发电机的安全运行极限与P—Q曲线..共40页文档
同步发电机的进相运行
一、发电机安全运行极限
E0
I
jIxt
U P
mE0U xt I f
mU 2 xd
I
mIU I S
Q
实际稳定极限
定子发热极限
P 原动机输出极限
B
G
A 转子发
热极限
F
隐极同步发电机安全运行极限图
DQ
I
cos 0.8 超前
cos 0
900
cos 0.8滞后 P2
P2
P2 0
超前
欠励
• 为了顺利地实行进相运行，可考虑厂用变压器采 用带负荷调压的变压器，或者把进相运ห้องสมุดไป่ตู้机组的厂 用电转由厂用高压备用变压器供给。
同步发电机的进相运行
• 进相运行的概念
• 发电机向电网输出有功功率和吸收无功功率
• 进相运行的意义
• 随着电力系统的不断发展，大型发电机组日益增 多，同时输电线路的电压等级越采越高，输电距离越 来越长，加之许多配电网络使用了电缆线路，从而引 起了电力系统电容电流的增加，增大了剩余无功功率。 尤其是在节假日、午夜等低负荷情况下，由线路引起 的剩余无功功率，就会使电网的电压上升，以致超过 容许的范围。过去一般是采用并联电抗器或利用调相 机来吸收此部分剩余无功功率，但有一定的限度，且 增加了设备投资。
正常励磁
滞后 I f
过励
E0 jIxt U
I
四、进相运行对厂用电压的影响
• 厂用电引自发电机出口或发电机电压母线。在进相 运行时，随着发电机电压的降低，厂用电电压也要 降低。
• 一般情况下，当发电机电压低于额定值的5％、厂 用电电压低于额定值的10％的条件下，应能保证厂 用大型电动机的连续运行。对于一个发电厂来说， 通常选作进相运行的发电机只是某一、两台，所以 可以保持机端电压在额定值的95％以上。需要特别 注意的是在进相运行时，厂用电支路又发生故障， 此时应能保证大型厂用电动机(例如给水泵电动机) 的自启动。此外也要考虑厂用低压电动机由于过电 流而引起的过热问题。
发电机的p-q曲线
发电机的p-q曲线
发电机的P-Q曲线，也叫运行特性曲线，是一条表示发电机功率特性的曲线。
它展示了发电机在不同负荷下功率的变化。
P-Q曲线中P指发电机输出功率，Q指发电机输出的功率因数。
P-Q曲线可分为三段:上升段，平衡段和下降段。
上升段是以P为横坐标，Q为纵坐标的曲线。
该段表示从低功率到高功率时发电机输出功率与功率因数的变化，通常在该段功率因数比较大，具有很强的负载能力。
平衡段是Q=constant的直线，表示发电机在不断变化的负荷条件下，功率因数保持恒定。
该段的功率因数比较小，但功率能够增加。
下降段是P在功率因数不变的情况下，随P的减小而往下走的曲线，该段表示发电机功率以负载变化不大的情况下，随P的减小而下降的情况。
通常发电机P-Q曲线是一条曲线，其中上升段和下降段是一级斜率，表示发电机有较强的功率响应能力；而平衡段是一条水平线，表示发电机的功率在负荷变化不大的情况下，功率因数保持稳定。
此外，发电机的P-Q曲线还可以改变，当发电机的运行特性发生变化时，P-Q曲线也会受到影响。
例如，发电机负载增加或发电机效率降低，都会导致P-Q曲线的变化。
发电机的励磁限制与保护的配合整定
发电机的励磁限制与保护的配合整定§1发电机运行功率圆与限制发电机运行功率圆又称“安全运行极限”或“P、Q图”，下面图1为ABB励磁厂家说明书的发电机功功率图，经常用到的三个限制：1）转子发热限制；2）定子发热限制；3）低励限制。
图1 ABB励磁说明书中的发电机功功率图实际发电机的运行功率极限图下图所示：图2 某600MW汽轮机组功率图§1.1转子发热限制§1.1.1同步发电机的相量图同步发电机的电动势相量图如图3所示U E qjδφ图3 同步发电机的电动势相量图对△oab 的每条边分别乘以U ／X q ，得功率三角形△OAB ，并以O 点为原点，引入直角坐标系，如图3所示。
从图上可看出有以下关系成立：图4 功率三角形1) φ— OA 与纵轴的夹角即为功率因数角；2）δ— 发电机功角； 3) 直角坐标系的第一象限是发电机的迟相(过励)运行区，第二象限是发电机的进相(欠励)运行区。
4) 发电机机端电压U 保持不变，X d 为发电机同步电抗为常数， BA 的长度正比于发电机电势，也正比于励磁电流I fn 。
以B 点为圆心，以BA 为半径作圆弧，此圆弧即为转子发热极限曲线。
对应图1中的“最大励磁电流限制器”。
运行分析：汽轮发电机额定运行时，定子电流I 与励磁电流均为额定值，一般其额定功率因数cos φ为0．85—0.9。
此时，当欲调整发电机的运行参数，降低其功率因数(φ角增大)时，IB增发无功，励磁电流I会增加，发电机的运行受到转子发热极限的限制。
为了使转子不过热，则需降低定子电流，使发电机沿曲线AD运行，定子绕组未得到充分利用。
反之，欲提高其功率因数( 角减小)时，定子电流会超过额定值，发电机的运行受到定子发热极限的限制，即图1中的“欠励、过励侧定子电流限制器”，又称“定子发热限制”。
§1.1.2 ABB励磁系统最大励磁电流限制器原理限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制值，另一个是连续运行允许的过热限制值。
发电机的安全运行极限与P-Q曲线
02
在完成#1、#2发电机进相试验的同时，也确定了#1、#2发电机励磁装置中的低励限制范围，如表2所示。
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
表2 #1、#2发电机P/Q限制范围
%P/Sn
Q（MVar）
% Q/Sn
0
-78.8
-22.3%
25
-78.3
-22.2%
50
-78
-22.1%
75
-77.7
河北大唐国际 唐山热电有限责任公司
202X
发电机的安全运行极限 与P—Q曲线在生产中的应用
摘要
将发电机P—Q 曲线图通过DCS 系统做成监视画面，使运行人员能及时、方便、准确地了解发电机的运行状况，及时做出调整，确保机组的稳定运行。
摘要
本文重点阐述了将发电机的P—Q 曲线图在DCS 系统上做成监视画面后，使运行人员多了一种直观、方便的监视手段，从而达到在各种运行工况下，都能给值班人员提供即时、准确的参考信息。此项工作在实际实施过程中还需要热控人员的大力配合，共同探讨，使监视画面发挥其最大效用。
02
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
01
发电机进相运行时，负荷应在150MW以上稳定运行。
另外值班人员还需要再严格执行进相运行的有关规定。进相运行应具备的条件：
发电机进相运行应在电网负荷低谷期间，依据调度命令或季度电压曲线执行。
低谷时段220KV线路电压高于电压曲线规定数值。
02
03
04
在稳定运行的条件下，发电机的安全运行极限决定于下列四个条件：
一、发电机的安全运行极限
发电机的最大励磁电流，通常由转子的发热决定。
进相运行的稳定度。当发电机功率因数小于零（电流超前电压）而转入进相运行时，Eq和U 之间的夹角增大，此时发电机的有功功率输出受静态稳定条件的限制，此外，对内冷发电机还可能受端部发热的限制。 上述条件，决定了发电机参数的允许运行范围。
发电机保护若干图形曲线
IR
Q’
OR
Q R
0 L
-Z b 2 1
R
图1-44
振荡中机端阻抗继电器的测量阻抗图
0.5 1.0
U0/E0
0.25
0.5
0.75
1.0
α
(a)单相接地示意图
α （b)基波零序电压与 的关系
图1-35 发电机定子绕组单相接地示意图
N E3 I03 UN3 C0f/2 C0f/2 C0s
S
N E3 US3 UN3 3L I03
S
C0f/2 C0f/2
C0s
US3
图 1-36 发 机 次 波 势 电 三 谐 电 和 对 电 的 值 路 地 容 等 电 图
低转差率
-jXd
图1-40是发电机失磁后机端测量阻抗变化趋势图
发 电 机 转 子
+
I1
U
α U
I2
R
Rg
R
R
S1
S2
R
图1-41
转子接地电阻测量图
Eb o Zb Zc Za
Ea
图1-42发电机与系统失步时的等效系统图
I
Eb
uO
Ea
Φ
δ
图1-43 系统各点的电流电压关系图
jx
Za
U D
OL IL
图1-7 同步发电机转子磁场与气隙磁场之间的夹角δ
图1-8发电机转子磁场拖动气隙磁场在空间以同步速度施转
图1-9隐极同步电势的等值电路图1
图1-11电枢反应相量图
图1-19 汽轮发电机输电系统的功角特性
（a）功率特性
图1-22静态稳定功角变化特性 （b）运行点a功角变化 （c）运行点b功角变化
发电机的安全运行极限与P—Q曲线共40页
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢！
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xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆
发电厂电气部分第九章 同步发电机的运行
Pmax
EqU xd xs
（9-8）
由上式可知，若发电机 Xd 值越大，而电网Xs值相对较小(即线路不长)时，静态 稳定极限功率越小，故阻抗增大，导致静态定储备降低。一般采用励磁控制的方
法(包括应用各种类型的自动电压调节器)，改善大型发电机参数所带来的不利影响。
发电厂变电所电气主系统
13
当电压低于95％以下运行时，定子电流不应超过额定值的5％。此时发电机要降
低出力，否则，定子绕组的温度要超过允许值。发电机运行电压的下限，可根据稳 定要求确定，一般不应低于额定值的90％。
发电厂变电所电气主系统
9
第一节 同步发电机的参数及其额定值
发电机运行电压高于额定值，升高到105％以上时,其出力须相应降低。因为电压 升高，铁心内磁密度增加，铁耗增加，引起铁心温度和定子绕组温度增高。除此之
能有所降低，但总的来说，此时发电机的效率是下降的。
运行频率比额定值低，转速下降，使两端风扇鼓进的风量降低，使发电机的冷却 条件变坏，各部分温度升高；频率降低，为了维持额定电压不变，就得增加磁通，
如同电压增高时的情况一样，由于漏磁增加会产生局部过热；频率降低还可能使汽
轮机叶片损坏，使厂用机械出力受到严重影响。
发电厂变电所电气主系统
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第一节 同步发电机的参数及其额定值
(二）端电压不同于额定值时，发电机的运行
发电机正常运行的端电压，允许在额定电压±5％范围内变动，此时发电机可保 持额定出力不变。当定子电压降低5％时，定子电流可增加5％；当电压升高5％时， 电流也就降低5％。在这样的变化范围内，定子绕组和转子绕组的温度不会超过允 许值。
按转子电流允许增大的倍数来提高出力，此时定子绕组温度不会超过允许值。 虽然各台发电机的温升数据不尽相同，但图9-2所表明的基本特性，即冷却介质 温度比额定值每低1℃所能增加的电流倍数，较之冷却介质比额定值每高1℃所应降 低的电流倍数小。这个原则对一般外冷发电机都适用。 发电机运行规程中规定的电流允许变化，便是依据这一原则确定的。不过，规 程从普遍安全考虑，规定的数据较严。对于具体某台发电机，可以根据其温升试验 曲线，计算出在不同冷却介质温度(进口气温)下的允许电流值。
发电机PQ运行曲线
一、发电机的安全运行极限在稳态运行条件下，发电机的安全运行极限决定于下列四个条件：1.原动机输出功率极限。
即原动机（汽轮机）的额定功率一般都稍大于或等于发电机的额定功率而选定。
2.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。
3.发电机的最大励磁电流，通常由转子的发热决定。
4.进相运行时的稳定度。
当发电机功率因数小于零（电流超前电压）而转入进相运行时，E和U之间的夹角增大，此时发电机的有功功率输出受到静态稳定条件的限制。
此外，对内冷发电机还可能受到端部发热限制。
上述条件，决定李发电机工作的允许范围。
二、发电机的P-Q曲线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，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。
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P-Q曲线图就是表示其在各种功率因数下，允许的有功功率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。
发电机的P-Q曲线，是在发电机端电压和冷却介质温度一定，不同氢压条件下绘制的。
发电机在额定电压、额定氢压和额定冷却介质温度下的运行范围图是P-Q曲线的基础。
汽轮发电机的P-Q曲线，如下图，表明了发电机运行受定子长期允许发热（决定了定子额定电流）、转子绕组长期允许发热（决定了额定励磁电流）、原动机功率、稳定极限等几方面的限制。
电压、电动势、功率都以标幺值表示的。
作P-Q曲线的基本步骤：1.以O点为圆心，以定子额定电流I N（即图中OC线段）为半径画出圆弧；2.在横轴O点左侧，取线段OM等于U N/X d，它近似等于发电机的短路比K C，正比于空载励磁电流3.以M点为圆心，以E q/X d为半径（即图中MC线段，它正比于额定励磁电流）画出圆弧4.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5.以M点画一垂直于横坐标的直线MH，相应σ=900，表示理论上的静态稳定极限6.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。
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6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！