电气设备及运行(2).ppt

第二章 同步发电机,南京工程学院,王金平,2010.08,第一节 发电机的工作原理,一 发电机的基本原理 导线切割磁力线能够产生感应电势，将导线连成闭合回路，就有电流流通，发电机就是基于这个原理工作的。,上图为最简单的两极同步发电机。定子上有ax、by、cz三相对称绕组，转子是直流励磁的主磁极。 当转子磁极上的激磁绕组通以直流励磁电流时，转子形成n与s极的主磁极磁场，磁通0从n极出来，经气隙定子铁芯气隙，进入s极而形成回路，如图中虚线所示。,若发电机转子由原动机拖动逆时针方向以速度n旋转时，主极磁通0切割定子绕组而感应出对称的三相电势，其电势频率为 式中：n转子转速，p极对数 定子每相绕组电势的有效值为： 式中 w每相绕组匝数，kw电势绕组系数w，每极磁通（wb）,每相绕组电势的波形，取决于气隙磁密沿圆周的分布以及定子绕组的具体结构。电力系统中应用的同步发电机，线电势波形都具有很好的正弦性。但是，由于高次谐波的存在，实际线电势波形与正弦波形有一定偏差，只要高次谐波的幅值限制在规定范围内，即可认为线电势是正弦波形。 当发电机带上负载，三相定子绕组中将产生电流，三相电流又产生一个合成的旋转磁场，该磁场与转子以相同的转速和方向旋转，这就叫“同步”。,二 基本概念 1. 有功、无功、视在功率 有功：在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式（如热能、机械能等）的那部分能量叫有功，即用于做功而被消耗掉的能量。转换的平均功率叫做有功功率，用p表示，单位为瓦，符号是w。其数学表达式为：,无功：用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功，即仅用来进行交换而没有被负载消耗的能量。无功又分感性无功和容性无功，用于电路内磁场交换的能量叫感性无功，用于电场交换的能量叫容性无功。交换的最大功率叫无功功率，用q表示，无功功率的单位为乏，符号是var。 其数学表达式为：,视在功率：由于电压、电流间存在相位差，正弦交流电路中的平均功率一般不等于电压、电流有效值的乘积，为与平均功率相区别，把电压、电流有效值的乘积叫视在功率，用s表示，单位为伏安，符号是va。其数学表达式为： 一般用视在功率表示设备的容量。,视在功率、有功功率、无功功率关系式为：,功率因数：上面有功功率公式中的 叫做功率因数，它为有功功率与视在功率的比值，等于电压比电流超前的相位差的余弦。功率因数不为1的负载，它的无功功率就不等于零，就意味着它从电源接受的能量中有一部分是交换而不消耗的，因数值越低，交换部分所占比例越大。,2. 发电机电枢反应 发电机的电枢反应：当有负载电流流过定子绕组时，定子电流便会产生一个磁场，这个磁场对原来的转子电流所产生的磁场要产生影响，通常把这种影响称为电枢反应。 由于发电机的外负荷具有不同的性质，如负载电流为纯感性，则电枢反应的结果是与转子磁场相抵消的方向，从而减弱了转子磁场的效果，结果是电压会下降，为保证正常运行，要求自动励磁系统增加励磁电流。如负载电流为纯容性，则结果相反。,3. 发电机铭牌容量、电压、电流、温升意义 额定容量：指发电机长期安全运行的最大允许输出功率。 额定电压：指发电机长期安全、经济工作的最高电压，发电机的额定电压指的是线电压。 额定电流：指发电机正常连续运行的最大工作电流。 额定温升：指发电机某部分的允许最高温度与冷却介质额定入口温度的差值。,三 发电机的运行特性 1空载特性 同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流励磁电流，定子绕组开路时的运行，称为空载运行。 空载运行时，由于电枢电流等于零，同步发电机的电枢电压等于空载电势e0, 电势e0,决定于空载气隙磁通，磁通取决于励磁绕组的励磁电流if因此空载时的端电压或电势是励磁电流的函数，即，称为同步发电机的空载特性。,空载特性曲线可以用试验方法测定。维持发电机额定转速不变，然后逐渐增加励磁电流，使发电机端电压等于额定电压的1.3倍，然后单方向减少励磁电流，直到励磁电流为零为止。在增加和减少励磁电流的过程中，逐点记录励磁电流值及对应的端电压，将这些点连起来而成的曲线就是空载特性曲线。由于铁磁材料具有磁滞性质，励磁电流由零增加到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时，空载电势并不为零，而是与剩磁相对应的电势值，因此，试验曲线将得到上升和下降两条不同曲线。,空载特性曲线很有实用价值。可以用它判断电机磁路的饱和情况，铁芯和励磁绕组是否发生短路故障，此外可以求取发电机的电压变化率，未饱和的同步电抗值等参数。,硅钢片把电能转化成磁能再转化成动能的能力是有限的。当电机电流超过一定范围后，电能无法再转化成更多的磁能，只能转化成热能，导致电机迅速升温，这是磁密饱和的后果。 通俗的比喻：把硅钢片当作是一个水桶，水桶下面有根水管可以往外流水，水管上面有根水管可以加水。当加水的速度等于出水的速度，就是磁密饱和了。如果加水的速度大于出水的速度并且持续一段时间，水就会漫出来，这就是电机迅速发热的原因了。,2短路特性 短路特性是指发电机在额定转速下，定子三相绕组短路时，定子稳态短路电流i与励磁电流if的关系曲线，即。,在做短路特性曲线时，要先将发电机定子三相绕组出线端短路，然后维持额定转速不变，增加励磁电流，读取励磁电流及相应的定子电流值，直到定子电流达到额定值为止。 在短路时，发电机端电压为零，在忽略定子电阻的情况下，发电机的电势仅用来平衡稳态短路电流在同步电抗上的电压降。因为此时发电机相当于一个电感线圈，稳态短路电流是感性的，他所产生的电枢磁势起去磁作用，所以铁芯不饱和，因此，短路特性曲线是一条直线。 短路特性可以用来求未饱和的同步电抗和短路比，还可以利用它判断励磁绕组有无匝间短路等故障。显然励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数减小，短路特性会降低。,所谓短路比，就是在对应于空载额定电压的励磁电流下，定子稳态短路电流与额定电流之比。,3外特性 外特性是反应发电机端电压随负载电流而变化的曲线，即在励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负载（定子电流）改变时端电压的变化曲线，即 图出了在几个不同功率因数下的外特性曲线。从图中可以看出，在滞后的功率因数情况下，定子电流增加时，电压降落较大，这是因为此时电枢反应是去磁的；在超前的功率因数下，定子电流增大，电压反而升高，这是因为电枢反应是助磁的。 外特性可用来分析电机在运行中的电压波动情况，并藉此提出对自动励磁调整装置电压调节范围的要求。,4调整特性 所谓调整特性，是指端电压、转速、功率因数为常数的条件下，改变负载（定子电流）时励磁电流的变化曲线，即。,如图示出不同功率因数下的调整特性曲线。从图中可以看出，在滞后的功率因数下，负载增加励磁电流也必须增加，这是因为此时去磁作用加强，要维持气隙磁通，必须增加转子磁势。在超前的功率因数下，负载增加，励磁电流一般还要降低，这是因为电枢反应有助磁作用的缘故。,调整特性可以使运行人员了解在某一功率因数时，定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值，并能维持额定电压。利用这些曲线可使电力系统的无功功率分配更趋合理。,5功角特性 功角特性反应的是发电机电磁功率与功角之间的关系，其表达式为： 式中p-发电机电磁功率 m定子绕组相数 u-定子相电压 eq发电机感应电势 xd发电机同步电抗,功角，转子磁极中心线与定子磁极中心线的夹角，也是端电压u与感应电势eq间的夹角。,图示出了电磁功率与功角的关系曲线，这是一条正弦函数变化的关系曲线，称为功角特性，很明显，最大功率发生在90时，此值称为系统极限功率。,下面从功角的物理意义说明发电机发出有功功率的过程。发电机运行时，其输出功率取决于汽轮机输出到发电机轴上的机械功率，逐步增加原动机的输出功率，且使输入转矩大于电磁转矩和空载转矩之和，则剩余转矩使转子加速。合成等效磁势及旋转速度，受电网电压、频率的牵制保持不变，于是励磁磁势此时就会超前于合成磁势，也即功角增大，功角增大就引起电磁功率增大，相应的电磁功率转矩增大，直到剩余转矩为零，转子转速不再升高，达到新的平衡状态。,但是，当90时，电磁功率已达到最大值，再继续增加输入功率，则90，电磁功率反而减小了，就会出现更多的剩余功率，因此功率不能保持平衡，剩余功率将使转子继续加速，直至转速大于同步转速，称之为“失去同步”，同步发电机则失去了静态稳定。,当同步发电机失去静态稳定后，应立即减小原动机功率，否则由于电磁功率的减小，剩余功率增加，使转子达到很高的转速，这时相当大的离心力作用在转子上，转子将被损坏。另外，由于电机的电势、频率与电网不同，定子绕组中将出现数值大到足以损坏定子的电流。因此，同步发电机在与电网并列运行时，必须保持静态稳定运行状态。,同步发电机维持静态稳定的判据是：当角增大后，电磁功率p也随之增大。以微分的形式表示则为： 式中pr称整步功率，当整步功率大于零时，发电机能保持静态稳定运行；而整步功率小于零时则不能维持静态稳定运行。在90时，就达到稳定极限，此时对应的电磁功率为稳定极限功率。,在实际运行中，电机应在稳定极限范围内运行，且应留有足够的静态稳定储备。发电机静态稳定储备能力用静稳定储备系数来衡量，其表达式为： pm为发电机极限功率，p0为发电机运行点功率。一般规定正常运行时发电机的静稳定储备系数不小于1520，功角值一般3040。,6.发电机安全运行极限 在稳定运行条件下，发电机的安全运行极限决定于下列四个条件： 原动机输出功率极限。 发电机的额定容量，即由定子绕组和铁芯发热决定的安全运行极限。在一定电压下，决定了定子电流的允许值。 发电机的最大励磁电流，通常由转子的发热决定。 进相运行时的稳定度。当发电机功率因数小于零（电流超前于电压）而转入进相运行时，磁势发电机的有功功率输出受到静稳定条件的限制。此外，对内冷发电机还可能受到端部发热限制。,发电机pq曲线 在电力系统中运行的发电机，在一定的电压和电流下，当功率因数下降时，发电机的无功功率增大，有功功率相应减小；而当功率因数上升时，则要减少无功功率、增大有功功率，以达到输出容量不超过允许值。发电机pq曲线图就是表示其在各种功率因数下，容许的有功功率p和无功功率q的关系曲线，又称为发电机的安全运行极限如图所示。,发电机的pq曲线，是在发电机端电压一定、冷却介质温度一定、不同氢压条件下绘制的，如图所示。电压、电动势、功率都以标么值表示的，其绘制基本步骤： 以o为圆心，以定子额定电流in为半径，画出圆弧。 在横轴o点左侧，取线段 等于 ，它近似等于 发电机的短路比kc，正比于空载励磁电流。 以m点为圆心， 以为半径（即图的mc线段， 它正比于额定励磁电流）画出圆弧。,以汽轮机额定功率画一平行于横坐标的水平线hbg，表示原动机输出限制。 从m点画一垂直于横坐标的直线mh，相应90，表示理论上的静稳定极限。 考虑到发电机有突然过负荷的可能，实际静稳定限制，应留有适当储备，以便在不改变励磁电流的情况下，能承受突然性的过负荷。（图中的bf曲线）由上述各曲线或直线段所围成的dcgbfd区域，就叫汽轮发电机的安全运行范围或叫安全运行区。发电机的运行点处于这区域或边界上，均能长期安全稳定运行。,7v形曲线 当发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁性质，这时为了维持发电机的端电压不变，必须增大励磁电流。因此，无功功率的改变，必须依靠调节励磁电流。下面我们研究在一定的输出功率p下，调节励磁电流时定子电流是如何变化的。,用实验的方法，在保持电网电压和发电机输出有功功率不变的条件下，改变励磁电流if，测定对应的定子电流i，而得两者之间的关系曲线if（if）。由于这条曲线呈“v”字型，所以称为同步发电机的v型曲线。对于每一个有功功率值都可做出一条v型曲线，功率值越大，曲线越往上移。每条曲线的最低点，表示cos1。将各曲线的最低点连接起来得到一条cos1的曲线，在这条曲线的右方，发电机处于过励状态，而在其左方，发电机处于欠励磁状态。在v型曲线的左侧有一个不稳定区（对应于90）。,第二节 发电机的结构 发电机本体主要由一个不动的定子（包括机座、端盖、定子铁芯、定子绕组、隔振结构和端部结构等）和一个可以转动的转子（包括转子铁芯、转子绕组、转子护环、转子阻尼结构、转子风扇等）构成。另外为保证发电机在运行中定子、转子各部分不超温，为此，发电机还设有定子内冷水冷却系统，发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。,一 发电机定子 发电机定子主要由机座、端盖、定子铁芯、定子绕组、隔振结构和端部结构等部分组成。 1）机座与端盖 机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。 在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。由于发电机定子采用轴向通风，氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。,端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图所示。为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。在端盖的合缝面上还设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好的气密。,轴瓦采用椭圆式水平中分面结构，轴瓦外园的球面形状保证了轴承有自调心的作用。在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。密封瓦为铜合金制成，内圆与轴间有间隙，装在端盖内圆处的密封座内。密封瓦分成四块，在径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧，尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动，但在密封座上下均有销子可以防止它切向转动。密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄，在励端油密封设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤转轴。,2）定子铁芯 定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷轧硅钢片冲制而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的水溶性无机绝缘漆。定子铁芯轴向固定结构采用绝缘穿心螺杆，分块齿压板和整体压板压紧结构；自振频率避开基频和倍频10%以上，振幅为小于50m；铁芯端部压指、压板为无磁性材料；压板外侧设有磁屏蔽。,3)定子绕组 定子绕组是由条形线棒构成的分数极距双层式绕组，条形线棒嵌装在沿整个定子铁芯圆周均匀分布的矩形槽中。一根线棒分为直线部分和两个端接部分，直线部分放在槽内，它是切割磁力线感应电动势的有效边，端线按绕组接线型式有规律地连接起来。,定子线棒有84 根，由不锈钢通水管和实心铜线编织组成；实心用无氧铜线，包绝缘；上、下层线棒等截面；线棒双排结构，每排按5实1空间隔叠5组；为减少在负载运行条件下，定子绕组产生的自感应涡流损耗，定子线棒直线部分导线进行540空换位编织。所谓换位，就是在线棒编织时，让每根线棒沿轴向长度，分别处于槽内不同高度的位置，这样每根线棒的漏电抗相等，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生的环流及附加损耗。定子线棒端部的所有股线均焊接到水电接头上，通过铜带将两根线棒水电接头焊在一起形成电气连接，构成一匝线圈；而所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠励端的汇流母管，并经绝缘引水管进入线圈。在发电机端设有一条进水母管；在汽机端部设有一条出水母管。冷却水流通道为单向型，即从发电机端流向汽机端。,定子主绝缘厚度6.5mm (27kv)；f级绝缘，b级考核；vpi绝缘工艺制造，micalastic绝缘体系;直线部分为低阻防晕层，端部为非线性高阻防晕漆。 定子采用整段槽楔；径向固定：楔下设双滑移层，并设双波纹板；切向固定：侧面插人半导体垫条；层间、底部用适形材；采用热压涨管工艺,4）隔振结构 为了减小由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起的双频振动，以及短路等其它因素引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，在定子铁芯和机座之间采用两侧立式、下部切向弹簧板隔振结构,5)定子绕组端部固定 随着发电机容量的增大，作用在定子绕组端部的电磁力也急剧增强。因此，定子绕组端部固定的强度问题，在突然短路的强大过渡电磁力下和在正常运行时较小的交变电磁振动下都显得更为突出。端部的固定在径向、切向既要具有承受突然短路时电磁力的足够强度，也要防止倍频振动引起共振造成的绝缘磨损。另外，考虑到铁芯和线棒热膨胀系数不一样，所以在轴向要有伸缩的弹性固定结构。大容量发电机绕组端部热胀冷缩之差可达0.51.5mm，如果端头固定死，就会产生4.0012.00mpa的压应力。近年来，在大容量发电机端部绕组固定措施中，主要倾向是尽可能将垫料及紧固件均由高强度绝缘材料压制而成，以避免使用金属材料。早期的发电机端部采用刚性结构，现已发展到用刚柔相结合的结构。,二 发电机转子 发电机转子主要由转子铁芯、转子绕组、转子护环、转子阻尼结构、转子风扇等部分构成。,1)转子铁芯 转子铁芯采用高强度合金钢整体锻造而成，具有良好的导磁性能和机械性能。在转子本体上加工有用于嵌入励磁绕组的平行槽。纵向槽沿转子轴圆周分布，从而获得两个实心磁极。转子轴的磁极均设计有横向槽，以降低由于磁极和中轴线方向挠曲所引起的双倍频率的转子振动。转轴采用优质合金钢制造，经真空浇注、锻造、热处理和全面试验检查，确保了转轴的机械性能、导磁性能要求，和转轴材料的均匀性，以承受在发电机运行中，转子离心力和发电机短路力矩所产生的巨大机械应力。转轴由一个电气上的有效部分（转子本体）和两处轴颈组成。在发电机轴承外侧，与转轴整体锻造的靠背轮法兰，分别将发电机转子与汽轮机和励磁机转子相联。转子本体圆周上约有三分之二开有轴向槽，用于嵌放转子绕组。转子本体的两个磁极相隔180。,1-转子槽；2-转子齿；3-磁极横向槽；4-磁极；5-阻尼绕组槽；6-励侧轴颈,转子本体圆周上的轴向槽分布不均匀，使直轴与横轴的惯性矩不同，将导致转子以双倍系统频率振动。为了消除此振动，转子大齿上设有横向槽，以平衡直轴与横轴的刚度差。转子大齿上开有嵌放阻尼槽楔的轴向槽。在转子线圈槽中，转子槽楔起阻尼绕组作用。,2) 转子绕组 转子绕组由嵌入槽中的多个串联线圈组成，两个线圈组构成一个极。每个线圈则由若干个串联的线匝组成，而每个线匝则由两个纵向线匝和横向线匝构成，各线匝在端截面钎焊在一起。转子绕组由带有冷却风道的含银脱氧铜空心导线构成。线圈的各线匝之间通过隔层相互绝缘。带有nomex 填料的l形环氧玻璃纤维织物被用作槽绝缘材料。槽楔由高导电率材料制成并延伸至护环的收缩座下面。护环座经镀银处理，以保证槽楔和转子护环之间的良好电气接触。,图 转子端部绕组 1-转子本体；2-槽楔；3-直线部分进风口；4-垫块；5-端部绕组出风口,3) 转子护环 采用整体式转子护环来抑制转子端部绕组的离心力。转子护环由非磁性高强度钢质材料制成，以降低杂散损耗。每个护环悬空热套在转子本体上。采用一开口环对护环进行轴向固定。 护环承受转子端部绕组产生的离心力。护环一端热套在转子本体上，另一端悬挂在转子端部绕组上，不与转轴接触。这种悬挂式护环的结构，与转轴的挠曲无相互影响。 中心环热套在护环自由端内圆，圆周方向支撑了护环，提高了护环的刚度，同时在轴向支撑转子端部线圈。环键防止护环的轴向位移。 为了降低杂散损耗，达到足够强度，护环采用高强度反磁钢冷加工制造。 护环热套面在阻尼系统中起到短路环作用。为了降低接触电阻，热套面经镀银处理。,4) 转子槽楔和阻尼结构 转子槽楔由强度高、导电率好的铜合金材料制成，槽楔中间开有径向通风孔，外伸到护环的搭接面下，并确保槽楔和转子护环间良好的电接触。发电机转子每一磁极上开有4个阻尼糟，阻尼槽楔材料为导电优良的银铜材料，槽楔表面镀银处理。从而与转子齿接触得更好。阻尼槽楔承受负序电流在本体表面产生的涡流。与护环一起构成回路，本系统经长期运行验证为非常好的阻尼绕组系统，完全能满足负序能力。 转子线圈在槽中用槽楔固定，以承受离心力的作用。槽楔一直延伸到护环下面，护环兼起了阻尼绕组的短路环作用。另外，在磁极表面设有放置阻尼槽楔的阻尼槽。,5) 转子风扇 在发电机汽端装有一个多级风扇的的轴流风机为氢气冷却提供驱动力，风扇由装在转子汽端的动叶片和固定在静子汽侧端盖上的静叶道风装置构成，风扇安装于热套在转子轮上的轮毂上，轮毂下设有转子绕组冷却通风风道。扇与从沿转子本体出风口排出气体所产生的压力一起作用，增强了转子绕组的冷却效果。风扇叶片安装在风扇座的t型槽上，风扇座热套在转轴上。,图2-12 发电机转子风扇结构组成图 1-挡板环托架；2-挡板环；3-导向翼片；4-风扇轮毂；5-风扇叶片；6-转子气体进口,1-转轴；2-进风口；3-平衡块槽；4-风扇座；5-风扇叶片；6-护环,第三节 发电机运行维护,一 上海汽轮发电机有限公司1000mw汽轮发电机参数 thdf125/67型1000mw t三相汽轮发电机 h氢冷 d 转子绕组直接轴向气体冷却 125转子本体直径 67定子铁芯长度,thdf125/67型1000mw汽轮发电机参数表,二 发电机运行方式 1. 额定运行方式 发电机在额定铭牌参数下运行的方式，称为额定运行方式。发电机的载荷能力主要受其各部分温度限额的限制，发电机在满足规定的有关技术数据及技术要求，同时又得到正确维护的条件下，能够长期连续运行。发电机长期连续运行额定功率为1000mw，最大连续功率1170.539mw。,2. 发电机进风温度变动时运行方式 当进风温度超过额定值时，如果定子绕组、转子绕组及定子铁芯的温度经过试验未超过其绝缘等级和制造厂允许的温度，可以不降低发电机的容量。当温度超过允许值，则应减少定子和转子电流，直到允许温度为止。 发电机额定氢压运行，当冷氢温度为额定值时，其负载应不高于额定值的1.1倍。当发电机冷氢温度高于额定值时，每升高1时，定子电流应减少2%。,发电机最低进风温度以气体冷却器不出现凝结水珠为标准，一般气体冷却器温度不低于20。为防止发电机内结露，定子内冷水温度高于进风温度。发电机运行时，机内氢压必须高于定冷水压力。 发电机冷却介质的进、出口温差显著增大时，表明发电机冷却系统已不正常或发电机内部的损失有所增加，应分析原因，采取措施，予以解决。,3. 电压、频率、功率因素变动时的运行方式 发电机运行电压的变动范围在额定电压的5内而功率因数为额定值时，其额定容量不变。 发电机连续运行的最高允许电压不得大于额定值的110，发电机的最低运行电压应根据稳定运行的要求确定，不应低于额定值的90。 发电机额定频率为50hz，其正常变动范围在48.551.0hz以内时，发电机的额定功率可保持不变连续运行,电压升高同时频率降低工况可导致发电机和变压器过磁通量，电压降低同时频率升高工况可导致发电机旋转部件所承受的应力增大。这些因素将引起发电机温升增高和寿命的缩短，应尽快降低负荷或限制这些工况运行。 发电机在运行中功率因数变动时，应使其定子和转子电流不超过在当时进风温度下所允许的数值。当降低功率因数时，转子电流不允许大于额定值，且视在功率应减少。当功率因数增大时，发电机的视在功率不能大于其额定值。发电机功率因数一般不超过迟相0.95。,4.进相运行方式 发电机进相运行应遵守制造厂的规定或通过试验确定，其最大进相深度不超过静态稳定的极限。进相运行的允许范围主要受发电机静态稳定和定子铁心端部结构件发热两个因素的限制，发电机在结构上能满足在超前功率因数0.95和额定功率1000mw的情况下稳定运行。 5.调峰的运行方式 当电网需要时，发电机允许调峰运行，采用变负荷调峰方式。发电机每年启、停机允许330次，即在整个发电机使用寿命内，启、停机次数不超过10000次。发电机负荷的增减率，一般每分钟为额定负荷的5，但紧急状态下取决于汽轮机。1000mw机组调峰能力为可调节范围不低于机组额定容量的60%。,6发电机短时过负载运行 在系统故障状态下，为了避免破坏电网系统的静态稳定，允许发电机短时过负载运行。但此时发电机的氢气参数、定子绕组内冷水参数、定子电压均为额定值。 定子电流1.5倍in时，允许运行30s。 转子过电压：208，允许运行10s。 146，允许运行30s。 125，允许运行60s。 112，允许运行120s。,7. 发电机失磁时的异步运行 在未进行应有的试验，并将试验结果与制造厂商定之前，不规定发电机异步运行能力。但在事故条件下，发电机允许短时失磁异步运行。当励磁系统故障，且电网条件允许时，失磁运行的持续时间不得超过15 min，此时允许的负荷在额定值的40%以内，而且发生失磁时，在最初的30 s时间内将负荷降至额定值的60%，在其后的90 s时间内降至额定值的40%。转子电流不大于1.01.1倍额定值。 8. 不平衡负载运行 当发电机运行负载不平衡时，如果持续负序电流不超过额定电流的6%，且每相电流不大于额定电流，允许发电机长期运行。,三 发电机启动 1. 启动前的电气设备试验 a)柴油发电机组带负荷试验。 b)厂用电联锁试验 c)发电机出口开关、刀闸及灭磁开关拉合闸试验。 d)保护联锁传动试验。 e)事故照明切换试验。 f)ups装置电源切换。,g)发电机定子： 1)绝缘电阻、吸收比、极化指数测量。 2)直流耐压和泄漏电流试验。 3)交流耐压试验。 h)发电机转子： 1)绝缘电阻测量。 2)转子绕组的交流阻抗和功率损耗测量。,i)发电机轴电压测量。 j)发电机空载特性试验。 k)发电机在大修中或针对大修项目（如更换绕组等特殊情况下），应有选择的进行下列试验： 发电机短路特性试验。,定子端部模态测试。 定子绕组的直流电阻。 定冷水系统水压试验。 单线棒水流量试验。 发电机ct绝缘电阻、直流电阻测量。 定子绕组端部表面电位测试。 定子铁芯铁损试验。 转子绕组的直流电阻。 转子通风试验。 励磁系统额定转速下空载试验。 发电机假同期试验。 励磁系统带负荷试验。 发电机轴承绝缘电阻测量。 定子槽部线圈防电晕层对地电位。 发电机定子开路时的灭磁时间常数测量。 发电机温升试验。,l)发电机大修后，在完成整体气密性试验和气体置换后，可启动投运。此外，因故障停机进行漏氢消缺工作，启动前需进行整体气密性试验。试验前，密封油系统投运。试验时，向机内充入干净的干燥压缩空气，压力稍低于额定氢压。在此压力下检查和消除可能存在的漏点，然后将机内气压升至额定氢压，稳定后开始计时，每小时记录一次机内气压、气温室温及大气压。试验持续24小时（特殊情况下不小于12小时）。,机组气密性标准,2.启动前的检查 1)确认下列辅助系统处于良好状态：氢气系统、密封油系统、定子冷却水系统、氢气冷却器水系统、轴承润滑油系统、顶轴油系统。 2)检查发电机机械连接无任何松动且连接可靠。 3)检查发电机各部电气连接完好，确认发电机出口开关和刀闸及转子回路开关在断开位置 4)检查发电机的氢质、油质和水质合格。 5)确认检温计的读数是合理的。这些读数应接近环境温度或机内温度。若此时读数出现明显差别，那就意味着温度测量出现故障，必须在运行前纠正。 6)检查励磁系统完好，无异常报警信号，旋转整流器熔断器无熔断。,3.启动前的准备工作 1)测定发电机各部绝缘电阻合格。具体测量规定及要求值(参考玉环电厂)如下： a) 测量各设备的绝缘电阻时，应选用相应电压等级的摇表。 b)发电机定子线圈的绝缘电阻用2500v的摇表测量（发电机中性点闸刀必须断开），25时，不通水情况下绝缘电阻值1000m以上（10分钟值）。设备温度每升高515，绝缘电阻大约降低一半。 c)在不同的条件下测得的绝缘电阻值应换算至前一次相同条件下的测量值。其值不得低于前一次的1/31/5倍。60秒与15秒的吸收比不小于1.6。,不同温度下的绝缘电阻可以用下列公式进行换算： 式中:rt为t时的绝缘电阻值 r75为75时的绝缘电阻值。,d) 发电机转子绕组用500v的摇表测量绝缘电阻，25时，1分钟的绝缘电阻大于10m。设备温度每升高1018，绝缘电阻大约降低一半。 e)发电机内电阻测温元件用250v摇表测量，应大于1m。 f)发电机励端轴承与底板及轴承与油管间绝缘电阻用1000v的摇表测量，通油后应不小于1m。,2)投入轴承润滑油系统。检查油压、油温符合规定。 3)投入密封油系统，进行机内气体置换。 4)投入定子冷却水系统。 5)投入顶轴油系统，启动盘车。检查无卡涩及异音。 6)根据温度投入各系统冷却器，确认密封油冷却器及绕组水冷却器的冷却水有足够的水量，氢压大于水压，水温高于氢温。 7)确认轴承、密封油、氢和水系统运行正常、发电机机内氢压、水压和油压正常。,4.发电机启动 发电机的启动过程是随着原动机同时进行的，在升速过程中，发电机的检查项目应与原动机检查项目同时进行，在每个预定的目标转速下，检查下列项目：,发电机开始转动后，即应认为发电机及其全部设备均已带电。 在冲转前，检查发电机自动准同期并列装置具备并车条件。 对安装和检修后第一次起动的机组，应缓慢升速并监听发电机的声音，检查轴承供油及振动情况，确认无摩擦现象。 发电机密封油系统、定子冷却水系统、氢气冷却系统运行正常。 轴承振动及回油温度正常。 旋转整流器熔断器无熔断报警现象。 发电机各部温度正常，表计指示正常。 自动励磁调节器在大于2950转/分下才能投入运行。,5.发电机升压和并网 1)发电机升压 发电机在升速前，应对发电机、发电机出线小室、进行全面检查 ；投入发电机变压器组保护、励磁机保护，合上各路控制电源小开关和保护压板；合上发电机出口闸刀，将发电机出口开关由冷备用转入热备用；发电机在升速过程中的速率由汽机控制，电气应检查发电机励磁机的振动和有无异常杂声； 发电机升速后，达到额定转速3000转/分钟后，方可进行升压。,在发电机额定转速时，合上励磁开关，副励磁机定子回路接通，经自动励磁调节器控制的三相全控桥式整流器整流后，为交流主励磁机励磁绕组提供直流电源，则旋转的交流主励磁机电枢绕组感应出三相交流电，再经和发电机转子绕组连接在一起共同旋转的三相桥式整流装置整流后，为发电机转子绕组提供直流电源，最终在发电机定子上产生三相交流电势。经过自动励磁调节器控制可控硅整流桥输出使发电机电压连续上升并达到设定值。,2)发电机并网 发电机升压至额定值，并检查一切正常后，即可进行并网操作。并网操作是电力系统很常见、很重要的一项操作。,发电机与电网采用自动准同期并列，并列必须满足： 电压相等； 频率相等； 相位相同； 相序一致（相序一致已在初次接线时检验过，只要没有改动过，就可认为一致）。,程控并网的具体步骤： 第一步：程控指令发出后，检测主变低压侧接地闸刀、发电机接地闸刀、gcb在分闸位置；发电机、励磁系统无故障信号；转速大于2950转/分后发出励磁投自动命令 第二步：检测励磁在自动；发出投励磁开关指令，开关合上，自动升压至27kv后向deh发出请求ass调速指令 第三步：deh允许发电机ass调速指令后发同期装置投入指令，自动将同期装置投入，条件满足gcb合闸 第四步：同期装置退出 发电机并网后，根据负荷情况及时调整励磁，以保证发电机端电压和功率因数的稳定。,四 发电机解列停机 在接到系统调度命令以后，操作人员按照值长命令准备操作票，经审查批准后执行。在停机前，应逐步降低负荷，在减有功负荷的同时，注意相应减少无功负荷，以保持功率因数。 目前采用的是先汽机打闸，通过逆功率保护动作跳开gcb、灭磁开关。,第四节 发电机异常及事故处理 一 发电机异常运行 1.发电机过负荷运行 发电机正常运行时不允许过负荷运行，只有在事故情况下允许短时间过负荷，但为防止发电机损伤，每年过负荷不得超过二次。其持续时间按下列规定：,允许事故过负荷时间,现象：定子电流超过额定值。 处理： 当发电机定子电流超过正常允许值时,首先应检查发电机功率因数和电压，并注意过负荷运行时间，做好详细记录。 如系统电压正常，应减少无功负荷，使定子电流降低到允许值，但功率因素和定子电压不得超过允许范围 如减少励磁仍无效时，应报告值长，降低有功负荷。 加强对发电机各测点温度的监视，当定子或转子绕组温度偏高时应适当限制其短时过负荷的倍数和时间。 若发电机过负荷倍数和允许时间达到或超过规定的数值，则保护动作使发电机跳闸，电气按跳闸后的规定处理。,2.发电机三相电流不平衡 现象：发电机三相电流不平衡，负序电流超过正常值。 处理： 发电机三相电流发生不平衡时，应检查厂用电系统、励磁系统有否缺相运行。负序电流超过5时，应向调度汇报，并采取相应措施。 若发电机不平衡是由于系统故障引起的，立即向调度汇报，询问是否是线路不对称短路或其他原因引起，或降低机组负荷，使不平衡值降到允许值以下，待三相电流平衡后，根据调度命令增加负荷。,若不平衡是由于机组内部故障引起的，则应停机灭磁处理。 当负序电流小于6额定值时，最大定子电流小于额定值情况下，允许连续运行。 当负序电流大于6额定值，最大定子电流大于或等于额定值情况下，应降低有功负荷和无功负荷，尽力设法使负序电流、定子电流降至许可值之内，检查原因并消除。 发电机在带不平衡电流运行使，应加强对发电机转子发热温度和机组振动的监视和检查。,3发电机温度异常 现象：发电机温度巡测仪、crt显示温度异常报警。 处理： 稳定负荷，打印全部温度测点读数，并记录当时的发电机有功、无功、电压、电流、氢压、冷氢温度。 检查三相电流是否超过允许值，不平衡度是否超过允许值。 检查发电机三相电压是否平衡，功率因数是否在正常范围内，保持功率因数稳定。,如发电机进风风温如超过规定值，应调整氢冷器水量和水温来降低风温。如发电机氢气压力低时，应查明原因并补氢 如发电机定子冷却水支路水温高，应调整闭式冷却水水量和水温。 降低发电机负荷，并加以稳定，观察其变化趋势，如在不同负荷工况下某元件始终显示异常，说明该热电偶及电阻元件可能损坏。若发现温度随负荷电流的减少而显著降低，应考虑到定子冷却水路可能有阻塞情况，当判明温度升高是由水路阻塞引起的，则应申请停机处理。,4.发电机pt保险熔断 现象： 发电机pt保险熔断报警。 发电机电压表指示可能降低或为0。 发电机有功无功功率表指示可能降低或为0。 发电机频率表指示可能异常。 发电机电度表脉冲闪耀可能变慢或停闪。 电压调节器（avr）可能自动切至手动方式。,处理： 按继电保护运行规程退出相关保护。 若测量回路未能切换，造成发电机有功、无功仪表指示异常，应尽量减少对有功、无功的调节，并根据汽机主蒸汽流量、发电机定子电流、转子电流等其它表计数值进行监视，保持发电机的稳定运行。 查出何只pt保险熔断，如二次保险熔断，应检查pt二次回路及所接负载；如为初级保险熔断，则应检查pt及其二次回路。并会同有关人员查明原因，消除故障。 将故障消除后，调换保险。若是初级保险熔断，需将pt小车拉出，才能更换高压保险。更换时应注意安全距离。 发电机电压互感器恢复正常后，检查定子电压、有功、无功表指示正常；投入停用的保护，并检查有关保护是否正常；将电压调节器（avr）恢复自动方式运行。 记录影响发电机有、无功的电量及时间。,5.发电机低周波 当系统发生功率缺额，电网频率降至49.8hz以下时，应协助电网调频。 当系统发生功率缺额，电网频率降至49.8hz以下时，应协助电网调频。 在低周波运行时，应注意定子电流、励磁电流有否过负荷，机组的振动情况及发电机和厂用母线电压情况，辅机的运行工况。 在低周波运行时，应注意汽轮机的安全运行，防止汽轮机叶片发生共振。,二 发电机的事故处理 1. 发变组保护动作跳闸 现象： 发出事故音响信号、“发变组保护动作”等中央信号。 发电机励磁系统开关跳闸。 500kv开关跳闸，发电机出口开关跳闸，6kv系统工作电源开关跳闸，备用电源开关联动合闸；或者只跳发电机出口开关。 发电机各表计全部到零。 汽轮机主汽门关闭、锅炉灭火。,如500kv开关跳闸，则应检查厂用电切换是否成功，并作相应处理，若发现6kv厂用电工作电源开关未跳闸，应迅速手动将其拉开，完成厂用电的自动切换。尽量保证厂用电源的正常运行；如只有发电机出口开关跳闸，厂用电源不用切换。 检查保护动作情况，判断跳闸原因，汇报值长。 若由于外部故障，引起母差、后备保护动作跳闸或发电机保护误动跳闸，在确认故障排除后，应立即隔绝故障点或解除误动保护，迅速将机组并网。,若为内部故障，则应进行如下检查： 1)应对发电机及其保护范围内的所有设备进行详细的外部检查，查明有无外部象征，以判明发电机有无损伤，也可询问电网有无故障象征，加以判别，弄清跳闸原因。2)若跳闸原因不明，应测量发电机定、转子绝缘；检测点的温度是否正常。3)经上述检查及测量无问题后，可经公司主管生产批准后，对发电机手动零起升压，继续进行检查，升压时若发现有不正常现象，应立即停机处理。如升压试验正常，可将发电机并入系统运行。 如发现确实属于人员误动，可不经检查立即联系调度将发电机并网。 如发现故障点，应做好措施通知检修处理。,2. 发电机发生振荡或失步 实际运行中，造成发电机失步而引起振荡主要原因有： 系统发生短路故障。 静态稳定的破坏。 电力系统功率突然发生不平衡。 大机组失磁或跳闸。 原动机调速系统失灵。 电源间非同期并列未能拉入同步。,现象： 发电机定子电流剧烈变化，有可能超过正常值。 发电机定子电压降低并剧烈变化。 发电机的有功在全范围内摆动。 发电机转子电流、电压在正常值附近摆动。 发电机发出轰鸣声，其节奏与摆动合拍。 可能发出发电机失步、失磁信号。,单机失步引起的振荡和系统性振荡的区别： 单机失步引起振荡时，一般说，失步发电机的表计晃动幅度比其他发电机激烈，有功晃动幅度很大，其他发电机在正常负荷值的附近摆动，而失步发电机有功负荷摆动方向与其他正常机组相反。,处理： 若振荡是由于发电机误并列引起，应立即将发电机解列。 发电机由于进相或某种干扰原因发生失步时，应立即减少发电机有功，增加励磁，以使发电机拖入同步。采取措施后仍不能拖入同步运行时，应将发电机解列后重新并入电网。 若因系统故障引起发电机振荡，应尽可能地增加发电机的无功，提高系统电压，并适当降低发电机的有功负荷，创造恢复同期的条件。在avr自动方式运行时，严禁干扰电压调节器工作，在avr手动方式运行时，应尽可能地增加转子电流，直到允许过负荷值，此时，按发电机事故过负荷规定执行。 采取上述措施12min不能恢复时，得值长同意后，将机组解列。,3. 发电机失磁 发电机失磁后，转子磁场消失，发电机从电网吸收大量无功功率，定子合成磁场与转子磁场间的“拉力”变小，即发电机的电磁力矩减小，而此时汽轮机的输入力矩没有改变，过剩力矩将使转子转速加快，超出同步转速而产生相对速度，使发电机失步而进入异步运行状态。此时，定子磁场以转差速度切割转子，在转子绕组和铁芯感应出交变电流，这个电流又与定子磁场作用产生力矩，即异步力矩。发电机转子在克服这个力矩的过程中，继续向系统送出有功功率。,引起发电机失磁运行的原因： 转子绕组或励磁回路开路。 转子绕组短路。 灭磁开关误跳。 自动励磁调节器故障。 人为误操作,现象： 转子电流等于零或接近于零。 定子电流升高并摆动。 有功读数下降并摆动。 定子电压下降并摆动。 无功读数为负值。 转子转速超过额定转速。 转子各部分温度升高。 p-q图上发电机工作点进入第二象限。,处理： 如因灭磁开关掉闸而失磁，则主开关联跳，按事故跳闸进行处理。 如失磁保护动作，按事故跳闸进行处理。 若保护未动作，在热工保护和电调的配合下，应在失磁起的30s内将发电机的负荷降至60的额定负荷、在90s内将发电机的负荷降至40的额定负荷；总的失磁异步运行时间不得超过15分钟。 若15分钟内不能恢复励磁应请示值长将机组与电网解列。 若本机失磁后引起邻机和系统震荡，应立即紧停发电机。,4. 发电机逆功率 现象 a汽轮机盘出现“主汽门关闭”光字牌信号报警； b）发电机有功功率指示为负值，电能表反转，此时，发电机从系统吸收少量有功功率维持其同步运行； c）发电机无功功率表指示升高，此时，