電氣培訓(xùn)教材定稿

浙江石化培訓(xùn)教材

電氣分冊(cè)

前言

本書主要介紹騰龍芳煌（漳州）有限公司熱電廠2X75a“火力發(fā)電機(jī)組的設(shè)備及其系

統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)、規(guī)范、功能及性能，供熱電廠管理人員及運(yùn)行人員操作技能培訓(xùn)使用。

本叢書編寫主要依據(jù)各設(shè)備制造廠的說明書和技術(shù)協(xié)議、福建永福公司設(shè)計(jì)圖及相應(yīng)的

電力行業(yè)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參照了其他各電廠的培訓(xùn)教材，在此表示感謝。

由于目前我廠工程設(shè)備在招標(biāo)中，時(shí)間也比較倉促，最終現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、系統(tǒng)與本培訓(xùn)教材

有偏差，將在設(shè)備招標(biāo)完成后進(jìn)行升版。實(shí)際運(yùn)行須以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、集控運(yùn)行規(guī)程為準(zhǔn)。同時(shí)

限于編者的水平，缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)、指正。

騰龍芳煌（漳州）有限公司汽電部

2010年08月

目錄

第一章電力系統(tǒng)概述...........................................................2

第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念.................................................1

第二節(jié)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式...........................................5

第二章發(fā)電機(jī)................................................................14

第一節(jié)發(fā)電機(jī)的工作原理...................................................14

第二節(jié)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu).......................................................22

jz.電....................................................24

第四節(jié)發(fā)電機(jī)異常及事故處理...............................................37

第三章發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)........................................................44

第一節(jié)概述...............................................................44

第―-品!］勵(lì)系.......................................................46

第三節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)述......................................................50

第四章變壓器及其運(yùn)行.........................................................72

第__.節(jié)概述72

第二節(jié)變壓器結(jié)構(gòu).........................................................86

第三節(jié)變壓器的主要附件...................................................91

第四節(jié)變壓器的運(yùn)行、維護(hù)及事故處理......................................99

第五章電氣主接統(tǒng)110

第一節(jié)電氣主接線的基本形式..............................................110

第一節(jié)電氣主接線117

第一節(jié)廠用電接線........................................................120

第二節(jié)廠用電系統(tǒng)的35行..................................................126

第七章直流系統(tǒng).............................................................133

第一節(jié)概述..............................................................133

第二節(jié)蓄電池基本知識(shí)....................................................134

第三節(jié)直流系統(tǒng)運(yùn)行......................................................140

第八章高壓電氣設(shè)備..........................................................144

第一節(jié)高壓斷路器概述....................................................144

第二節(jié)真空斷路器和真空接觸器............................................151

第三節(jié)封閉母線..........................................................164

第九章自動(dòng)裝置..............................................................174

第一節(jié)概述..............................................................174

第二節(jié)微機(jī)準(zhǔn)同期裝置....................................................177

第三節(jié)微機(jī)廠用電源快速切換裝置...........................錯(cuò)誤!未定義書簽。

第四節(jié)微機(jī)備用電源自動(dòng)投入裝置.........................................182

第十章廠用電動(dòng)機(jī)............................................................204

第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理.......................................205

第二節(jié)廠用電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)..............................................216

第三節(jié)廠用電動(dòng)機(jī)事故處理...............................................218

第一章電力系統(tǒng)概述

第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

-電力系統(tǒng)與電力網(wǎng)

發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)變成電能，生產(chǎn)的電能需要通過一定方式輸送給電力用戶。在由發(fā)

電廠向用戶供電過程中，廣泛通過升壓變電站、降壓變電站、輸電線路將多個(gè)發(fā)電廠連接起

來并聯(lián)工作，向用戶供電。這種由發(fā)電廠、升壓變電站、降壓變電站、輸電線路以及用電設(shè)

備有機(jī)連接起來的整體，稱為電力系統(tǒng)。

在電力系統(tǒng)中，由升壓變電站、降壓變電站和輸電線路連接在一起的部分稱為電力網(wǎng)。

二電力生產(chǎn)的特點(diǎn)

(1)電能不能大量?jī)?chǔ)存

電力系統(tǒng)中發(fā)電廠負(fù)荷的多少，決定于用戶的需要，電能的生產(chǎn)和消費(fèi)時(shí)時(shí)刻刻都是保

持平衡的。電能的生產(chǎn)、分配和消費(fèi)過程的同時(shí)性，使電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)形成了一個(gè)緊密的

有機(jī)聯(lián)系的整體，發(fā)、供、用電設(shè)備任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都將影響電能的生產(chǎn)和供應(yīng)。

(2)電力系統(tǒng)的電磁變化過程非常迅速

電力系統(tǒng)中，電磁波的變化過程只有幾毫秒，甚至是幾微秒；而短路過程、發(fā)電機(jī)運(yùn)行

穩(wěn)定性的喪失則在零點(diǎn)幾秒或幾秒內(nèi)即可形成。為了防止某些短暫的過渡過程對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和

電氣設(shè)備造成危害，要求能進(jìn)行非常迅速和靈敏的調(diào)整和切換操作，這些調(diào)整和切換操作，

靠手動(dòng)操作不能荻得滿意的效果，甚至是不可能的，因此電力系統(tǒng)采用了各種自動(dòng)裝置。

(3)電力工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門之間有著極其密切的關(guān)系

電能供應(yīng)不足或中斷，將直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的生產(chǎn)，也將影響人們的正常生活，

因此要求電力工業(yè)必須保證安全生產(chǎn)，必須有足夠的負(fù)荷后備容量，以滿足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷

W景'。

三電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求

為了保證用戶用電，電力系統(tǒng)的運(yùn)行必須滿足下列基本要求：

(1)保證對(duì)用戶供電的可靠性

在任何情況下都應(yīng)該盡可能地保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的破壞，將

引起系統(tǒng)設(shè)備損壞或供電中斷，以致造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門生產(chǎn)停頓和人民生活秩序的破壞，

甚至發(fā)生人身事故。

(2)保證電能的質(zhì)量

即要求供電電壓的波形為較嚴(yán)格的正弦波，保證系統(tǒng)中電壓和頻率在一定的允許變動(dòng)范

圍之內(nèi)。電力系統(tǒng)電壓允許偏差一般為額定電壓的±5%,頻率允許偏差一般為±0.5Hz。華

東電網(wǎng)調(diào)度規(guī)程規(guī)定頻率偏差不得超過±0.2Hz。

（3）保證運(yùn)行的最大經(jīng)濟(jì)性

電力系統(tǒng)運(yùn)行有三個(gè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即生產(chǎn)每kW.h電能所需要的能源消耗（煤耗率、

油耗率、水耗率等）；生產(chǎn)每kW.h電能所需要的自用電（廠用電率）；供配每kW.h電能在

電力網(wǎng)中的電能損耗（線損率）。提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，就是在生產(chǎn)和供配某一定數(shù)量的電能時(shí),

使上述三個(gè)指標(biāo)達(dá)到最小。為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施最佳經(jīng)濟(jì)調(diào)

度。

四電力系統(tǒng)的額定電壓

所謂額定電壓，就是某一用電設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、電燈等）、發(fā)電機(jī)和變壓器等在正常運(yùn)行

時(shí)具有最大經(jīng)濟(jì)效益的電壓。為了便于電器制造業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，國(guó)家規(guī)定了統(tǒng)一

的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及輸電范圍。如表1-1。

表1-1額定電壓等級(jí)及輸電范圍

序號(hào)額定電壓（kv）輸送容量（MW）輸送距離（km）適用地區(qū)

10.380.1以下0.6以下低壓動(dòng)力和照明

230.1-11?3高壓電動(dòng)機(jī)

360.1?1.24?15發(fā)電機(jī)高壓電動(dòng)機(jī)

4100.2-26~20配電線路高壓電動(dòng)機(jī)

5352?1020?50縣級(jí)輸電網(wǎng)用戶配電網(wǎng)

611010-5050~150地區(qū)級(jí)輸電網(wǎng)用戶配電網(wǎng)

7220100~500100~300省區(qū)級(jí)輸電網(wǎng)

8330200~1000200~600省區(qū)級(jí)輸電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)

95001000~1500150~850省區(qū)級(jí)輸電網(wǎng)聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)

107502000~2500500以上聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)

在傳輸功率一定的條件下，如果所用的額定電壓越高，則線路上的電流越小，這樣線路

上的功率損耗、電壓損耗等也就越小，同時(shí)可以較小截面的導(dǎo)線，以節(jié)省有色金屬。但另一

方面，電壓等級(jí)越高，線路的絕緣就越要加強(qiáng)，桿塔的幾何尺寸也相應(yīng)加大，這樣線路的投

資和桿塔材料就要增加，而且變壓器、開關(guān)電器等設(shè)備的投資也隨著電壓的增高而增加。顯

然采用過分高的額定電壓也不一定恰當(dāng)。

五電力系統(tǒng)負(fù)荷及負(fù)荷曲線

電力系統(tǒng)負(fù)荷是由國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的用電負(fù)荷組成。它包括各種用電設(shè)備，如照明、

電熱器、電動(dòng)機(jī)和整流設(shè)備等。

根據(jù)對(duì)供電持續(xù)性的要求，可把負(fù)荷分為三類。

一類負(fù)荷：如停止對(duì)該類負(fù)荷供電，將造成人身事故或重大設(shè)備損壞且難以修復(fù)或給國(guó)

民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失，或使市政生活發(fā)生重大混亂。

二類負(fù)荷：如停止對(duì)該類負(fù)荷供電，將造成大量減產(chǎn)和廢品，城市大量居民的正常生活

受到影響。

三類負(fù)荷：如停止對(duì)該類負(fù)荷供電，不會(huì)直接影響生產(chǎn)，僅給生產(chǎn)、生活造成不方便。

對(duì)于一類負(fù)荷，至少要由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，當(dāng)一路電源故障，另一路電源仍能完全保

證該負(fù)荷供電；對(duì)于二類負(fù)荷是否需要備用電源，要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定；對(duì)于三

類負(fù)荷，不需要備用電源。

電力系統(tǒng)各用戶的負(fù)荷功率總是在不斷變化，電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的關(guān)系一般用負(fù)荷曲

線來描述。根據(jù)負(fù)荷的特性，負(fù)荷曲線可分為有功功率負(fù)荷曲線、無功功率負(fù)荷曲線和視在

功率負(fù)荷曲線等；按所涉及的范圍，負(fù)荷曲線可分為用戶負(fù)荷曲線、變電所負(fù)荷曲線、發(fā)電

廠負(fù)荷曲線以及電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線等；根據(jù)持續(xù)的時(shí)間，負(fù)荷曲線又可分為日負(fù)荷曲線、周

負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線等。

在電力系統(tǒng)中經(jīng)常用到的負(fù)荷曲線有以下幾種：

(1)日負(fù)荷曲線

日負(fù)荷曲線反映負(fù)荷在一天24小時(shí)內(nèi)隨時(shí)間變化的規(guī)律。典型的日負(fù)荷曲線如圖1-2

所示。不同地區(qū)，不同負(fù)荷，其負(fù)荷曲線也是不相同的。一天之內(nèi)最大的負(fù)荷稱為日最大負(fù)

荷PM,也稱尖峰負(fù)荷；一天之內(nèi)最小的負(fù)荷稱

為日最小負(fù)荷P?,也稱低谷負(fù)荷；最小負(fù)荷以

下的部分稱為基本負(fù)荷，簡(jiǎn)稱基荷。

若在一天內(nèi)用戶所消耗的總電能為A,

則全天的日平均負(fù)荷為：

-A

Pv24

為了反映負(fù)荷曲線的起伏情況，系統(tǒng)中常用到負(fù)

荷率冷的概念：

圖1-2日負(fù)荷曲線

降=2

Kp值大則表示日負(fù)荷曲線平坦，即每天的負(fù)荷變化小，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較好；Kp

值小則表示日負(fù)荷曲線起伏大，發(fā)電機(jī)的利用率較

差。

(2)年持續(xù)負(fù)荷曲線

在電力系統(tǒng)的分析計(jì)算中，還經(jīng)常用到年持續(xù)

負(fù)荷曲線，如圖1-3所示。它是以電力系統(tǒng)全年內(nèi)

每個(gè)小時(shí)的負(fù)荷按其大小及累計(jì)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的

順序排列而成的。

將全年中負(fù)荷所消耗的電能與一年內(nèi)最大負(fù)

荷相比，得到的時(shí)間稱為年最大負(fù)荷利用小時(shí)

數(shù)。即

圖1-3年持續(xù)負(fù)荷曲線

T=a

1maxD

max

工^的物理意義是，如果用戶始終保持最大負(fù)荷Pmax運(yùn)行，則經(jīng)過丁由.時(shí)間后，它所消

耗的電能恰好等于其全年的實(shí)際耗電量。工^的大小，在一定程度上反映了實(shí)際負(fù)荷在一年

內(nèi)變化的大小。工^較大，則負(fù)荷曲線比較平坦；工^較小，則負(fù)荷隨時(shí)間的變化較大。它

在一定程度上反映了負(fù)荷用電的特點(diǎn)。對(duì)于各種不同類型的負(fù)荷，其Tmax大體上在一定的范

圍內(nèi)。因此，若已知各類用戶的性質(zhì)，則可得到由A=「axXA1ax可以估計(jì)出全年

的用電量。在導(dǎo)線截面選擇和計(jì)算電網(wǎng)的電能損耗時(shí)均要用到Tmax。

(3)年最大負(fù)荷曲線

年最大負(fù)荷曲線即表示一年內(nèi)每月的最大負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線。如圖1-4所示。這曲

線常用于制定發(fā)電設(shè)備的檢修計(jì)劃。機(jī)組檢修應(yīng)安排在負(fù)荷最小的時(shí)間段。

P(MW)

t

0612

圖1-4年最大負(fù)荷曲線

第二節(jié)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)(實(shí)際上是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點(diǎn))接地或不接地是

一個(gè)綜合性的問題，中性點(diǎn)接地方式對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行,特別是對(duì)發(fā)生故障后的系統(tǒng)運(yùn)行,

有多方面的影響，所以在選擇中性點(diǎn)接地方式時(shí)，必須考慮許多因素。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地有中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)電阻接地和經(jīng)消瓠線圈接地三大類。其中

經(jīng)電阻接地又分經(jīng)高電阻接地、經(jīng)中電阻接地和經(jīng)低電阻接地三種。中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)中

電阻接地和經(jīng)低電阻接地稱為大接地電流系統(tǒng)；中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高電阻

接地稱為小接地電流系統(tǒng)。

一中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

電力系統(tǒng)的每一相對(duì)地都有電容，它們分布在輸電線路全長(zhǎng)上和電氣設(shè)備中，為了使討

論簡(jiǎn)化，設(shè)三相系統(tǒng)是完全對(duì)稱的，并將分布的相對(duì)地電容用集中在線路中央的電容C來代

替，如圖1-5。因?yàn)樵谥行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時(shí)，電力系統(tǒng)相間電壓并不改變，

因而相間電容所引起的電容電流也不會(huì)改變。這種電網(wǎng)，在正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)接地與否，

對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行無任何影響。

圖1-5中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)(正常工作狀態(tài))

(a)電流分布(b)A相電流、電壓相量關(guān)系

當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地，其相量關(guān)系如圖1-6(6)所示，相當(dāng)于原有的線電

壓三角形48c平移到了ABC的位置。即三相間線電壓仍保持對(duì)稱和大小不變，故對(duì)電力

用戶的繼續(xù)供電并無影響。但兩個(gè)非故障相4和刀的對(duì)地電壓卻升高至M3倍，所以在中性點(diǎn)

不接地的電力網(wǎng)中，各種設(shè)備的對(duì)地絕緣應(yīng)按線電壓設(shè)計(jì)，才能承受在一相接地時(shí)，非故障

相對(duì)地電壓的升高影響。

在中性點(diǎn)不接地的電力網(wǎng)中，一相接地時(shí)接地點(diǎn)的接地電流等于正常時(shí)相對(duì)地電容電流

{o的三倍，其數(shù)值與電網(wǎng)的電壓、頻率和一相對(duì)地電容有關(guān)。

圖1-6中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)（C相接地）

（a）電流分布（b）電流、電壓相量關(guān)系

如上所述，當(dāng)中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時(shí)，接在相間電壓上的用電設(shè)備的供

電并未遭到破壞，它們可以繼續(xù)運(yùn)行，但是這種電網(wǎng)長(zhǎng)期在一相接地的狀態(tài)下運(yùn)行，也是不

能允許的，因?yàn)檫@時(shí)非故障相電壓升高，絕緣薄弱點(diǎn)很可能被擊穿，而引起兩相接地短路，

將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)專門的監(jiān)察裝置，以便使運(yùn)

行人員及時(shí)地發(fā)現(xiàn)一相接地故障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地的電容電流較大時(shí)，在接地處引起的電弧就很難自行熄

滅。在接地處還可能出現(xiàn)所謂間歇電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。由于電網(wǎng)是一個(gè)具有

電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對(duì)地的過電壓，其數(shù)值可達(dá)（2.5?3）Uo這種

過電壓會(huì)傳輸?shù)脚c接地點(diǎn)有直接電連接的整個(gè)電網(wǎng)上，更容易引起另一相對(duì)地?fù)舸?，從而?/p>

成兩相接地短路。

在電壓為3?10kV的電力網(wǎng)中，一相接地時(shí)的電容電流不允許大于30A,否則，電弧便

不能自行熄滅，而且由于3?10kV電力網(wǎng)中使用電纜較多，其絕緣比較薄弱，一相接地轉(zhuǎn)變

為相間短路的可能性將大大增加。

在20?6OkV電壓級(jí)的電力網(wǎng)中，間歇電瓠所引起的過電壓，數(shù)值更大，對(duì)于設(shè)備絕緣更

為危險(xiǎn)，而且由于電壓較高，電弧更難自行熄滅。因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定一相接地電流

不得大于10A。

在與發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)有直接電氣連接的6?20kV回路中，為防止單相接地時(shí)燒壞電機(jī)鐵

芯，允許的一相接地電容電流更小，可參見表1-2

表1-2發(fā)電機(jī)回路一相接地電容電流的允許值

序號(hào)額定電壓（KV）額定容量（MW）額定電壓下一相接地電流允許值（A）

16.3<504

210.550?1003

313.8、15.75125?2002

418、20>3001

二中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

當(dāng)一相接地電容電流超過了上述允許值時(shí)，可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來解

決，該系統(tǒng)即稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

消弧線圈主要由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成，它們被放在充滿變壓器油的油

箱內(nèi)。繞組的電阻很小，電抗很大。消瓠線圈的電感，可用改變接入繞組的匝數(shù)加以調(diào)節(jié)。

顯然，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓是三相的不對(duì)稱電壓，數(shù)值很小，所以通

過消弧線圈的電流也很小。

當(dāng)發(fā)生一相完全接地時(shí)，消弧線圈處在相電壓之下，通過接地處的電流是接地電容電流左和

線圈電感電流h的相量和，如圖1-7。

從圖1-7(6)可見，因?yàn)殡姼须娏骱碗娙蓦娏饔?80°的相位差，所以在接地處它們互

相補(bǔ)償。如果，IL=Ic就沒有電流在接地處通過，實(shí)際上，這種完全補(bǔ)償?shù)那闆r是不允許的，

因?yàn)榭赡芤鹬C振。

在電力網(wǎng)中，一般都采用過補(bǔ)償方式，即單相接地時(shí)消弧線圈的電感電流略大于系統(tǒng)一

相接地電容電流，使補(bǔ)償后的剩余電流較小。采用過補(bǔ)償方式，即使系統(tǒng)的電容電流突然減

少(如某回線路切除)也不會(huì)引起諧振，而是離諧振點(diǎn)更遠(yuǎn)。

選擇消弧線圈的容量，應(yīng)考慮電網(wǎng)五年左右的發(fā)展規(guī)劃，并按過補(bǔ)償方式考慮，其容量

按下式計(jì)算

S=1.35ICUX(kVA)

式中Ic—電網(wǎng)一相接地電容電流(A);5一電網(wǎng)相電壓(kV)o

圖1-7中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)(C相接地)

(a)電流分布(b)相量關(guān)系

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，一相接地時(shí)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣，故障相對(duì)地

電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高至，3倍，三相線電壓仍保持對(duì)稱和大小不變，所以也允

許暫時(shí)運(yùn)行，但不得超過兩小時(shí)，消弧線圈的作用對(duì)于瞬時(shí)性接地故障尤為重要，因?yàn)樗?/p>

接地處的電流大大減小，電弧可能自動(dòng)熄滅。接地電流小，還可減輕對(duì)附近弱電線路的干擾。

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，各相對(duì)地絕緣和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣，也必須按

線電壓設(shè)計(jì)。

消弧線圈通過隔離開關(guān)接在相應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)、變壓器或?qū)Ｓ媒拥刈儔浩鞯闹行渣c(diǎn)上。

但是，這種接地方式對(duì)于運(yùn)行方式變化較為頻繁的系統(tǒng)，由于電容量的不斷變化，中性點(diǎn)經(jīng)

消弧線圈接地可能會(huì)造成欠補(bǔ)償從而引發(fā)諧振過電壓。因此必須根據(jù)電容電流大小的變化調(diào)

整消弧線圈的電感值。但目前在線實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備很少，因此消弧線

圈在運(yùn)行中不能根據(jù)電容電流的變化及時(shí)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能很好地起到補(bǔ)償作用。特別是由

于故障電流減小為很小的殘流后，接地支路的識(shí)別更加困難

三中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

另一種常用的系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式是將中性點(diǎn)直接接地。這樣，中性點(diǎn)的電位在電網(wǎng)

的任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，這一相直接經(jīng)過接地點(diǎn)

和接地的中性點(diǎn)短路，一相接地短路電流的數(shù)值很大，因而立即使繼電保護(hù)動(dòng)作，將故障部

分切除，如圖1-8。

圖1-8中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)圖1-9中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地的三相系統(tǒng)

在中性點(diǎn)直接接地的大電力系統(tǒng)內(nèi)，為了減小一相接地短路電流，也可以將中性點(diǎn)經(jīng)過

電抗器接地，如圖1-9。這時(shí)一相接地短路電流，因受到電抗器的限制而大大減小，即需〈

但通常采用的限制一相接地短路電流的方法是不將全部變壓器的中性點(diǎn)都直接接地，而

只將其中的一部分直接接地，這樣，也可以將一相接地短路電流，減小到不超過可能的最大

三相短路電流。

中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)過電抗器接地系統(tǒng)，在發(fā)生一相接地故障時(shí)，故障的送電線路被切

斷，因而使用戶的供電中斷。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在1000V以上的電網(wǎng)中，大多數(shù)的一相接地故

障，尤其是架空送電線路的一相接地故障，大都具有瞬時(shí)的性質(zhì)，在故障部分切除以后，接

地處的絕緣可能迅速恢復(fù)，而送電線路可以立即恢復(fù)工作。目前在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)

內(nèi)，為了提高供電可靠性，均裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，在系統(tǒng)一相接地線路切除后，立即自動(dòng)

重合，再試送一次，如為瞬時(shí)故障，送電即可恢復(fù)。

中性點(diǎn)直接接地的主要優(yōu)點(diǎn)是它在發(fā)生一相接地故障時(shí)，非故障相的對(duì)地電壓不會(huì)增

高，因而各相對(duì)地絕緣即可按相對(duì)地電壓考慮；在高電壓級(jí)時(shí)將大大降低電氣設(shè)備和電網(wǎng)的

建設(shè)費(fèi)用。電網(wǎng)的電壓愈高，經(jīng)濟(jì)效果愈大。而且在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)

中，單相接地電流往往比正常負(fù)荷電流小得多，因而要實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)就比較困難，

但在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)就比較容易，由于接地電流較大，繼電保護(hù)一般都能迅速

而準(zhǔn)確地切除故障線路，且保護(hù)裝置簡(jiǎn)單，工作可靠。

一相接地是電力網(wǎng)中最常見的一種故障。如上所述，這種大接地電流系統(tǒng)在一相接地時(shí)

將產(chǎn)生很大的一相接地短路電流，任何部分發(fā)生一相接地時(shí)都必須將其切除。即使采用自動(dòng)

重合閘裝置，在發(fā)生永久性故障時(shí)，供電也將中斷，有時(shí)甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定破壞。

而且在這種大接地電流系統(tǒng)中，一相接地在線路與地之間流過很大的一相接地短路電流，將

產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，而在附近的弱電線路(如通訊線路或鐵路信號(hào)線路等)上感應(yīng)出相當(dāng)

大的電勢(shì)，輕則引起噪音，妨害通訊，重則可能引起弱電設(shè)備的損壞，并危及通訊人員安全

或引起鐵路信號(hào)的誤動(dòng)作，因此，大接地電流系統(tǒng)的送電線路，應(yīng)與弱電線路保持一定的距

離，或在弱電線路上采取有效的保安措施。

四中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)

過去我國(guó)電廠中壓系統(tǒng)和城市、農(nóng)村電網(wǎng)一律采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。這

種對(duì)于單相接地故障不立即跳閘的接地方式，有利于提高供電連續(xù)性和可靠性。這種接地方

式在我國(guó)的配電網(wǎng)以架空線路為主，電源容量嚴(yán)重不足，負(fù)荷過重，供需矛盾尖銳的時(shí)期發(fā)

揮了重要作用。這種方式特別適用于故障幾率高，絕緣可自行恢復(fù)的以架空線路為主的配電

網(wǎng)，例如農(nóng)村配電網(wǎng)和中小城市城區(qū)電網(wǎng)，以及中小型火力發(fā)電廠的中壓廠用電系統(tǒng)。

隨著社會(huì)的發(fā)展，目前大城市城區(qū)配電網(wǎng)、大中型工礦企業(yè)配電網(wǎng)、中小型發(fā)電機(jī)電壓

配電網(wǎng)、大型火力發(fā)電廠的中壓廠用電系統(tǒng)等，均以電纜供電為主，大量的電纜饋線，使得

配電網(wǎng)內(nèi)的電容電流不斷增大。部分城市達(dá)到幾十安培至上百安培，個(gè)別城市甚至達(dá)到一百

多安培，大型的火力發(fā)電廠中壓廠用電系統(tǒng)也達(dá)到了幾十安培。這樣，傳統(tǒng)的接地方式就暴

露了許多弊病：

(1)內(nèi)過電壓倍數(shù)比較高，可達(dá)3.5?4倍相電壓。特別是間歇性電弧接地過電壓和諧振

過電壓已超過了避雷器允許的承載能力，這對(duì)于具有大量高壓電動(dòng)機(jī)的工礦企業(yè)和火電廠,

絕緣配合相當(dāng)困難。

(2)單相接地故障下，在升高的穩(wěn)態(tài)電壓下運(yùn)行時(shí)間在2h以上，不僅會(huì)導(dǎo)致絕緣早期

老化，或在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生閃絡(luò)，引起多點(diǎn)故障，釀成斷路器異相開斷，惡化開斷條件。

(3)配電網(wǎng)的電容電流大增。這使補(bǔ)償用消弧線圈容量很大。況且，運(yùn)行中電容電流

隨機(jī)性的變化范圍很大，采用跟蹤范圍有限的自動(dòng)調(diào)諧，不論在機(jī)械壽命、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)

限位等方面也難以滿足這種頻繁地、適時(shí)地大范圍調(diào)節(jié)的需要。另外，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展也有個(gè)過

程，工程初期饋線較少，后期則會(huì)逐漸增多，消弧線圈容量也要隨之相應(yīng)擴(kuò)大。

(4)電纜為非自恢復(fù)絕緣，發(fā)生單相接地必是永久性故障，不允許繼續(xù)運(yùn)行，必須迅

速切斷電源，避免擴(kuò)大事故。消弧線圈在這種情況下不能充分發(fā)揮作用。

(5)有些配電網(wǎng)大量采用了對(duì)地絕緣水平為相電壓級(jí)的進(jìn)口電纜和工頻試驗(yàn)電壓為28

kv的進(jìn)口電氣設(shè)備（國(guó)外配電網(wǎng)中性點(diǎn)多數(shù)為電阻接地或直接接地），應(yīng)用于我國(guó)中性點(diǎn)

非有效接地系統(tǒng)不夠安全。

（6）無間隙氧化鋅避雷器應(yīng)用于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，在單相接地故障狀態(tài)下的事

故率很高。只有給避雷器加設(shè)串聯(lián)間隙或提高其持續(xù)運(yùn)行電壓，才能保證其安全運(yùn)行。

（7）人身觸電不立即跳閘，甚至因接觸電阻大而發(fā)不出信號(hào)。長(zhǎng)時(shí)間觸電，人身安全

難以保障。

因此，這就提出了改變傳統(tǒng)的接地方式的要求，即由原來不立即跳閘改為立即跳閘和由

原來中性點(diǎn)非有效接地改為中性點(diǎn)有效接地。單相接地故障，保護(hù)立即動(dòng)作于跳閘。如果電

網(wǎng)仍然是中性點(diǎn)不接地方式，由于電容電流較大，將會(huì)造成真空斷路器或其他開斷設(shè)備電弧

重燃，無法滅弧的情況，同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的操作過電壓，危害設(shè)備。這樣就要求將中性點(diǎn)改為

有效接地的型式，使接地電流由容性向阻性發(fā)展，使真空斷路器或其他開斷設(shè)備不致于電弧

重燃，迅速開斷故障電流。

中性點(diǎn)有效接地方式分為中性點(diǎn)直接接地和電阻接地。采用中性點(diǎn)直接接地，單相接地

電流很大，可達(dá)到幾千安甚至幾十千安，雖然保護(hù)在較短的時(shí)間內(nèi)跳閘，但接地點(diǎn)仍會(huì)因?yàn)?/p>

流過強(qiáng)大的接地電流而嚴(yán)重?zé)龘p。采用電阻接地可以限制接地電流在一定的范圍內(nèi)，即達(dá)到

保護(hù)接地點(diǎn)不會(huì)因?yàn)榱鬟^強(qiáng)大的接地電流而嚴(yán)重?zé)龘p，又能滿足繼電保護(hù)的靈敏度要求，達(dá)

到限制單相接地時(shí)非故障相產(chǎn)生的瞬時(shí)過電壓。

因此，目前國(guó)內(nèi)在中壓系統(tǒng)中，主要由電纜線路組成的電網(wǎng)，如大城市的10kV城網(wǎng)和大

型火力發(fā)電廠的6kV廠用電系統(tǒng)，在電容電流超過7A時(shí)，均采用中性點(diǎn)電阻接地，單相接地

故障立即跳閘的接地方式。解決了上面所述的弊病，而由于立即跳閘而影響的供電可靠性，

則可以從提高線路或設(shè)備的冗余度來解決。當(dāng)電廠高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流小于7A

時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用高電阻接地，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時(shí)，其中

性點(diǎn)宜采用低電阻接地方式，也可采用不接地方式。

1.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地簡(jiǎn)介

在6?10kV以至20kV的電網(wǎng)中，目前所采用的有高電阻、中電阻、低電阻接地3種形式。

其阻值與單相接地故障電流的范圍如表1-3。

2.高電阻接地

高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，并可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電

弧接地過電壓，但是它要使總的接地電流增大2倍，主要用于200WM以上大型發(fā)電機(jī)回路

和某些6?10kV配電網(wǎng)。

在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障，為了減輕鐵芯的燒毀程度，故障電流超過表1-3所示

數(shù)值，須瞬時(shí)切機(jī)。

表1-3電阻接地的阻值

序號(hào)電阻形式電阻阻值（。）單相接地故障電流（A）

1高電阻數(shù)百?數(shù)千<10

2中電阻10?10030~300

3低電阻<10600~1000

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)若采用消弧線圈接地方式也可以將故障點(diǎn)殘余電流限制在表1-3范圍內(nèi)，

而不要求瞬時(shí)切機(jī)。但此時(shí)須注意發(fā)電機(jī)出口避雷器的選型與發(fā)電機(jī)的絕緣配合，對(duì)無間隙

氧化鋅避雷器不推薦采用。

在6?10kV配電系統(tǒng)以及發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容較小，故障不跳閘時(shí)，采

用高電阻接地可以減少故障點(diǎn)的電壓梯度，阻尼諧振過電壓。

為了遏制間歇性電弧接地過電壓，至少應(yīng)使。=(1?L5兒?？紤]到故障電流宜限制在1OA

以下，以維持2h的運(yùn)行條件。因此，故障電容電流I。大于4?5A的網(wǎng)絡(luò)，就不宜采用高電阻

接地，從而大大限制了這種接地方式的推廣應(yīng)用。

3.低電阻接地

這種中性點(diǎn)采用小于10。電阻接地方式的特點(diǎn)是獲得一個(gè)大的阻性電流疊加在故障點(diǎn)

上，其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)快速切除故障，過電壓水平低，諧振過電壓發(fā)展不起來，可采用絕緣水平較低的

電纜和設(shè)備。

(2)減少絕緣老化效應(yīng)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備可靠性。

(3)把雙重接地(異相故障)的幾率削減至最低限度。

(4)為采用簡(jiǎn)單的、有選擇性和足夠靈敏度的繼電保護(hù)提供了可能性。

(5)可以采用無間隙氧化鋅避雷器。

(6)自動(dòng)清除故障，運(yùn)行維護(hù)方便。

(7)人身安全事故及火災(zāi)事故幾率降低。

由于低電阻接地方式的接地故障電流達(dá)400?1000A甚至更大，目的是提高接地保護(hù)的靈

敏性和選擇性，另一個(gè)原因是為了避開高壓電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和線路沖擊合閘。這種數(shù)百安以至

上千安的接地故障電流會(huì)帶來以下問題：

(1)電纜一處接地，大的電弧可能會(huì)連帶燒毀同一電纜溝或電纜隧道的其它相鄰電纜，

擴(kuò)大事故，釀成火災(zāi)

(2)低值電阻中流過的電流過大，電阻的熱容量與PR成正比，給電阻的制造帶來困難。

鑄鐵電阻難以勝任這種大的電流沖擊，合金電阻的造價(jià)大高，而且體積太大，每臺(tái)約1.5?

c3

2mo

(3)引起的地電位升高達(dá)數(shù)千伏，大大超過了安全允許值。通信線路要求地電位差不

超過430?650V;低壓電器要求不大于(2U+1000)X0.75=1000V。電子設(shè)備不能承受600V的電

位差，人身保安要求的接觸電壓和跨步電壓在0.2s切斷電源情況下不大于650V,延長(zhǎng)切斷電

源的時(shí)間，將更會(huì)有危險(xiǎn)。

4.中電阻接地

為了克服低電阻接地的弊端而保留其優(yōu)點(diǎn)，可以采用中電阻接地方式，其要求是：

(1)保證%=(1?1.5兒，以限制內(nèi)過電壓不超過2.6倍(此2.6倍，是高壓電動(dòng)機(jī)可以承

受的最大過電壓，也是當(dāng)未發(fā)生間歇性電弧接地過電壓時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的較嚴(yán)重的過電壓限

值)。分析表明，進(jìn)一步增大％減小電阻，對(duì)降低內(nèi)過電壓收效不大。

(2)保證接地保護(hù)的靈敏性和選擇性。

(3)保證設(shè)備人身安全。按前述通信干擾、人身保安和設(shè)備安全的要求，在接地電阻

不大于0.5。的發(fā)電廠和變電所，一般不存在問題。但在接地電阻不大于4。的用戶受電配電

所，故障電流則不宜超過150A。這意味著回路中的I。和%均宜控制在100A左右。當(dāng)I。超過

100A時(shí)，可以采取以下措施：增加變電所的母線段數(shù)；減少一段母線上連接的饋線數(shù)量；

在母線段上或長(zhǎng)饋線上加裝隔離變；給中性點(diǎn)接地電阻串聯(lián)一個(gè)干式小電抗，把L補(bǔ)償?shù)?/p>

100A以下。

本廠機(jī)組10KV廠用電中性點(diǎn)接地就采用了中阻接地方式，接地電阻為101。，最大接地

電流為300A。

目前我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式，大體是

(1)對(duì)于6-10kV系統(tǒng)，主要由電纜線路組成的電網(wǎng)，在電容電流超過7A時(shí)，均采用中

性點(diǎn)電阻接地，單相接地故障立即跳閘的接地方式。

(2)對(duì)于UOkV及以上的系統(tǒng)，主要考慮降低設(shè)備絕緣水平，簡(jiǎn)化繼電保護(hù)裝置一般均

采用中性點(diǎn)直接接地的方式。并采用送電線路全線架設(shè)避雷線和裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置等措

施，以提高供電可靠性。

(3)20?60kV的系統(tǒng)，是一種中間情況，一般一相接地時(shí)電容電流不很大，網(wǎng)絡(luò)不很

復(fù)雜，設(shè)備絕緣水平的提高或降低對(duì)于造價(jià)影響不很顯著，所以一般均采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線

圈接地的方式。

(4)IkV以下的電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用不接地的方式運(yùn)行。但電壓為380/220V的三相四線制

電網(wǎng)的中性點(diǎn)，則是為了適應(yīng)用電設(shè)備取得相電壓的需要而直接接地。

五我廠各系統(tǒng)電壓等級(jí)及中性點(diǎn)接地方式，如表1-4

表1-4我廠各系統(tǒng)電壓等級(jí)及中性點(diǎn)接地方式

系統(tǒng)名稱所接電動(dòng)機(jī)正常母線電母線電壓

中性點(diǎn)接地方式相數(shù)線數(shù)

或額定電壓的額定電壓壓變化范圍

220kV230KV230±5%kV主變中性點(diǎn)直接接地33

中性點(diǎn)經(jīng)配電變(二次側(cè)

發(fā)電機(jī)15.75kV15.75±5%kV33

接電阻)接地

中壓廠用電10kV10.5kV10.5±10%kV變壓器中性點(diǎn)經(jīng)中阻接地33

低壓廠用電

380/220V400V/230V400±5%kV直接接地34

(主廠房?jī)?nèi))

低壓廠用電400±5%kV

380/220V400V/230V直接接地34

(主廠房外)230±5%kV

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變(二次側(cè)接電阻)接地。發(fā)電機(jī)定子線圈接線方式為星型，其星

型接線的中性點(diǎn)通過一臺(tái)二次側(cè)接有小電阻的單相配電變壓器接地。實(shí)質(zhì)上就是發(fā)電機(jī)中性

點(diǎn)經(jīng)大阻抗接地，變壓器的作用是使低壓側(cè)的小電阻反映到高壓側(cè)大阻抗接地系統(tǒng)，這樣可

以簡(jiǎn)化電阻器的結(jié)構(gòu)，降低其價(jià)格，使安裝空間更易解決。這種接地方式可以減少單相

接地故障電流對(duì)定子鐵芯的損害和抑制故障暫態(tài)電壓不超過額定相電壓的2.6倍。

第二章發(fā)電機(jī)

第一節(jié)發(fā)電機(jī)的工作原理

一發(fā)電機(jī)的基本原理

我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能夠產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流流通，

發(fā)電機(jī)就是基于這個(gè)原理工作的。

圖2-1為最簡(jiǎn)單的兩極同步發(fā)電機(jī)。定子上有AX、BY、CZ三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子是直

流勵(lì)磁的主磁極。

當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極上的激磁繞組通以直流

勵(lì)磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)子形成N與S極的主磁

極磁場(chǎng)，磁通①。從N極出來，經(jīng)氣隙一

定子鐵芯一氣隙，進(jìn)入S極而形成回路，

如圖中虛線所示。

若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)逆時(shí)針

方向以速度n旋轉(zhuǎn)時(shí)，主極磁通①。切割

定子繞組而感應(yīng)出對(duì)稱的三相電勢(shì)，其電

勢(shì)頻率為

60圖2?1兩極同步發(fā)電機(jī)

式中：n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，P—極對(duì)數(shù)1一定子鐵芯2.轉(zhuǎn)子3-集電環(huán)

定子每相繞組電勢(shì)的有效值為：

E=4.44fWKw（/>

式中W—每相繞組匝數(shù)，Kw—電勢(shì)繞組系數(shù)W,。一每極磁通（Wb）

每相繞組電勢(shì)的波形，取決于氣隙磁密沿圓周的分布以及定子繞組的具體結(jié)構(gòu)。電力系

統(tǒng)中應(yīng)用的同步發(fā)電機(jī)，線電勢(shì)波形都具有很好的正弦性。但是，由于高次諧波的存在，實(shí)

際線電勢(shì)波形與正弦波形有一定偏差，只要高次諧波的幅值限制在規(guī)定范圍內(nèi)，即可認(rèn)為線

電勢(shì)是正弦波形。

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載，三相定子繞組中將產(chǎn)生電流，三相電流又產(chǎn)生一個(gè)合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，

該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子以相同的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)，這就叫“同步”。

二基本概念

1.有功、無功、視在功率

有功：在交流電能的發(fā)、輸、用過程中，用于轉(zhuǎn)換成非電、磁形式（如熱能、機(jī)械能等）

的那部分能量叫有功，即用于做功而被消耗掉的能量。轉(zhuǎn)換的平均功率叫做有功功率，用P

表示，單位為瓦，符號(hào)是W。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P=UIcos（po

無功：用于電路內(nèi)電、磁場(chǎng)交換的那部分能量叫無功，即僅用來進(jìn)行交換而沒有被負(fù)載

消耗的能量。無功又分感性無功和容性無功，用于電路內(nèi)磁場(chǎng)交換的能量叫感性無功，用于

電場(chǎng)交換的能量叫容性無功。交換的最大功率叫無功功率，用Q表示，無功功率的單位為

乏，符號(hào)是var。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Q=U/sin。0

視在功率：由于電壓、電流間存在相位差，正弦交流電路中的平均功率一般不等于電壓、

電流有效值的乘積，為與平均功率相區(qū)別，把電壓、電流有效值的乘積叫視在功率，用s

表示，單位為伏安，符號(hào)是VA。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：S=UIo一般用視在功率表示設(shè)備的

容量。

視在功率、有功功率、無功功率關(guān)系式為：

S=^P2+Q2或

P=S?cos夕

Q=S?sin。

功率因數(shù)：上面有功功率公式中的cos夕叫做功率因數(shù)，它為有功功率與視在功率的比

值，等于電壓比電流超前的相位差的余弦。功率因數(shù)不為1的負(fù)載，它的無功功率就不等于

零，就意味著它從電源接受的能量中有一部分是交換而不消耗的，因數(shù)值越低，交換部分所

占比例越大。

2.發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)

發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)：當(dāng)有負(fù)載電流流過定子繞組時(shí)，定子電流便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)

磁場(chǎng)對(duì)原來的轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)要產(chǎn)生影響，通常把這種影響稱為電樞反應(yīng)。

由于發(fā)電機(jī)的外負(fù)荷具有不同的性質(zhì)，如負(fù)載電流為純感性，則電樞反應(yīng)的結(jié)果是與轉(zhuǎn)

子磁場(chǎng)相抵消的方向，從而減弱了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的效果，結(jié)果是電壓會(huì)下降，為保證正常運(yùn)行，

要求自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)增加勵(lì)磁電流。如負(fù)載電流為純?nèi)菪裕瑒t結(jié)果相反。

3.發(fā)電機(jī)銘牌上的容量、電壓、電流、溫升意義

額定容量：指發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的最大允許輸出功率。

額定電壓：指發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)工作的最高電壓，發(fā)電機(jī)的額定電壓指的是線電壓。

額定電流：指發(fā)電機(jī)正常連續(xù)運(yùn)行的最大工作電流。

額定溫升：指發(fā)電機(jī)某部分的允許最高溫度與冷卻介質(zhì)額定入口溫度的差值。

三發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

1.空載特性

同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路時(shí)

的運(yùn)行，稱為空載運(yùn)行。

空載額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，由于電樞電流等于零，同步發(fā)電機(jī)的電樞電壓等于空載電勢(shì)E。,

電勢(shì)E。,決定于空載氣隙磁通，磁通取決于勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流庫因此空載時(shí)的端電壓或

電勢(shì)是勵(lì)磁電流的函數(shù)，即E0=f（4）,稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。如圖2-2所示。

空載特性曲線可以用試驗(yàn)方法測(cè)定。維持發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變，然后逐漸增加勵(lì)磁電流，

使發(fā)電機(jī)端電壓等于額定電壓的13倍，然后單方向減少勵(lì)磁電流，直到勵(lì)磁電流為零為止。

在增加和減少勵(lì)磁電流的過程中，逐點(diǎn)記錄勵(lì)磁電流值及對(duì)應(yīng)的端電壓，將這些點(diǎn)連起來而

成的曲線就是空載特性曲線。由于鐵磁材料具有磁滯性質(zhì)，勵(lì)磁電流由零增加到某一最大值,

再反過來由此最大值減小到零時(shí)，空載電勢(shì)并不為零，而是與剩磁相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值，因此，

試驗(yàn)曲線將得到上升和下降兩條不同曲線。

空載特性曲線很有實(shí)用價(jià)值。可以用它判斷電機(jī)磁路的飽和情況，鐵芯和勵(lì)磁繞組是否

發(fā)生短路故障，此外可以求取發(fā)電機(jī)的電壓變化率，未飽和的同步電抗值等參數(shù)。

圖2-2同步發(fā)電機(jī)空載特性

2.短路特性

短路特性是指發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，定于三相繞組短路時(shí)，定于穩(wěn)態(tài)短路電流I與勵(lì)磁

電流n的關(guān)系曲線，即/=f(4)。

在做短路特性曲線時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)定于三相繞組出線端短路，然后維持額定轉(zhuǎn)速不變，

增加勵(lì)磁電流，讀取勵(lì)磁電流及相應(yīng)的定子電流值，直到定子電流達(dá)到額定值為止。

在短路時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓為零，在忽略定于電阻的情況下，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)僅用來平衡穩(wěn)

態(tài)短路電流在同步電抗上的電壓降。因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)電感線圈，穩(wěn)態(tài)短路電流是

感性的，他所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)起去磁作用，所以鐵芯不飽和，因此，短路特性曲線是一條直

線。

短路特性可以用來求未飽和的同步電抗和短路比，還可以利用它判斷勵(lì)磁繞組有無匝間

短路等故障。顯然勵(lì)磁繞組存在匝間短路時(shí)，因安匝數(shù)減小，短路特性會(huì)降低。

圖2-3短路特性

所謂短路比，就是在對(duì)應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，定子穩(wěn)態(tài)短路電流與額定電流

之比。

3.外特性

外特性是反應(yīng)發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流而變化的曲線，即在勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)

為常數(shù)的條件下，負(fù)載(定子電流)改變時(shí)端電壓的變化曲線，即。=￡(/)。圖2-4示出

了在幾個(gè)不同功率因數(shù)下的外特性曲線。從圖中可以看出，在滯后的功率因數(shù)情況下，定子

電流增加時(shí)，電壓降落較大，這是因?yàn)榇藭r(shí)電樞反應(yīng)是去磁的；在超前的功率因數(shù)下，定子

電流增大，電壓反而升高，這是因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)是助磁的。

外特性可用來分析電機(jī)在運(yùn)行中的電壓波動(dòng)情況，并藉此提出對(duì)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整裝置電壓

調(diào)節(jié)范圍的要求。

圖2-4外特性曲線

1-感性負(fù)載；2-電阻性負(fù)載；3-容性負(fù)載

4.調(diào)整特性

所謂調(diào)整特性，是指端電壓、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，改變負(fù)載(定子電流)

時(shí)勵(lì)磁電流的變化曲線，即/f=f(1)。

如圖2-5示出不同功率因數(shù)下的調(diào)整特性曲線。從圖中可以看出，在滯后的功率因數(shù)下，

負(fù)載增加勵(lì)磁電流也必須增加，這是因?yàn)榇藭r(shí)去磁作用加強(qiáng)，要維持氣隙磁通，必須增加轉(zhuǎn)

子磁勢(shì)。在超前的功率因數(shù)下，負(fù)載增加，勵(lì)磁電流一般還要降低，這是因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)有助

磁作用的緣故。

圖2-5調(diào)整特性曲線

調(diào)整特性可以使運(yùn)行人員了解在某一功率因數(shù)時(shí)，定子電流到多少而不使勵(lì)磁電流超過

制造廠的規(guī)定值，并能維持額定電壓。利用這些曲線可使電力系統(tǒng)的無功功率分配更趨合理。

5.功角特性

功角特性反應(yīng)的是發(fā)電機(jī)電磁功率與功角之間的關(guān)系，其表達(dá)式為：

式中P-發(fā)電機(jī)電磁功率

m一定子繞組相數(shù)

U-定子相電壓

Eq一發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)

4—發(fā)電機(jī)同步電抗

3—功角，轉(zhuǎn)子磁極中心線與定子磁極中心線的夾角，也是端電壓U與感應(yīng)電勢(shì)Eq間的

夾角。

圖2-6功角特性曲線

圖2-6示出了電磁功率與功角的關(guān)系曲線，這是一條正弦函數(shù)變化的關(guān)系曲線，稱為功

角特性，很明顯，最大功率發(fā)生在3=90°時(shí)，此值稱為系統(tǒng)極限功率。

下面從功角的物理意義說明發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率的過程。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其輸出功率取

決于汽輪機(jī)輸出到發(fā)電機(jī)軸上的機(jī)械功率，逐步增加原動(dòng)機(jī)的輸出功率，且使輸入轉(zhuǎn)矩大于

電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和，則剩余轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子加速。合成等效磁勢(shì)及旋轉(zhuǎn)速度，受電網(wǎng)電壓、

頻率的牽制保持不變，于是勵(lì)磁磁勢(shì)此時(shí)就會(huì)超前于合成磁勢(shì)，也即功角增大，功角增大就

引起電磁功率增大，相應(yīng)的電磁功率轉(zhuǎn)矩增大，直到剩余轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不再升高，達(dá)

到新的平衡狀態(tài)。

但是，當(dāng)6=90°時(shí)，電磁功率已達(dá)到最大值，再繼續(xù)增加輸入功率，則490°,電磁

功率反而減小了，就會(huì)出現(xiàn)更多的剩余功率，因此功率不能保持平衡，剩余功率將使轉(zhuǎn)子繼

續(xù)加速，直至轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，稱之為“失去同步”，同步發(fā)電機(jī)則失去了靜態(tài)穩(wěn)定。

當(dāng)同步發(fā)電機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定后，應(yīng)立即減小原動(dòng)機(jī)功率，否則由于電磁功率的減小，剩

余功率增加，使轉(zhuǎn)子達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，這時(shí)相當(dāng)大的離心力作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子將被損壞。

另外，由于電機(jī)的電勢(shì)、頻率與電網(wǎng)不同，定子繞組中將出現(xiàn)數(shù)值大到足以損壞定子的電流。

因此，同步發(fā)電機(jī)在與電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，必須保持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

同步發(fā)電機(jī)維持靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是：當(dāng)6角增大后，電磁功率P也隨之增大。以微分的

形式表示則為：

，嚼。

式中P,稱整步功率，當(dāng)整步功率大于零時(shí)，發(fā)電機(jī)能保持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行；而整步功率

小于零時(shí)則不能維持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。在3=90'時(shí)，就達(dá)到穩(wěn)定極限，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電磁功率

為穩(wěn)定極限功率。

在實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)應(yīng)在穩(wěn)定極限范圍內(nèi)運(yùn)行，且應(yīng)留有足夠的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備。發(fā)電機(jī)

靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備能力用靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)來衡量，其表達(dá)式為：

Kp=%xlOO%

PQ

PM為發(fā)電機(jī)極限功率，P。為發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)功率。一般規(guī)定正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)定

儲(chǔ)備系數(shù)不小于15?20%,功角值一般30°-40°?

6.發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行極限

1）發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行極限

在穩(wěn)定運(yùn)行條件下，發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限決定于下列四個(gè)條件：

①原動(dòng)機(jī)輸出功率極限。

②發(fā)電機(jī)的額定容量，即由定子繞組和鐵芯發(fā)熱決定的安全運(yùn)行極限。在一定電壓下，

決定了定子電流的允許值。

③發(fā)電機(jī)的最大勵(lì)磁電流，通常由轉(zhuǎn)子的發(fā)熱決定。

④進(jìn)相運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定度。當(dāng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)小于零（電流超前于電壓）而轉(zhuǎn)入進(jìn)相運(yùn)行

時(shí)，磁勢(shì)發(fā)電機(jī)的有功功率輸出受到靜穩(wěn)定條件的限制。此外，對(duì)內(nèi)冷發(fā)電機(jī)還可能受到端

部發(fā)熱限制。

上述條件，決定了發(fā)電機(jī)工作的允許范圍。

圖2-7汽輪發(fā)電機(jī)的P—Q曲線

2）發(fā)電機(jī)P—Q曲線

在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，在一定的電壓和電流下，當(dāng)功率因數(shù)下降時(shí)，發(fā)電機(jī)的無

功功率增大，有功功率相應(yīng)減?。欢?dāng)功率因數(shù)上升時(shí)，則要減少無功功率、增大有功功率，

以達(dá)到輸出容量不超過允許值。發(fā)電機(jī)P—Q曲線圖就是表示其在各種功率因數(shù)下，容許的

有功功率P和無功功率Q的關(guān)系曲線，又稱為發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限如圖2-7所示。

發(fā)電機(jī)的P-Q曲線，是在發(fā)電機(jī)端電壓一定、冷卻介質(zhì)溫度一定、不同氫壓條件下繪

制的，如圖2-7所示。電壓、電動(dòng)勢(shì)、功率都以標(biāo)么值表示的，其繪制基本步驟：

①以O(shè)為圓心，以定子額定電流氐為半徑，畫出圓弧。

②在橫軸O點(diǎn)左側(cè)，取線段萬厲等于曾，它近似等于發(fā)電機(jī)的短路比Kc,正比于空

載勵(lì)磁電流。

E

③以M點(diǎn)為圓心，以T為半徑（即圖2-7中的MC線段，它正比于額定勵(lì)磁電流）畫

Xd

出圓弧。

④以汽輪機(jī)額定功率畫一平行于橫坐標(biāo)的水平線HBG,表示原動(dòng)機(jī)輸出限制。

⑤從M點(diǎn)畫一垂直于橫坐標(biāo)的直線MH,相應(yīng)6=90°,表示理論上的靜穩(wěn)定極限。

考慮到發(fā)電機(jī)有突然過負(fù)荷的可能，實(shí)際靜穩(wěn)定限制，應(yīng)留有適當(dāng)儲(chǔ)備，以便在不改變

勵(lì)磁電流的情況下，能承受突然性的過負(fù)荷。（圖中的BF曲線）由上述各曲線或直線段所

圍成的DCGBFD區(qū)域，就叫汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行范圍或叫安全運(yùn)行區(qū)。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)

處于這區(qū)域或邊界上，均能長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)際發(fā)電機(jī)的P-Q曲線需要做試驗(yàn)來確定。

7.V形曲線

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)具有去磁性質(zhì)，這時(shí)為了維持發(fā)電機(jī)的端電壓不