——空間基波勵磁磁動勢向量——空載時定子一相電動勢準備知識——空間基波電樞磁動勢向量三個角，四個軸時軸ψd軸q軸AXZBCYFfNS內功率因數(shù)角外功率因數(shù)角功率角直軸/d軸交軸/橫軸/q軸A軸A相軸xxxB相軸C相軸

設繞組電流正方向為“尾端進，首端出”，磁動勢正方向與電流符合右手螺旋定則，一相繞組均用整距集中繞組來表示.三個角，四個軸時軸ψd軸q軸AXZBCYFfNS內功率因數(shù)角三個角四個軸

三個角

電樞反應磁動勢落后勵磁磁動勢空間電角度，叫做交軸電樞反應磁動勢，交軸電樞反應使合成磁動勢與勵磁磁動勢不在一個方向上，相差一個相角。結論：1），cos=1的情況電樞反應磁動勢落后勵磁磁動勢空間2)

（落后），的情況

與相差，對起去磁作用，此時的叫直軸去磁電樞反應磁動勢。直軸去磁電樞反應使合成磁動勢比減小，氣隙磁密比空載時減小，感應電動勢相應減小，與同相位，即

+A2)（落后），的情況+A3)

（超前），的情況

與相差，對起助磁作用，此時的叫直軸助磁電樞反應磁動勢。直軸助磁電樞反應使合成磁動勢比增加，氣隙磁密比空載時增大，感應電動勢相應增大，與同相位，即

+A3)（超前），的情況4）為落后的一個任意角d軸q軸4）為落后的一個任意角d軸q軸電樞反應磁動勢可以分解為兩個分量：A、沿直軸方向的分量對起去磁作用；B、沿交軸方向的分量使合成磁動勢與產生夾角。d軸q軸電樞反應磁動勢可以分解為兩個分量：A、沿直軸方向的結論：電樞反應的性質（去磁、助磁或交磁）因負載性質（感性、容性或阻性）和大小的不同而不同。一般情況下發(fā)電機帶感性負載，此時：（1）電樞磁勢的一部分產生橫軸交磁電樞反應（磁場畸變一個角度+略有去磁，橫軸電樞電流在電機內部產生電磁力矩.）（2）電樞磁勢的另一部分產生縱軸去磁電樞反應（磁場去磁，縱軸電樞電流使發(fā)電機的端電壓改變，但不產生力矩。）結論：二、不計磁路飽和時汽輪發(fā)電機的電壓方程及等值電路1．磁路飽和的概念發(fā)電機磁路飽和主要是定、轉子鐵芯的飽和，它將導致發(fā)電機空載電動勢與勵磁電流為非線性的關系。二、不計磁路飽和時汽輪發(fā)電機的電壓方程及等值電路二、不計磁路飽和時汽輪發(fā)電機的電壓方程及等值電路2．發(fā)電機電壓方程及等值電路二、不計磁路飽和時汽輪發(fā)電機的電壓方程及等值電路

已知發(fā)電機的端電壓、負載電流和功率因數(shù)及參數(shù)，負載為感性。隱極發(fā)電機的相量圖已知發(fā)電機的端電壓、負載電流和功率因數(shù)及三、同步發(fā)電機的運行特性1．空載特性發(fā)電機空載時，在額定轉速下，端電壓與勵磁電流之間的函數(shù)關系稱為空載特性。空載特性曲線的測量：（1）勵磁電流由零升至最大值（2）勵磁電流由最大值降為零由于鐵磁材料磁滯的原因空載電勢略有不同，一般取下降的空載特性曲線

三、同步發(fā)電機的運行特性

鐵芯磁動勢

氣隙磁動勢氣隙線空載特性線性區(qū)過渡區(qū)飽和區(qū)總勵磁磁動勢空載特性(磁化曲線）磁路的飽和系數(shù)通常取下降分支鐵芯氣隙氣隙線空載特性線性區(qū)過渡區(qū)飽和區(qū)總勵磁磁動勢空載2．短路特性短路特性是指發(fā)電機在額定轉速下，電樞繞組作三相穩(wěn)態(tài)短路實驗時，短路電流Ik與勵磁電流If之間的函數(shù)關系。短路特性的測量方法：AAAA+-2．短路特性AAAA+-氣隙線（短路不飽和）空載特性短路特性氣隙線（短路不飽和）空載特性短路特性3．負載特性負載特性是指在n=ne，I=Ie=常數(shù)，的條件下，發(fā)電機的端電壓U與勵磁電流If之間的關系曲線。

3．負載特性4．外特性外特性表示發(fā)電機在額定轉速下，勵磁電流If為常數(shù)，功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，端電壓U與負載電流I的函數(shù)關系。4．外特性5．調整特性調整特性就是當n=ne時，U=常數(shù)，常數(shù)時，勵磁電流If與負載電流I之間的關系曲線，5．調整特性特性曲線的應用：（1）空載特性，僅用來判定空載勵磁電壓和電流與設計說明書是否相符；（2）短路特性和空載特性并用，從而求得發(fā)電機的一些重要參數(shù),如同步電抗、短路比等；（3）外特性和調整特性，則反應出定子電壓、負載電流及勵磁電流三者之間的一些變化曲勢，從而幫助我們來分析在運行中一些量的變化，會影響到哪些量的變化，最終采取何種補救措施來維持機組的穩(wěn)定。特性曲線的應用：6．發(fā)電機的功率損耗和效率6．發(fā)電機的功率損耗和效率汽輪發(fā)電機的工作原理課件四、同步發(fā)電機的并聯(lián)運行四、同步發(fā)電機的并聯(lián)運行1．同步發(fā)電機投入并聯(lián)的方法準同期法：發(fā)電機并網前已經勵磁，通過調節(jié)，使發(fā)電機與系統(tǒng)電壓差，頻率，相角差均在允許范圍內并列的并列。自動準同期是正常并列應采用的方法，而手動準同期常作為備用。自同期法：先將勵磁繞組經過一個電阻閉路（阻值為勵磁繞組電阻的5-10倍），在不給勵磁的情況下開機，將發(fā)電機的轉速升到接近同步轉速，合上并列用斷路器，再加勵磁，利用發(fā)電機的自整步作用，將發(fā)電機拉入同步。1．同步發(fā)電機投入并聯(lián)的方法2．準同期并列的條件并聯(lián)投入時，應避免產生大的電流沖擊和轉軸受到突然的扭矩。并聯(lián)合閘必須滿足四個條件：1.待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓大小相同，允許相差±5％的額定電壓值。2.待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓相位相同，允許相角差控制在10o以內。3.待并發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率相同，允許相差±0.05～0.1HZ以內。4.待并發(fā)電機相序與系統(tǒng)相序相同。如果條件不滿足，待并發(fā)電機與系統(tǒng)間將有電壓差（可能還是變化的），從而出現(xiàn)沖擊電流。2．準同期并列的條件沖擊電流：

通常要求，沖擊電流不超過發(fā)電機出口短路電流的5%-10%沖擊電流：通常要求，沖擊電流不超過發(fā)電機出口短路電2．用同步表準同期并列的方法◆電壓表PVl和PV2分別監(jiān)視電網和待并發(fā)電機的電壓，調節(jié)待并發(fā)電機的勵磁電流，可使發(fā)電機電壓與電網電壓相等?！纛l率表PFl和PF2分別監(jiān)視電網和待并發(fā)電機的頻率，調節(jié)待并發(fā)電機的原動機轉速，可使發(fā)電機的頻率與電網頻率相等?！舸l(fā)電機的電壓相位與電網電壓相位可由同步表PS監(jiān)視，同步表指針向“快”的方向擺，表明待并發(fā)電機的頻率高于電網頻率，反之亦然。2．用同步表準同期并列的方法◆電壓表PVl和PV2分別監(jiān)視電3．準同步并列手段

手動準同步、自動準同步、半自動準同步

規(guī)程規(guī)定：發(fā)電機并列應以自動準同步并列方式為基本操作方式，如自動準同步并列方式不良應改為手動準同步并列方式。3．準同步并列手段汽輪發(fā)電機的工作原理課件五、同步發(fā)電機的功角特性和穩(wěn)定五、同步發(fā)電機的功角特性和穩(wěn)定1、同步發(fā)電機的功角特性和靜態(tài)穩(wěn)定1、同步發(fā)電機的功角特性和靜態(tài)穩(wěn)定并列在電網上運行的同步發(fā)電機，經常會受到來到電力系統(tǒng)或原動機方面某些微小的擾動，導致發(fā)電機輸入功率微的擾動，同步發(fā)電機能否在這種瞬間擾動消除后，恢復到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，這就是同步發(fā)電機運行的靜態(tài)穩(wěn)定問題。如果能恢復到原運行狀態(tài)，則發(fā)電機處于“靜態(tài)穩(wěn)定”狀態(tài)；反之，則處在“靜態(tài)不穩(wěn)定”狀態(tài)。綜上所述，從發(fā)電機功角特性曲線上可看出，當功角在0°～90°范圍內，電磁功率PM將隨著功角δ的增大而增大,機組運行是穩(wěn)定的；當功角在90°～180°范圍內，電磁功率Pm將隨著功角δ的增大而減小，機組運行是不穩(wěn)定的。并列在電網上運行的同步發(fā)電機，經常會受到來到電力系統(tǒng)或原動機同時，由隱極機的功角特性式還可看出，在U＝常數(shù)時，同步電機可作為發(fā)電機運行，此時δ>0，同步機向電網輸出有功功率；同步機也可作為電動機運行，此時δ<0，同步電機從電網吸收有功功率。汽輪發(fā)電機的工作原理課件2、同步發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定：發(fā)電機突然加負載、切除負載等正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負載變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。（大的擾動）下面以系統(tǒng)發(fā)生短路為例，來分析系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定。2、同步發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定(a)運行點的變化軌跡(b)過剩功率、轉速、功角隨時間的變化kfdEbbdfkkk

發(fā)電機暫態(tài)穩(wěn)定(a)運行點的變化軌跡(b)過剩功率、轉速、功角隨時間的變化kdhb暫態(tài)穩(wěn)定的喪失bdfh（a）運行點的變化軌跡（b）過剩功率、轉速、功角隨時間的變化bhA+A－maxkdhb暫態(tài)穩(wěn)定的喪失bdfh（a）運行點的變化軌跡（b）過六、隱極同步發(fā)電機安全運行極限同步發(fā)電機的運行極限圖（又稱功率圖或P-Q容量曲線，對運行人員按允許負荷運行，保障機組安全有很大的幫助。六、隱極同步發(fā)電機安全運行極限汽輪發(fā)電機的工作原理課件

圖上未畫出汽輪機極限功率輸出線圖上未畫出汽輪機極限功率輸出線七、同步發(fā)電機并列運行的調整1、有功功率的調整根據有功功率靜態(tài)特性，改變功率角δ可改變發(fā)電機的有功功率，這可以通過改變汽輪機的輸出來實現(xiàn)，但有功率極限的限制。七、同步發(fā)電機并列運行的調整2、無功功功率的調整電力系統(tǒng)的負載中包括有功功率和無功功率，發(fā)電機并列在電網中運行時，若只向系統(tǒng)發(fā)送有功功率，不發(fā)無功功率，就不能滿足電力系統(tǒng)對無功功率的要求，輕則電網電壓降低，重則電網電壓瓦解或崩潰。無功功率靜態(tài)特性：2、無功功功率的調整（1）不改變原動機的輸出功率，僅改變發(fā)電機勵磁電流。例如：勵磁電流增大，電動勢E0也增大；但由于原動機輸出未改變，所以發(fā)電機輸出的有功功率不變，因而功率角δ有所減小，故Q增加了。（1）不改變原動機的輸出功率，僅改變發(fā)電機勵磁電流。勵磁電流增大勵磁電流增大（2）不改變發(fā)電機勵磁電流，僅原動機的輸出功率改變。例如：由于不改變發(fā)電機勵磁電流，發(fā)電機電動勢相應不改變，當原動機的輸出功率增大時，功率角δ也增大，所以發(fā)電機輸出的有功功率增加了，但Q卻略有減少。（2）不改變發(fā)電機勵磁電流，僅原動機的輸出功率改變。由此可見，調節(jié)無功功率，對有功功率不會產生影響，這是符合能量守恒的。但調節(jié)無功功率將改變功率極限值和功角的大小，從而影響靜態(tài)穩(wěn)定度；調節(jié)有功功率時，由于功角大小發(fā)生變化，無功功率也隨之改變。另外單機運行時，調節(jié)勵磁電流可改變發(fā)電機的電壓。由此可見，調節(jié)無功功率，對有功功率不會產生影響，這是符合能量（3）同步發(fā)電機的V形曲線進相遲相（3）同步發(fā)電機的V形曲線進相遲相汽輪發(fā)電機的工作原理課件汽輪發(fā)電機的工作原理課件八、同步發(fā)電機的進相運行

1、進相運行的概念及應用減小勵磁電流，使發(fā)電機電動勢減小，功率因數(shù)角變?yōu)槌暗?，發(fā)電機向系統(tǒng)輸送有功功率，但同時吸收無功功率，這種運行狀態(tài)稱為進相運行。進相運行的目的：當夜間或節(jié)假日時，線路所產生的無功功率過剩，使系統(tǒng)的電壓升高，有時超過允許范圍，這時，發(fā)電機采用進相運行，吸收過剩的無功功率。八、同步發(fā)電機的進相運行汽輪發(fā)電機的工作原理課件實際上同步電機，可以具有四種運轉狀態(tài)：實際上同步電機，可以具有四種運轉狀態(tài)：汽輪發(fā)電機的工作原理課件2、進相運行注意事項進相運行時，會有三個不亮影響：（1）系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性會下降；（2）發(fā)電機端部漏磁引起定子過熱（3）發(fā)電機端電壓下降因此應采取相應的措施：如為了保持一定的穩(wěn)定儲備，使定繞組端部不至于過熱，隨著進相運行的深入，應限制機組的出力，見下圖；改進發(fā)電機的結構；注意在常用支路發(fā)生短路故障恢復供電時，是否影響重要電動機的自啟動。2、進相運行注意事項汽輪發(fā)電機的工作原理課件九、同步發(fā)電機的不對稱運行

1、不對稱運行的概念電力系統(tǒng)的不對稱運行是指組成電力系統(tǒng)的電氣元件三相對稱狀態(tài)遭到破壞時的運行狀態(tài)，如三相負荷不對稱、三相阻抗不對稱等。而非全相運行是屬于不對稱運行的特殊情況，即輸電線或其它電氣設備斷開一相或兩相運行。發(fā)電機的不對稱運行一般是在電力系統(tǒng)不對稱運行時發(fā)生的。不對稱運行將導致電壓和電流對稱性的破壞，出現(xiàn)負序電流，甚至零序電流。九、同步發(fā)電機的不對稱運行正序分量負序分量零序分量合成正序分量負序分量零序分量合成2、負序電流對發(fā)電機的危害（1）造成定子繞組過熱負序電流，與正序電流疊加使定子繞組電流可能超過額定值，而使該相繞組發(fā)熱超過允許值。（2）引起轉子表面發(fā)熱負序磁場以2n1的轉速切割轉子，會在轉子鐵芯表面，槽契、勵磁繞組以及轉子的其它金屬構件中感應出雙倍于定子電流頻率的電流。該電流除在勵磁繞組中引起附加損耗外，還會在轉子表面及金屬構件中引起損耗，可能引起轉子局部過熱，將槽契與小齒的某些接觸處或護環(huán)與齒的搭接處燒傷。2、負序電流對發(fā)電機的危害汽輪發(fā)電機的工作原理課件（3）引起發(fā)電機振動負序電流產生的負序磁場以2n1的速度相對于轉子旋轉，它與正序磁場相互作用，將在轉子軸上產生兩倍定子電流頻率的脈動轉矩。這個轉矩將使機組產生振動和噪音。根據上面分析可知，產生這些不良影響的原因是存在負序電流產生的負序磁場。要減小這些不良影響，一是要減小負序電流，二是要削弱負序磁場。A、在轉子上裝阻尼繞組可顯著地削弱負序磁場。B、通常在設計、運行中采用下述方法來減小負序電流。（3）引起發(fā)電機振動

（1）減小輸電線路的長度，如增設線路中間開關站，這對遠距離超高壓輸電線路是可行和必要的。（2）增加并聯(lián)變壓器的臺數(shù)和線路回路數(shù)，水電廠的主接線經常采用發(fā)電機變壓器單元接線，如并聯(lián)運行可減小負序電流。（3）增加變壓器中性點的接地點的數(shù)量。（4）選擇大容量的變壓器，實行中性點接地。（5）發(fā)電機側接入附加阻抗。對于YN，d11接線的變壓器，在YN側一相斷線（如A相）時，為了減小負序電流，可在d側發(fā)電機負荷最重的B相接入附加阻抗。（6）調節(jié)變壓器分接頭法。（1）減小輸電線路的長度，如增設線路中間開關站，這對遠3、發(fā)電機不對稱負荷的容許范圍同步發(fā)電機不對稱負荷容許范圍的確定主要決定于下面三個條件：（1）負荷最重相的定子電流，不應超過發(fā)電機的額定電流。（2）轉子任何一點溫度，不應超過轉子絕緣材料等級和金屬材料的容許溫度。（3）機械振動不超過允許的范圍。通常規(guī)定：A、在額定負荷下連續(xù)運行時，汽輪發(fā)電機三相電流之差，不得超過10％，或負序電流不超過額定電流的6％，同時任何一相電流不得大于額定值。B、發(fā)電機短時間容許的不平衡電流值，應滿足3、發(fā)電機不對稱負荷的容許范圍十、同步發(fā)電機的失磁運行1、失磁運行的概念是指同步發(fā)電機失去勵磁后，仍帶有一定的有功功率，以稍低于同步轉速的狀態(tài)與電網繼續(xù)并聯(lián)運行的一種運行方式。2、失磁的原因（1）勵磁回路開路，如滅磁開關被誤碰跳閘，晶閘管元件損壞等；（2）勵磁回路短路；（3）勵磁調節(jié)系統(tǒng)故障。十、同步發(fā)電機的失磁運行3、失磁的物理過程3、失磁的物理過程汽輪發(fā)電機的工作原理課件在異步狀態(tài)下，發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功，供定子和轉子產生磁場，向系統(tǒng)送出有功（通常應減少），如果發(fā)電機在很小的轉差下就能產生很大的異步力矩，那么失磁狀態(tài)下還能帶較大的負荷，甚至所帶負荷不變，這種狀態(tài)要注意兩點：一是定子電流不能超過額定值；二是轉子部分溫度不能超過允許值。在異步狀態(tài)下，發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功，供定子和轉子產生磁場，向4、發(fā)電機失磁的危害A、對發(fā)電機的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）由于出現(xiàn)轉差，在轉子表面將感應出差頻電流，使轉子發(fā)熱，（2）失磁發(fā)電機轉入異步運行后，由系統(tǒng)向發(fā)電機送入的無功功率增大，失磁前帶的有功功率越大，由系統(tǒng)送來的無功也越大，因此在重負荷下失磁，由于定子繞組過電流，將使發(fā)電機定子過熱。（3）異步運行中，發(fā)電機的轉矩有所變化，因而有功功率要發(fā)生嚴重的周期性變化，使發(fā)電機轉子和機座受到異常的機械力沖擊，使機組的安全受到威脅。（4）失磁運行時，定子端部漏磁增大，使端部的部件和邊段鐵芯過熱。（5）轉子繞組過電壓：如滅磁開關誤跳閘瞬間產生過電壓。4、發(fā)電機失磁的危害B、發(fā)電機失磁后，對系統(tǒng)的影響如下：（1）失磁后的發(fā)電機，