同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及其額定值

1、大型發(fā)電機(jī)與變壓器運(yùn)行郵箱：1了解大型發(fā)電機(jī)及變壓器運(yùn)行的基本情況掌握同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的概念及運(yùn)行特性掌握同步發(fā)電機(jī)非正常運(yùn)行的原因、現(xiàn)象及危害掌握同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行、異步運(yùn)行的分析方法掌握同步發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行、過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行性能了解汽輪發(fā)電機(jī)扭動(dòng)穩(wěn)定、扭動(dòng)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(jì)算。了解變壓器的絕緣老化及過負(fù)荷能力的確定依據(jù)掌握自耦變壓器的特點(diǎn)及運(yùn)行方式了解分裂繞組變壓器的特點(diǎn)掌握三繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行的分析方法了解變壓器的常見故障與故障檢測(cè)技術(shù)本課程的教學(xué)內(nèi)容2本章所討論的內(nèi)容：介紹同步發(fā)電機(jī)參數(shù)的特點(diǎn)，以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)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(jī)在不同情況下的容許負(fù)荷結(jié)合大系統(tǒng)、大機(jī)組的特點(diǎn)，分析發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行、 非正常運(yùn)行、特殊運(yùn)行方式（包括進(jìn)相運(yùn)行、過勵(lì)磁等）的性能介紹汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振和次同步諧振的概念，發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 31.1 同步發(fā)電機(jī)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(lì)磁機(jī)；5主勵(lì)磁機(jī)；6勵(lì)磁機(jī)軸承；7出線盒；8汽體冷卻器；9碳刷架隔音罩；10端部；11機(jī)殼；12測(cè)溫引線盒； 一、同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1-1 QFSN3002型汽輪發(fā)電機(jī)組側(cè)視圖 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 41)定子結(jié)構(gòu)：機(jī)座、定子鐵心、端蓋、定子繞組及氫氣冷卻器。2)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子鐵心、

3、轉(zhuǎn)子繞組、護(hù)環(huán)、滑環(huán)及風(fēng)扇等。 一、同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 5二、同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及其額定值1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 型號(hào)QFSN-300-2-20QFSN-300-2QFSN-300-2QFS-300-2QFSN-300-2生產(chǎn)廠家東方電機(jī)廠哈爾濱電機(jī)廠上海電機(jī)廠上海電機(jī)廠上海電機(jī)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(zhuǎn)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(yùn)行參數(shù)不同于額定參數(shù)時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定了運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的端電壓、運(yùn)行頻率、冷卻介質(zhì)溫度的容許變化范圍。同時(shí)也規(guī)定了各個(gè)運(yùn)行參數(shù)不同于額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)的容許出力或容許電流。 (參照耒陽電廠300MW機(jī)組電氣運(yùn)行規(guī)程)規(guī)定的原則： 在運(yùn)行中不要發(fā)生電氣損壞、機(jī)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)力都不超過容許限度等。 1同步發(fā)電機(jī)

5、的運(yùn)行 71）冷卻介質(zhì)不同于額定值時(shí)對(duì)容量的影響1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 81同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 91同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 101同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 111同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 12分析：發(fā)電機(jī)定子繞組的溫度 由幾部分決定：1）冷卻介質(zhì)的溫度 ；2）通風(fēng)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(jī)的運(yùn)行 假定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，可認(rèn)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。 運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時(shí)，其容許負(fù)荷可隨冷卻介質(zhì)溫度變化而增減。決定容許負(fù)荷的原則：定、轉(zhuǎn)子繞組溫度都不超過容許值。 13 在額定狀態(tài)時(shí)，即額定電壓、額定電流、

6、額定轉(zhuǎn)速、額定冷卻介質(zhì)溫度時(shí)（12） 假定冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值，發(fā)電機(jī)在額定電壓下運(yùn)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(jī)的電流容許倍數(shù)為 （13）1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 14轉(zhuǎn)子繞組的溫度（14）式中: 轉(zhuǎn)子繞組的溫度； 周圍介質(zhì)的溫度； 轉(zhuǎn)子繞組在額定負(fù)荷時(shí)的溫升； 轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子額定電流之比。 冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的溫度也要發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子繞組溫度不超過額定值的轉(zhuǎn)子容許負(fù)荷由下式?jīng)Q定，即（15）1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 15例：以某一臺(tái)發(fā)電機(jī)為例，定子繞組用瀝青云母絕緣， =105， =40， =25， =40。轉(zhuǎn)子繞組

7、用B級(jí)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(zhì)溫度下定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù)，列于表1-2。 表1-2不同冷卻介質(zhì)溫度時(shí)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)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(jī)的運(yùn)行 16圖1-2 冷卻介質(zhì)變化時(shí)的容許出力 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 17結(jié)論：當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度高于額定值時(shí)，應(yīng)降低的定子電流倍數(shù)比轉(zhuǎn)子電流為多，所以應(yīng)按定子電流限制來減小出力，轉(zhuǎn)子繞組溫度此時(shí)不會(huì)超過容許值；當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度低于額定值時(shí),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

8、的倍數(shù)來提高出力，此時(shí)定子繞組溫度不會(huì)超過容許值。雖然各臺(tái)發(fā)電機(jī)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(zhì)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(zhì)比額定值每高1所應(yīng)降低的電流倍數(shù)小。這個(gè)原則對(duì)一般外冷發(fā)電機(jī)都適用。發(fā)電機(jī)運(yùn)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(yán)。 對(duì)于具體某臺(tái)發(fā)電機(jī)，可以根據(jù)其溫升試驗(yàn)曲線，計(jì)算出在不同冷卻介質(zhì)溫度(進(jìn)口氣溫)下的容許電流值。1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 182)端電壓不同于額定值時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的端電壓，容許在額定電壓5%范圍內(nèi)變動(dòng)，此時(shí)發(fā)電機(jī)可保持額定出力不變。當(dāng)定子電壓降低5%

9、時(shí)，定子電流可增加5%；當(dāng)電壓升高5%時(shí)，電流也就降低5%。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(huì)超過容許值。 當(dāng)電壓低于95%以下運(yùn)行時(shí)，定子電流不應(yīng)超過額定值的5%，此時(shí)，發(fā)電機(jī)要降低出力，否則，定子繞組的溫度要超過容許值。 發(fā)電機(jī)運(yùn)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90。 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 19 發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓高于額定值，升高到105以上時(shí)其出力須相應(yīng)降低。因?yàn)殡妷荷?，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增高。除此之外電壓增高，如維持有功出力不變，就要增加勵(lì)磁電流，致使轉(zhuǎn)子繞組的溫度超過容許限度。 發(fā)電機(jī)運(yùn)行的最高容許電壓，應(yīng)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(jī)，都是按相當(dāng)高的飽和程度設(shè)計(jì)的，當(dāng)運(yùn)行電壓超過510時(shí)。就會(huì)由于過度飽和，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的漏磁部分大大增加，使定子本體機(jī)架回路感應(yīng)出很大電流(有時(shí)可達(dá)幾萬安)，在機(jī)架的一些接縫處造成局部發(fā)熱，甚至引起火花，使機(jī)器損壞。1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 203)運(yùn)行頻率不同于額定值時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 按照規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率容許變動(dòng)范圍是0.5Hz。 運(yùn)行頻率比額定值高時(shí)，發(fā)電機(jī)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，因此頻率增高主要是受轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度的限制。同時(shí)，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

11、耗也可能有所降低，但總的來說，此時(shí)發(fā)電機(jī)的效率是下降的。1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 21 運(yùn)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(jìn)的風(fēng)量降低，其后果使發(fā)電機(jī)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(shí)的情況一樣，由于漏磁增加會(huì)產(chǎn)生局部過熱。頻率降低還可能使汽輪機(jī)葉片損壞，廠用電動(dòng)機(jī)也可能由于頻率下降，使廠用機(jī)械出力受到嚴(yán)重影響。 由于上述原因，不希望發(fā)電機(jī)頻率在偏離額定值的情況節(jié)運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行頻率變化0.5Hz的容許范圍內(nèi)，由于設(shè)計(jì)有裕度，可不計(jì)上述影響，容許保持額定出力不變。1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 224）功率因數(shù)不

12、同于額定值時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 發(fā)電機(jī)容許在不同的功率因數(shù)下運(yùn)行，但受下列條件的限制。 1)高于額定功率因數(shù)時(shí)，定子電流不應(yīng)超過容許值。 2)低于額定功率因數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過容許值。 3)在進(jìn)相功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)受到穩(wěn)定極限的限制。 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 23三、大型同步發(fā)電機(jī)參數(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 大型發(fā)電機(jī)的參數(shù)與中、小型發(fā)電機(jī)有很多不同之處，汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)也有所不同。 由于大型發(fā)電機(jī)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(shì)是阻抗增大，機(jī)械時(shí)間常數(shù)降低。這可解釋如下: 從電機(jī)理論中可知 式中：A線負(fù)荷； 極距； B氣隙磁密； 氣隙長(zhǎng)度。 （16）1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 24 從

13、式（1-6）可以看出，機(jī)組的阻抗與線負(fù)荷成正比，而與氣隙長(zhǎng)度成反比。氣隙長(zhǎng)度越大，磁導(dǎo)和阻抗越小。但是長(zhǎng)度如果增大，轉(zhuǎn)子繞組中的磁通勢(shì)就要增加，轉(zhuǎn)子繞組中的電流和匝數(shù)要相應(yīng)增大。這樣，會(huì)促使轉(zhuǎn)子重量和價(jià)格增加。所以，從簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)出發(fā)，都希望選取較小的氣隙。 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 大型機(jī)組的特點(diǎn)是：氣隙磁密受到飽和限制，不能選擇過大，同時(shí)線負(fù)荷較大，所以大型機(jī)組的xd值顯得較大。 對(duì)于同容量的汽輪發(fā)電機(jī)組和水輪發(fā)電機(jī)組，雖然汽輪發(fā)電機(jī)的氣隙較大，但它的線負(fù)荷和極距都較大，所以汽輪發(fā)電機(jī)的xd值(0.92.0)仍較水輪發(fā)電機(jī)的均值(0.71.6)大。25 暫態(tài)阻抗 和次暫態(tài)阻抗 值，由轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)的漏磁系數(shù)和漏磁路徑較水輪發(fā)電機(jī)小，極距比水輪發(fā)電機(jī)大，汽輪發(fā)電機(jī)的 值(0.140.34)較水輪發(fā)電機(jī)的 值(0.20.5)小。 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 261同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 同步電機(jī)定子非周期電流衰減時(shí)間常數(shù): （17）式中: ra為定子繞組的有效電阻，x2為電機(jī)的負(fù)序電抗，為角頻率。 同容量的汽輪發(fā)電機(jī)的 、 值較水輪發(fā)電機(jī)稍小，但它的ra值遠(yuǎn)較水輪發(fā)電機(jī)的值小，所以汽輪發(fā)電機(jī)的Ta值(0.020.5s)比水輪發(fā)電機(jī)的Ta值(0.030.35s)稍大。27 大型機(jī)

15、組的 ， 和 值與阻抗及電阻有關(guān)，雖然阻抗值稍大，但由于加強(qiáng)冷卻，采用的電流密度較大，所以電阻值遠(yuǎn)較一般機(jī)組大， ， 和 的數(shù)值顯得較小。 機(jī)械時(shí)間常數(shù)Tm與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J及轉(zhuǎn)速n的平方成正比，而與容量成反比。同容量水輪發(fā)電機(jī)的J、n值較汽輪發(fā)電機(jī)大，所以水輪發(fā)電機(jī)的Tm值(510s)較汽輪發(fā)電機(jī)的Tm值(34s)大。 大型機(jī)組的機(jī)械時(shí)間常數(shù)隨著單機(jī)容量的增大而減小，由于加強(qiáng)了冷卻，大型機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量幾乎沒有多大變化。1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 282.阻抗增大和時(shí)間常數(shù)減小對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響 阻抗增大將使系統(tǒng)中短路電流減小(雖然絕對(duì)值仍很大)，這是有利因素。但在沒有勵(lì)磁控制(包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)的情況

16、下，阻抗增大，機(jī)械時(shí)間常數(shù)減小，將使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。例如，單機(jī)對(duì)無窮大容量系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)定極限功率: 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 式中:U系統(tǒng)母線電壓；xs電網(wǎng)阻抗；Eq發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)。 由上式可知，若xd值越大，而xs值相對(duì)較小（即線路不長(zhǎng)）時(shí)，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(chǔ)備降低。 （18）29 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和許多因素有關(guān)：發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的阻抗、機(jī)械時(shí)間常數(shù)、勵(lì)磁上升速度、強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)、切斷短路時(shí)間等等。 系統(tǒng)中發(fā)生對(duì)稱或非對(duì)稱短路時(shí)，在暫態(tài)過程中，電機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩幾乎和發(fā)電機(jī)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)定性能降低。 機(jī)械時(shí)間常數(shù)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定也有很大影響，如保持同樣的極限角，則機(jī)械時(shí)間常數(shù)幾乎和臨界切除時(shí)間的平方成正比，機(jī)械時(shí)間常數(shù)減小一半，臨界切除時(shí)間將縮短到原值的1/4。 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 30 曾經(jīng)采用改善發(fā)電機(jī)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(jī)