电气讲课--发电机

1、一、 技术讲课提纲 同步发电机及其运行第一节 同步发电机的基本知识 一、同步发电机的工作原理 我们知道，导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。 如图31所示，为同步发电机的工作原理示意图。在同步发电机的定子铁芯内，对称地安放着AX、BY、CZ三相绕组。所谓对称三相绕组，就是每相绕组匝数相等，三相绕组的轴线在空间互差120°电角度。在同步发电机的转子上装有励磁绕组，当直流电通过励磁绕组时会产生主磁场，其磁通如图中虚线所示。磁极的形状决定了气隙磁密在空间基本上按正弦规律分布。所以，当原动机带动转子旋转时，就得

2、到一个在空间按正弦规律分布的旋转磁场。定子三相绕组在空间互差120°电角度。因此，三相感应电动势在时间上也互差120°电角度，发电机发出的就是对称三相交流电。即：（31）eA = EmsinwteB = Emsin(wt120°)eC = Emsin(wt240°) 图31 同步发电机工作原理图1定子铁芯；2转子；3集电环感应电动势的频率取决于发电机的磁极对数p和转子转速n。当转子为一对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次，即一个周期；当转子有p对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变了p个周期。设转子的转速为n（r/min）则感应电

3、动势每秒钟交变次，即感应电动势的频率为：f = （32）式（32）表明，当同步发电机的极对数p、转速n一定时，则定子绕组感应电动势的频率一定，即转速与频率保持严格不变的关系，这是同步发电机的基本特点之一。我国电力系统的标准频率规定为50Hz，因此，当n=3000r/min时，发电机应为一对极；当n=1500r/min时，发电机应为两对极，依次类推。当同步发电机的三相绕组与负载接通时，对称三相绕组中流过对称三相电流，并产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1=60f/p，即定子旋转磁场的转速与发电机转子转速相同，亦就是同步，故称为同步发电机。二、同步发电机的基本结构从发电机的工作原理可知，同步发

4、电机是由定子、转子两个基本部分组成的。如图32所示，为一台汽轮发电机的结构示意图。现分别叙述如下。 图32 汽轮发电机结构示意图1轴承座；2出水支架；3端盖；4定子；5转子；6进水口1定子定子由定子铁芯、定子绕组（也叫电枢绕组）、绝缘引水管、机座、端盖、空冷器及挡风装置等部件组成。定子铁芯是电机磁路的一部分，同时也嵌放定子绕组。定子铁芯的形状呈圆筒形，在内壁上均匀地分布着槽。为了减小铁芯损耗，定子铁芯一般采用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠装制成。当定子铁芯外径大于1m时，用扇形冲片（如图33所示）拼成一个整圆，错缝叠装，沿轴向分成若干段，段与段之间留有1cm宽的风道。整个铁芯用非磁性的端

5、压板和抱紧螺杆压紧固定于机座上。 图33 定子扇形冲片定子绕组是定子的电路部分，它是感应电动势、通过电流、实现机电能量转换的重要部件。定子绕组用铜线或铝线制成。汽轮发电机多采用双层叠绕组。为了减小集肤效应引起的附加损耗，绕制定子绕组的导线由许多互相绝缘的多股线并绕而成，在绕组的直线部分还要换位，以减小因漏磁通而引起各股线间的电势差和涡流。整个绕组对地绝缘。定子机座应有足够的强度和刚度，一般机座都是用钢板焊接而成，主要用于固定定子铁芯，并和其它部件一起形成密闭的冷却系统。2转子转子由转子铁芯、转子绕组（也叫励磁绕组）、护环、滑环、风扇、转轴等部件组成。对于一对磁极的汽轮发电机，其转速达3000r

6、/min。因此转子要做得细一些，以减少转子圆周的线速度，避免转子部件由于高速旋转的离心作用而损坏。所以转子形状为隐极式，它的直径小，为一细长的圆柱体，如图34所示。转子铁芯既是电机磁路的一部分，又是固定励磁绕组的部件，大型汽轮发电机的转子一般采用导磁性能好、机械强度高的合金钢锻成，并和轴锻成一个整体。沿转子铁芯轴向，铁芯表面三分之二的部分对称地铣有凹槽，槽的形状有两种，一种为辐射形排列，一种是平行排列，如图35所示。我国生产的电机都采用辐射形槽。占转子表面三分之一的不开槽部分形成一个大齿，大齿的中心实际为磁极中心。 图34 隐极机转子示意图 图35 汽轮发电机转子槽形（a）辐射排列；（b）平行

7、排列励磁绕组由矩形的扁铜线绕成同心式绕组，嵌放在铁芯槽中，所有绕组串联组成励磁绕组。直流励磁电流一般是通过电刷和集电环引入转子励磁绕组，形成转子的直流电路。励磁绕组各匝间相互绝缘，各匝和铁芯间也有可靠的绝缘。三、同步发电机的分类和型号1分类同步发电机按原动机不同，可分为两种主要类型。一种是汽轮机作为原动机的汽轮发电机；另一种是水轮机作为原动机的水轮发电机。汽轮机是高速原动机，因此汽轮发电机一般是卧式的，转子多采用机械强度较好的隐极式结构；而水轮机是低速的原动机，因此水轮发电机一般是立式的，转子多采用容易制造的凸极式结构。另外，同步发电机还可以按冷却介质和冷却方式不同，组合成水氢氢（定子绕组水内

8、冷、转子绕组氢内冷、铁芯氢冷），水水空（定子、转子绕组水内冷、铁芯空冷）；水一水一氢（定子、转子绕组水内冷、铁芯氢冷）等类型。2型号大坝发电厂的汽轮发电机的型号为：QFS3002和QFS23002。其型号的意义为：Q汽轮，F发电机，S定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、铁芯空冷，300表示额定功率（单位是MW），2表示极数，下标2表示型（改进型）。四、同步发电机的额定参数1额定容量SN或额定功率PN额定容量是指发电机长期安全运行时，所能输出的最大视在功率，一般以千伏安（kVA）或兆伏安（MVA）为单位；额定功率是指发电机正常运行时，所能输出的最大有功功率，一般以千瓦（kW）或兆瓦（MW）为单位。2

9、额定电压UN额定电压是指发电机额定运行时，机端定子三相绕组的线电压，单位为伏（V）或千伏（kV）。3额定电流IN额定电流是指发电机正常连续运行时，定子绕组允许通过的最大线电流，单位为安（A）。4额定功率因数额定功率因数是指同步发电机的额定功率和额定容量的比值，铭牌上一般标有额定功率和值。上述四基额定参数之间有如下基本关系： （33）另外，在同步发电机的铭牌上还常列有：额定效率N（%）、额定频率fN（Hz）、额定转速nN（r/min）、额定励磁电压ULN（V）、额定励磁电流ILN（A）和额定温升tN（）等。如表31所示为大坝发电厂发电机的主要技术参数。第二节 同步发电机的运行特性同步发电机带对称

10、负载运行时，主要有负载电流、功率因数cosj、端电压和励磁电流等几个互相影响的变量，这些物理量每两个量之间的关系，称为同步发电机的运行特性。一、空载特性同步发电机的空载特性，是指发电机转速等于额定转速nN，定子绕组开路（I=0）时空载电动势E0与励磁电流IL的关系曲线，如图36所示。 图36 同步发电机的空载特性由图可见，空载特性曲线与发电机磁路的磁化曲线相同。空载特性是发电机的基本特性之一，它表征了发电机磁路的饱和情况，利用它可以求得同步发电机的参数，在实际生产中还可利用该曲线判断发电机的一些故障情况。例如，励磁绕组有无匝间短路故障，如果励磁绕组有匝间短路，在相同的励磁电流下，励磁磁通势减小

11、，空载电动势减小，曲线下降。二、短路特性所谓短路特性，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IL的关系曲线，即I=f（IL）。如图37。 图37 同步发电机短路特性曲线在做短路特性试验时，要先将发电机三相绕组的出线端短路。然后，维持转速不变，增加励磁，读取励磁电流及相应的定子电流值，直到定子电流I达额定电流值时为止，在试验过程中，调整励磁电流时也不要往返调整。短路试验测得的短路特性曲线，不但可以用来求取同步发电机的重要参数饱和的同步电抗与短路比。在电厂中，也常用它来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，因安匝数的减少，短路特性曲线是会降

12、低的。三、负载特性负载特性是当转速、定子电流为额定值，功率因数cosj=常数时，发电机电压与励磁电流之间的关系曲线，即U=f（IL）。如图38所示为不同功率因数时的负载特性曲线。当cosj值不同，我们即可得到不同负荷种类的负载特性曲线。 图38 同步发电机的负载特性曲线用负载特性曲线、空载特性曲线、短路特性，可以测定发电机的基本参数，是发电机设计、制造的主要技术数据。四、外特性同步发电机的外特性，是指发电机在额定转速下，保持励磁电流和功率因数不变时，端电压U与负载电流I之间的关系曲线。图39所示为发电机带不同功率因数负载时的外特性曲线。 图39 同步发电机的外特性曲线1感性负载；2电阻性负载；

13、3容性负载曲线1为感性负载时的外特性曲线，它是随I增大而下降的曲线，这是因为，当感性负载电流增加时，由于电枢磁场对转子磁场呈去磁作用，同时漏抗压降随之增大，所以端电压随之下降；曲线2是纯电阻负载时的外特性曲线，这是一条略有下降的曲线，这是因为，当cosj=1时，负载电流仍滞后于，其电枢磁场也有去磁作用，但去磁程度较小；曲线3是容性负载时的外特性曲线，它是随I增大而上升的曲线，这是因为，容性负载电流增加时，电枢磁场对转子磁场呈助磁作用，电枢磁场的助磁作用随电流增加而增强，感应电动势增大，所以端电压随之上升。五、调整特性调整特性是指同步发电机在额定转速下，端电压和负载功率因数不变时，励磁电流与负载

14、电流的关系曲线，图310是同步发电机在不同功率因数时的调整特性曲线。 图310 同步发电机的调整特性曲线1感性负载；2电阻性负载；3容性负载图中曲线1和曲线2分别是感性负载和电阻性负载时的调整特性，可见为保持发电机端电压不变，随着负载电流的增加，必须相应地增大励磁电流，以补偿负载电流所产生的电枢磁场的去磁作用。因此这两种情况下的调整特性曲线都是上升的。而容性负载时，为了抵消电枢磁场的助磁作用，保证电压不变，随负载的增加，需要相应的减小励磁电流，因此这种情况下的调整特性是下降的，如曲线3所示。六、功角特性功角特性是指同步发电机接在电网上稳态运行时，发电机的电磁功率与功角之间的关系。所谓功角是指发

15、电机的空载电势和端电压之间的相位角。由图311所示同步发电机的相量图可得：（34）式中：PG发电机一相的电磁功率； U发电机的相电压； I发电机的相电流； E0发电机的空载电势； Xd发电机的同步电抗； j功率因数角； d功角。式（34）表明，在发电机的端电压及励磁电流不变时，电磁功率PG的大小决定于d角的大小。所以称d角为功角。电磁功率随着功角的变化曲线，称为功角特性曲线如图312所示。 图311 同步发电机的简化相量图 图312 同步发电机的功角特性曲线从功角特性曲线可知，同步发电机的电磁功率PG与功角成正弦函数关系。当功角从零逐渐增加到90°时，电磁功率PG随着功角d的增加而增

16、加；当d=90°时，电磁功率达到最大值，即（35）当功角d从90°继续增加到180°时，电磁功率随功角的增加而减小；当d > 180°时，电磁功率由正变负，说明发电机不再向电网输送有功功率，而从电网吸收有功功率，即电机从发电机运行状态变成电动机或调相机运行状态。功角d是同步发电机运行的一个重要变量。它不仅决定了发电机输出功率的大小，而且能表明电机的运行状态。第三节 同步发电机的启、停操作 一、启动前的准备 发电机安装或检修完毕，得到系统调度的命令即可将其启动，并投入运行。启动前，为保证发电机的安全可靠，必须对有关设备和系统进行一系列检查、测量和试验

17、。只有下述全部项目都合格后，方可启动机组。 1需要检查的项目 （1）发电机变压器组的一、二次设备安装或检修终结后，在启动前应将工作票全部收回。详细检查各部分及其周围的清洁情况，各有关设备、仪表是否完好，短路线和接地线是否拆除，检修人员是否已撤离现场。 （2）检查升压变压器和厂用变压器油位是否正常，各散热器蝴蝶阀、冷油器进出油阀是否全开，主断路器油位、操作机构是否正常。 （3）将经过过滤与干燥的压缩空气通入发电机，保持机座内压力达到0.3 MPa，并在转子静止状态下，检查发电机水路的密封性。 （4）进水前检查滤净设备是否完好，水质的导电率、硬度、pH值等是否达到要求。 （5）检查轴承润滑油路及高

18、压顶轴设备，在油压大于15 MPa时，顶起高度是否大于0.04mm。 （6）打开定子汇水管上的排气阀门，启动冷却水泵，开启定子绕组的进水阀，待从排气阀门溢水时关闭汇水管上的排气阀门，维持定子进水压力为0.20.5 MPa。 2需要测量的项目 （1）在冷态下测量转子绕组的直流电阻和交流阻抗。 （2）测量定子、转子绕组的绝缘电阻。 定子绕组的绝缘电阻采用10002500V摇表测量，其绝缘电阻值未作规定，但若测得结果较前次有明显降低（如为前次的1/31/5），则应查明原因并将其消除；转子线圈的绝缘电阻应包括发电机转子及向其供电的励磁机回路，测量时应采用5001000V摇表。励磁回路全部绝缘电阻若低于

19、0.5MW时，应采取措施加以恢复。 3需要进行试验的项目 （1）在通水情况下，进行发电机定子绕组对地交流耐压试验，试验电压为 0.75 (2UN + 3000) =32250 (V)(310)式中 UN发电机的额定电压，试验时间为1min。 （2）对定子绕组水路进行0.75MPa、8h的水压试验，应无渗漏现象。在额定水压下通水循环4h以后，绝缘电阻仍应符合要求。 二、启动 当发电机的定子和转子内冷却水水质、水温、压力等均符合规程规定，冷却器通水正常，高压顶轴油压大于规定值时，即可启动转子。在转速超过200r/min时停止顶轴。应注意，发电机开始转动后，即应认为发电机及其全部电气设备均已带电。

20、对安装和检修后第一次启动的机组，应缓慢升速并监听发电机的声音，检查轴承给油情况及振动情况。在确认无摩擦、碰撞声后，逐渐增加转速，然后迅速通过一阶临界转速。通过临界转速时，轴承座的振动值要大些，但不应大于0.1mm。这时还要检查集电环上的电刷是否有跳动、卡涩或接触不良现象，如有，应设法消除。如无异常情况，即可升速至额定转速3000r/min。 三、升压 当汽轮发电机升速至额定转速且定子绕组已通水的情况下，就可以加励磁升高发电机定子绕组电压，简称升压。发电机电压的升高速度一般不作规定，可以立即升至规定值，但在接近额定值时，调整不可过急，以免超过额定值。升压时还应注意： （1）三相定子电流表的指示均

21、应等于或接近于零，如果发现定子电流有指示，说明定子绕组上有短路（如临时接地线未拆除等），这时应减励磁至零，拉开灭磁开关进行检查。 （2）三相电压应平衡，同时也以此检查一次回路和电压互感器回路有无开路。 （3）当发电机定子电压达到额定值时，应检查转子电流是否和空载电流值相符合。此时应将发电机的励磁整流A、B柜内的“均流/均流退”小开关切至“均流”位置，检查A、B柜均流正常，检查A、B柜输出与转子电流相符、参考电压相等。 四、并列 当发电机电压升到额定值后，可准备对电网并列。并列是一项非常重要的操作，必须小心谨慎，操作不当将产生很大的冲击电流，严重时会使发电机遭到损坏。发电机的同期并列方法有二，即

22、准同期并列与自同期并列，分别介绍如下： 1准同期并列 准同期并列是一种常用的基本同期并列方式，并列时应满足以下三个条件： （1）待并发电机的电压与系统电压相等。 （2）待并发电机的频率与系统频率相等。 （3）待并发电机的电压相位角与系统的电压相位角一致。 并列操作可以手动进行，称为手动准同期；也可以自动进行，称为自动准同期。自动准同期需借助于专有的自动准同期装置进行。 进行手动准同期操作前，应确认主断路器、隔离开关位置正确，如有屏幕显示器，也可通过画面确认。还应确认操作开关及同期开关位置正确（不允许有第二个同期开关投入）。接着可投入同期表盘，同期表开始旋转，同期灯也跟着时亮时暗。这时可能还要少

23、许调整发电机端电压，以满足第1个并列条件。调整的方法是调整自动电压调节器的电压给定开关（特殊情况下也可利用调节器内的“手动回路开关”或感应调压器进行调压），继而调整发电机的转速以满足第2、3个并列条件。当3个条件都满足时，同期表指针指在同期位置，同期灯最暗，表示已到达同步点，但一般是在指针顺时针方向缓慢旋转，且接近同步点（预留到达同步点的主断路器合闸时间）时，即可合闸，使发电机与系统并列。随即可增加发电机的励磁电流和有功负荷，确认发电机已带上5%的负荷，即15MW的有功负荷和710Mvar的无功负荷，记下并列时间，切断同期表开关和同期开关，并列操作完成。 发电机手动准同期操作是否顺利，与运行人

24、员的经验有很大关系，经验不足者往往不易掌握好合闸时机，从而发生非同期并列事故。因此，现在广泛采用自动准同期装置进行自动准同期并列。 自动准同期并列装置的功能是根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调速脉冲去调节待并发电机的转速，使其高出系统一预整定数值。然后检查同期的回路开始工作，当待并发电机以微小的转速差向同期点接近，且待并发电机与系统的电压差在±10%以内时，它就提前按一个预先整定好的时间发出合闸脉冲，合上主断路器，实现与系统的并列。 应该说明，某些自动准同期装置只能发出“调速”脉冲，而不发出“调压”命令，因而并列时仍要人工调整励磁调节器的“给定”开关，使待并发电机电压与系

25、统电压相等。 2自同期并列 自同期并列的方法是，当待并发电机的转速接近额定转速(相差±2%范围之内)时，在励磁开关断开的情况下，先合上发电机的主开关，然后再自动合上励磁开关，加上励磁，使发电机自动拉入同步。采用自同期并列的优点是： （1）操作简单； （2）可防止非同期并列引起的危险； （3）在紧急情况下，可以很快地将发电机并入系统，对加速事故的处理有很重要的意义。 自同期并列的缺点是，并列时待并发电机会受到较大电流的冲击，甚至使系统电压降低。对于100MW以下的任何发电机，在系统运行条件允许的情况下，均可采用自同期并列。对于100MW及以上的发电机，是否能采用自同期并列，应经过试验后

26、慎重决定。 五、负荷接带与调整 发电机并列后，即可按规程规定接带负荷，其有功负荷的增加速度决定于汽轮机。一般由值班员进行加负荷与调整负荷的操作。 有功负荷的调整是通过汽轮机的同步器电动机进行的，即调整汽轮机的进汽量，该操作可由值班员或由自动装置协调控制。有功负荷的增加速度通常由汽轮机和锅炉的工作条件决定，但无论是开机或正常运行，增加速度都不能过快。 加负荷时，应注意监视冷却介质、铁心、绕组的温度，以及电刷、励磁装置的工况，监视定子端部有无渗漏现象，在增加发电机有功负荷的同时，要相应地增大其无功负荷，以保持一定的功率因数。 如果有功负荷不变，调整无功负荷也会改变功率因数。汽轮发电机的额定功率因数

27、多为0.85（滞后），即功率因数从0.851之间均可长时间带额定有功负荷运行。但是如果励磁再进一步减少就会变为进相运行，这时0。虽然一般汽轮发电机都允许在cos=0.95（超前、进相）情况下运行，但进相运行下有两个问题特别要注意： 其一，可导致发电机定子端部构件发热。 其二，可能导致电力系统运行失稳。 因而，在正常运行中，如发现功率因数表指示进相，且超过了允许的功率因数值，则应增大励磁电流。如果这时定子电流过大，则在增大励磁电流的同时，减少发电机的有功负荷，否则可能引起发电机振荡或失步。 六、运行监视 对运行中的发电机，应监视其运行情况，并对其各部分进行系统的检查，以便及时发现不正常现象，及早

28、消除。发电机配电盘上所有仪表应每隔1h记录一次，在最大负荷时间内，每隔半小时记录一次功率和电流值。 发电机定子绕组、定子铁芯和进出风的温度，必需每小时检查一次，每两小时记录一次。如装有自动记录仪表，其抄表时间可延长。监视定子及励磁回路绝缘的电压表，每班测量一次。对全部自动化的机组，仪表读数的抄录，应在定期巡查时进行。 发电机的正常检查项目应包括： （1）对发电机及励磁机电刷的检查。电刷应完整，不卡塞，不剧烈振动，不过短、无火花，刷架清洁无灰尘，电刷及连线完好，无过热现象。 （2）发电机无异音、无振动、无串轴等现象。并应注意有无焦味。 （3）从窥视孔观察有无异状，端部绕组应无火花，头套温度应正常

29、。 （4）灭火装置应有正常水压。 （5）励磁开关室内设备正常、清洁，接点严密无过热。 （6）检查发电机空气冷却室的门应关闭严密，冷却阀门应开度正常，如发现冷却风温度不正常时，可通知汽机副司机调节。 （7）检查发电机各部温度不应超过规定值。 发电机在运行中除进行上述检查外，对励磁回路的绝缘电阻应进行监视，规定每班要测量一次，测量结果不应低于0.5MW。 七、解列与停机 在接到电网调度员解列命令后，操作人员应按值长命令填写操作票，经审核批准后执行。 有的发电机出线上带有厂用电，则首先应将厂用电切换后，拉开供厂用电的开关，随后将本机组的有功及无功负荷转移到其它发电机上。对于正常停机，应在机组有功负荷

30、降到某一数值后，停用自动调节励磁装置，然后将有功和无功降到零时，才能进行解列。在减有功负荷的同时，注意相应减少无功负荷，保持功率因数约为0.85。 断开发电机出口开关，调整励磁调节器的自动（或手动）整定开关，使励磁电流减小，检查发电机电压约为8.4kV时，断开励磁机磁场开关，记下解列时间。 解列后，如果发电机必需停下来，值长应通知汽机值班员减速停机，拉开发电机出线隔离开关，停运主变压器及其冷却装置，拉开主变压器中性点接地刀闸。 在解列与停机之间的时间内，定子的冷却水系统应继续运行，直至汽轮机完全停止转动为止。如果发电机停用时间较长，应将定子绕组和定子端部的冷却水全部放掉，吹干，冷却水系统管道内

31、的积水也应放掉，并注意使发电机各部分的温度不低于5,以防止冻坏。 运行两个月以上的发电机停机后，应对发电机的水回路进行反冲洗，以确保水路畅通。第四节 同步发电机的正常运行方式 装设在发电厂的发电机组，对每一台发电机，电厂有关部门都应根据制造厂提供的技术资料及部颁发电机运行规程并参考安装、试验资料，制定本机组的运行规程。 发电机按运行规程规定数据运行的方式称为额定运行方式或正常运行方式。一、 发电机的允许温度和温升同步发电机厂房内的环境温度不得低于+5。密封式冷却的发电机最低进风温度以整体冷却器不出现凝结水珠为标准。通常这一温度不低于20。双水内冷发电机应保持定子内冷水温度高于进风温度，以防止发

32、电机内结露。运行中应对定子测温元件的温差和出水支路同层各定子线棒引水管出水温差进行监视，温差控制应按厂家规定执行，如表32所示。表32 发电机各部温度限额发电机的部位温度上限（）允许温差（）定子铁芯轭部14090定子铁芯齿部12080定子线圈9050定子线圈进/出水540/8040转子线圈进/出水540/8040铜屏蔽进/出水540/8040发电机进/出风40/8040主励磁机定子线圈11575主励磁机转子线圈13090励磁机两端风温差3励磁机进出风温差25 当定子线棒最高与最低温度的差值达到8或定子线棒引水管出水温度差达到8时应报警，查明原因并加强监视。此时可降低负荷。一旦定子线棒温差达14

33、；或出水温差达12；或任一定子槽内层间测温元件温差超过90；或出水温度超过85时，在确认测温元件无误后，为避免发生重大事故，应立即停机进行反冲洗及相关的检查处理。 二、电压的允许变动范围 电压是供电的质量指标之一。过高或过低的电压变动，对系统及用户的正常生产、生活都会产生影响；对电力系统及发电机本身也有影响。如电压过高会影响用户用电设备的使用寿命；而电压过低将使用户电动机发热甚至烧毁。 在实际运行中，由于电力系统负荷总是变动的，所以不可能使电压始终保持在某一数值上，常因电力系统的需要而保持在一定范围内变动。 发电机正常运行时电压的变动范围是在额定电压±5%以内，此时发电机的额定容量可

34、保持不变。即当电压降低5%时，定子电流可升高5%；而当电压升高5%时，定子电流应降低5%。 发电机连续运行的最高允许电压应遵循制造厂的规定，但最高电压不得大于额定值的110%，因为当电压过高运行时可能产生以下危险： （1）转子励磁电流增加，可能使转子绕组温度超过允许值。若维持转子电流不变升高电压，则需降低出力。 （2）定子铁芯磁通密度增大，铁损增加，可能使定子铁芯和定子绕组温度超过允许值。 （3）由于定子铁芯磁通密度增大，铁芯饱和后发电机端部漏磁也会增加，会引起发电机的实体部分（如漏磁逸出轭部，绕穿机座某些结构部件如支持筋、机座，齿压板等）和支持端部的金属零件发生过热，造成事故。 （4）过电压

35、运行对定子绕组绝缘（如存在绝缘薄弱点）有击穿危险。 发电机的最低运行电压应根据稳定的要求来确定，一般不应低于额定值的90%。电压过低造成的危害是： （1）引起系统并列运行稳定性问题和发电机本身励磁调节稳定性问题。当发电机电压低于95%以下运行时（一般到90%），会使系统并列运行稳定度大大降低，因为此时由于励磁电流的减少使定子磁场和转子磁场拉力减少，很容易产生失步和振荡。此外，发电机正常运行时，铁芯磁密工作在饱和区，当降低电压使发电机工作在不饱和区后，励磁电流的不大变化将会引起电压的较大波动，调节是不稳定的。 （2）定子绕组温度可能升高。在电压降低时若要保持出力不变，必需增加定子电流。当电压降低

36、到额定值的95%时，定子电流长期允许值不得超过额定值的105%。因为当电压低于额定值时，铁芯磁密降低，铁损降低。所以稍微增加定子电流，绕组温度不会超过允许值；但当电压低于95%以下时，定子电流就不允许再增加，否则定子绕组温度会超过允许值。 （3）引起厂用电动机和用户电动机运行情况恶化。因为电动机力矩与电压平方成正比，电压下降使电动机力矩大为下降，引起电动机电流增大而发热。对厂用电还要影响机组出力，可能导致发电机运行状况变坏，引起更大事故。 三、频率的允许变动范围 频率也是供电的质量指标之一。频率的降低会给工业生产带来很大的损失。因为用户广泛应用的感应电动机，它的转数是随着频率而变化的，用户电动

37、机转数变化过大，就要影响工业品的产量和质量。同时，频率的变化对发电厂厂用机械也有较大影响，有时会造成很大的危害。 发电机在运行时，最好保持额定频率。我国规定的额定频率为50Hz。但因电力系统中负荷的增减等原因，有时在高峰负荷情况下，不能保持额定频率。 当系统频率的变动范围为50±0.5Hz（容量在200MW及以上电力系统为±0.2Hz）时，发电机可按额定容量运行。 系统频率过高，会使发电机转速增加，进而导致发电机转子离心力增大，严重时会造成破坏。但在汽轮发电机组中，与其同轴的汽轮机装有保护装置，使汽轮发电机组的转速限制在一定的范围内，转速再继续升高，保护装置动作，关闭主汽门

38、，使汽轮发电机组停止运行。正常运行时系统频率过高的情况不多。 运行中容易碰到的是系统频率降低，并且在降低后会维持一段时间的运行。频率降得太低时，发电机的出力就会受到限制。发电机运行频率过低，对运行中的发电机会产生以下影响： （1）当发电机的转速降低时，就使发电机端部通风量减少，冷却条件变坏，使绕组和铁芯的温度增高，造成机组的出力降低。 （2）发电机的感应电势与频率和磁通成正比，因此如果频率降低，要在同样负荷情况下保持母线电压不变，必须相应地增加磁通，即增大转子的电流，这样就使转子过热，要避免过热就要降低负荷。定子铁芯内磁通虽然增加，但因频率的降低使其铁损减小，抵消了因磁通增加而增加的铁损，所以

39、定子铁芯的温度变化不大。 （3）汽轮机在较低转速下运行时，会造成叶片的过负荷，产生机组振动，影响叶片寿命，同时容易引起其他事故。 （4）当频率降低时，发电厂的厂用电动机转速也相应下降，这样会影响发电厂的正常生产。如循环水量不足，凝结水抽出较慢，造成汽轮机真空下降，锅炉给水压力不足，影响锅炉上水，从而又影响锅炉的汽压降低，使水位不够稳定等。所有这些都会影响到发电机的出力，又转而促使系统频率再度降低，如此循环下去，会造成电力系统频率崩溃。 四、功率因数的允许变动范围 一般情况下，中小型发电机的额定功率因数是0.8，大型发电机的功率因数是0.85或0.9。 发电机在运行中若其功率因数不同于额定值时，

40、发电机的负荷应调整到使其定子和转子电流不超过在该冷却气体温度下所允许的数值。 发电机的功率因数，一般不应超过迟相0.95，如有自动励磁调整器，必要时可以在功率因数为1的条件下运行，并允许短时间功率因数在进相0.951的范围内运行。内冷发电机功率因数从额定值到1之间的长时间允许负荷，应由专门的试验确定。 为了保证运行的稳定，规定发电机功率因数不超过迟相0.95运行。因为发电机的功率因数越高，表示输出的无功功率越少，而当功率因数等于1时就不输出无功功率。因为发电机输出的无功功率是从调节转子绕组的励磁电流得到的，当功率因数越高时，表示发电机的励磁电流越小，发电机定子和转子磁极间的引力减小而功角增大，

41、因此会使运行的稳定性降低。 当功率因数低于额定值运行时，发电机的出力也应降低。因为当功率因数降低时，为维持定子电压不变，需要将转子电流增加。因此当在低于额定功率因数下运行时，还要保持发电机的出力不变，则转子电流必超过额定值，使转子绕组的温度超过允许值。为使转子绕组温度不超过允许值，就必须降低定子电流即降低出力。 当功率因数在额定值到1的范围内变动时，发电机的出力可维持不变。因为功率因数高于额定值时，在同样的定子电流下，所需要的转子电流不需增加。因此，不存在转子过热问题，所以不需降低出力。 五、负荷不对称的允许范围 发电机通常是在三相负荷对称的情况下运行，但发电机在运行中可能遇到负荷不对称的情况

42、，如送电线路一相断线或在送电时有一相开关没合上，主变压器高压侧一相开路或发电机母线侧一相开路等。在正常运行时，负荷分配不对称，也会引起不同程度的三相负荷电流的不对称。 同步发电机的设计都是按对称负荷考虑的，在负荷不对称的情况下运行时，会引起发电机转子过热和机组振动。发电机允许不对称电流值，应遵守制造厂的规定。在无制造厂规定时，可按照下列规定的执行： （1）在按额定负荷连续运行时，汽轮发电机三相电流之差不得超过额定电流的10%，同时任何一相的电流不得大于额定值。水轮发电机由于转子散热条件好，可允许大些，但也不得超过额定电流的20%。 （2）在低于额定负荷运行时，每相电流之差可以大于上述规定，但具

43、体数值应根据试验确定，试验应满足以下约束条件： 1）转子绕组和铁芯温度不得超过允许值。 2）定子任何一相电流不得超过额定值。 3）发电机组的振动不得超过允许值。 （3）转子为绑线式的汽轮发电机，禁止在负荷不对称下运行。 发电机短时允许的不对称电流值，应遵守制造厂的规定，无制造厂规定时，可按下式计算10s式中 I2*负序电流标么值； tI2的持续时间（s）。 在三相负荷对称时，发电机定子绕组中三相电流相等，相位互差120°，在发电机中就产生一个与转子同方向同速度的旋转磁场。当三相负荷不对称时，三相电流不等，相位差也不相等。此时定子电流由正序电流和负序电流组成，由负序电流产生的磁场，其方

44、向与转子的旋转方向相反，从相对关系来看，此旋转磁场以两倍转子的转速切割转子。因此，在转子铁芯的表面、槽楔、转子绕组、阻尼绕组（如果有）和转子的其他金属构件中感应出两倍频率的电流，由于集肤效应的作用电流将主要沿转子表面流通，流过转子本体、转子套箍、甚至中心环，引起发热，特别是在结合部位（如转子套箍结合部），发热更为严重，可能引起烧损。 不对称电流所形成的磁场也不平衡，所以旋转磁场对转子的作用力也就不同，因而引起了机组的额外振动。对于汽轮发电机来说，发热是主要威胁；而对水轮发电机来说，振动是主要威胁。 发电机在运行中，运行人员发现三相电流不对称超过允许值时，应立即查明原因消除，否则应按规定减负荷。

45、 同步发电机不对称运行时所允许的不对称电流和持续时间参见表33。 六、负荷增长速度的规定 发电机并入电网后，有功负荷增加的速度，主要取决于动力方面（锅炉、汽轮机）。 在正常情况下，发电机并网后，其定子绕组即可带50%的额定电流，然后按表34规定时间以均匀的速度增加至额定电流值。在热状态或在事故状态下，任何发电机负荷增长速度均不受限制。负荷增长速度如制造厂有规定时，应遵守制造厂的规定。 表33同步发电机不对称运行时所允许的不对称电流和持续时间序号运行情况允许不对称电流与持续时间电机种类和冷却方式隐极式发电机凸有式发电机空气或氢气表面冷却导线直接内冷1不对称短路负序能力不应大于右列值（s）3015

46、402 三相负荷不对称、非全相运行，进行短时间的不对称短路试验以及系统中设备发生故障的情况负序电流标幺值持续允许时间（min）0.450.60.450.350.280.200.12立即停机123510立即停机立即停机123535103 在额定负荷下连续运行 三相电流之差对额定电流之比，不超过右列值0.10.10.2 或负序电流标幺值不超过右列值0.060.060.12 表34 自50%增长至100%额定电流所需时间容 量（kw）自50%100%额定电流所需时间（min）6.3kV10.5kV120002500050000100000以上253040根据制造厂规定37.54560根据制造厂规定

47、所谓发电机的热状态是指绕组和铁芯的温度超过额定温度的50%时，则可认为已处于热状态；如果低于额定温度的50%时，则认为发电机尚处于冷状态。 发电机在冷状态下，如果迅速增加电流，则铜的部分首先发热而膨胀，而铁的部分温度增加较慢，因为铜的膨胀与铁的膨胀差别很大，以致转子绕组在高速旋转下受到很大的压缩应力，当应力超过材料的“弹性限度”后，在停机后会出现转子绕组的残余变形，时间久了可能引起匝间短路。 在实际运行中，负荷增长速度主要取决于汽轮机和锅炉方面。如果负荷增长太快，使锅炉蒸汽来不及供应，致使汽温汽压下降，汽温过低可使蒸汽带水，可能损坏汽轮机叶片，严重时引起振动。锅炉负荷增加太快，易使水位波动、汽

48、压下降，同时由于有功负荷增长太快，使进入汽轮机的蒸汽量虽然增加，但使汽轮机内部受热不均，各部分膨胀不协调，引起振动。另外，大量蒸汽进入凝汽器内，使循环水冷却不好，也易造成汽轮机真空下降。 七、允许的过负荷 正常运行时，发电机不允许过负荷。只有当电力系统发生事故（如电网中突然发生发电机组或线路跳闸）失去一部分电源时，为维持电力系统的稳定运行，才允许发电机在短时间内过负荷运行，既允许发电机定子绕组短时过负荷，同时也允许转子绕组短时过负荷运行。短时间的过负荷对绝缘寿命影响不大。因为绝缘老化需要一定时间的变化过程，绝缘材料变脆、介质损失角增大，击穿电压下降都需要一个高温作用时间，高温时间越短，损害程度

49、越轻。过负荷的允许数值不仅与过负荷的持续时间有关，还和发电机的冷却方式有关。内冷发电机定子绕组短时过负荷的允许时间，可由下式决定（36）式中：t允许过负荷时间（s）； I短时允许过负荷电流（A）； IN发电机额定电流（A）。 对于空冷和氢表面冷却的发电机短时间过负荷的允许值可参照表35执行。 表35 发电机过负荷允许值（空冷、氢冷）定子绕组短时过负荷电流/额定电流1.11.121.151.251.5持续时间（min）60301552 当发电机的定子电流超过允许值时，运行人员应当首先检查发电机的功率因数cos和电压，功率因数不应过高，电压不应过低，同时注意过负荷的时间，按照现场规程的规定，在允许

50、的时间内，用减少励磁电流的方法，减低定子电流到最大允许值，但仍不得使功率因数过高和电压过低。如果减低励磁电流，不能使定子电流降低到允许值时，则必须降低发电机的有功出力或切断一部分负荷。 八、允许运行范围在稳定条件下，发电机的允许运行范围决定于下列四个条件。 （1）原动机输出功率极限，即原动机的额定功率一般要稍大于或等于发电机的额定功率； （2）发电机的额定兆伏安数，即由定子发热决定的允许范围。 （3）发电机的磁场和励磁机的最大励磁电流，通常由转子发热决定。 （4）进相运行时的稳定度，当发电机功率因数小于零而转入进相运行时，E0和U之间的夹角不断增大，此时，发电机有功功率输出受到静态稳定条件的限

51、制。在电力系统中运行的发电机，必须根据系统情况，调节有功功率和无功功率的输出。在一定的电压和电流下，当功率因数下降时，发电机有功功率输出减小，无功功率增大，而功率因数上升时则相反。所以运行人员必须掌握功率因数变化时，发电机的允许运行范围。发电机的PQ曲线，就是表示其在各种功率因数下，允许的有功功率输出P和容许的无功功率输出Q的关系曲线，又称为发电机的安全运行极限。发电机的PQ曲线，可根据其相量图绘制，如图313所示。 图313 汽轮发电机的安全运行极限以汽轮机为例，假定同步电抗Xd为常数（即忽略饱和的影响），将电压相量图中各相量除以Xd，即得到电流相量三角形为OAC，其中OA代表，即近似等于发

52、电机的短路比Kc，它正比于空载励磁电流ILO；AC代表，即定子额定电流；代表在额定情况下定子的稳态短路电流，它正比于转子额定电流ILN，经A点作一条垂直于横坐标的线段AE，表示发电机端电压的方向，电流IN和线段AE间的夹角，就是功率因数角j。电流垂直分量表示电流的有功分量，水平分量表示电流的无功分量。如以恒定电压U乘以电流的各分量，所得的值分别表示有功功率P=IaU，无功功率Q=IrU。根据相量图，取适当比例尺，不仅可得到定子电流和转子电流的相应关系，还可通过在以A点为原点的坐标轴上的投影来求得P和Q，并通过直线的位置来代表cosj的大小。上述图形还可用来表示功率因数cosj变化时发电机出力的

53、影响和限制。当冷却介质温度一定时，定子和转子绕组的允许电流为一定，即图中和为一定，与以A为圆心，长度为半径和以O为圆心，长度为半径分别画圆弧。根据上述容许运行范围的条件，在两个圆弧范围以内才允许运行。由图可见，在两个圆弧交点运行时，定子和转子电流同时达到允许值。cosj值降低（ j角增大）时，由于转子电流的限制，相量端点只能在CB弧线上移动，此时定子电流未得到充分利用；cosj值增大（ j角减小）时，由于定子允许电流的限制，相量端点只能在CD弧上移动，此时转子电流未得到充分利用；过D点后，cosj继续增大，由于原动机额定出力的限制，运行范围不能超过直线（图中长度代表额定输出功率PN）。当功率因

54、数角j<0时，发电机转入进相运行，和之间的夹角d不断增大，此时，发电机有功功率的输出受到静态稳定的限制，垂直线是理论上静态稳定运行边界，此时，d=90°。因为发电机有突然过负荷的可能性，必须留有余量。以便在不改变励磁的情况下，能承受突然性的过负荷。图中GF曲线是考虑了能承受0.1PN过负荷能力的实际静态稳定极限。GF曲线的作图法如下：在理论稳定边界上先取一些点，然后保持不变，找出实际功率比理论功率低0.1PN的一些新点，连接这些新点就构成了GF曲线。根据上述安全运行的四个允许条件，将B、C、D、E、F、G点连成曲线，就构成发电机的安全运行极限。九、有功功率调整增加发电机有功负荷，通常用加大汽轮机的进汽门（或水轮机的导水翼）的开度，使原动机转矩增大，转子加速，功角d因而增大。当原动机转矩与发电机转矩相互平衡时，d角才能稳定；反之，当有功负荷减小时，d角也相应减小。假定发电机的电动势E0是常数，有功负荷变化时，其轨迹是一个以O为圆心，E0为半径的圆弧，如图314（a）所示。从图上可以看到，设A1点为P=P1的运行点，电压相量三角形为OC