第九章 同步发电机的运行
合集下载
同步发电机基本工作原理及运行特性
同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。
磁极是转动的，称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么，三相交流电是如何产生的呢？直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。
当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。
即：p=1，n=3000r/min交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。
何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。
二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。
而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。
1、外特性所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。
同步发电机的运行
North China Electric Power University
无刷励磁系统原理图
North China Electric Power University
自并励励磁系统原理图
North China Electric Power University
主励 磁机
汽轮发电机组
定子发出三相 100HZ交流电流
冷备用状态 检修人员已向运行人员办理了工作票终结手续，全部检修人 员已撤离现场，“在此工作”牌已全部除去，常设遮拦恢复 并挂上“高压，生命危险！”标志，所有接地措施均已解除， 各部分绝缘电阻测量合格。
North China Electric Power University
发电机的启动
热备用状态 除高压断路器未合外，所有的一/二次设备（包括合上应投入 运行设备的隔离开关、电压互感器的初、次级、励磁系统已 改至热备用，操作能源已投入）均已投运。
经高电阻接地方式
适用于200MW及以上的大机组。 具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电
压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变 压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V 或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜 。 部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻 。 发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全 相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不 超过10~15A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生 单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护 不带时限立即跳闸。
发电机额定电压（kV）
6.3 10.5
13.8~15.7
18~20
发电机额定容量（MW） ≤50 50~100 125~200
无刷励磁系统原理图
North China Electric Power University
自并励励磁系统原理图
North China Electric Power University
主励 磁机
汽轮发电机组
定子发出三相 100HZ交流电流
冷备用状态 检修人员已向运行人员办理了工作票终结手续，全部检修人 员已撤离现场，“在此工作”牌已全部除去，常设遮拦恢复 并挂上“高压，生命危险！”标志，所有接地措施均已解除， 各部分绝缘电阻测量合格。
North China Electric Power University
发电机的启动
热备用状态 除高压断路器未合外，所有的一/二次设备（包括合上应投入 运行设备的隔离开关、电压互感器的初、次级、励磁系统已 改至热备用，操作能源已投入）均已投运。
经高电阻接地方式
适用于200MW及以上的大机组。 具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电
压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变 压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V 或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜 。 部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻 。 发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全 相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不 超过10~15A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生 单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护 不带时限立即跳闸。
发电机额定电压（kV）
6.3 10.5
13.8~15.7
18~20
发电机额定容量（MW） ≤50 50~100 125~200
同步发电机的稳态运行特性及
总结词
同步发电机在稳态运行时存在功率极限和稳定极限，这些极限决定了发电机的运 行范围和稳定性。
详细描述
功率极限包括额定功率和最大允许功率，分别表示发电机在正常工作条件下的输 出能力和承受的最大功率。稳定极限则表示发电机在受到扰动后恢复稳态运行的 能力。
同步发电机的运行状态与调整范围
总结词
同步发电机的运行状态可分为正常运行状态、异常运行状态 和停机状态，每种状态都有相应的调整范围。
详细描述
正常运行状态下，发电机根据负载需求在一定范围内调整输 出功率和电压。异常运行状态下，发电机可能需要采取措施 来恢复稳定或避免损坏。停机状态下，发电机停止运行并进 行维护检查。
03
CHAPTER
同步发电机的稳态运行分析
同步发电机的有功功率与无功功率调节
有功功率调节
有功功率的调节主要通过原动机输入 功率的改变来实现，包括对汽轮机或 水轮机的控制。调节有功功率可以稳 定电网频率，满足系统负荷需求。
大型火力发电厂通常配备多台同步发电机组，以满足高峰用电需求和备用容量的需 求。
水力发电站中的应用
水力发电站利用水流驱动水轮机 带动同步发电机旋转，产生电能。
同步发电机在水力发电站中起到 将水能转化为电能的作用，同时
保持电力系统的稳定运行。
水力发电站通常在河流、水库等 水资源丰富的地区建设，以满足
当地及周边地区的用电需求。
当发电机向系统提供有功功率并吸收一定的无功功率时，称为滞相运行。滞相运行会导致发电机端电压下降，需 通过增加励磁电流来维持电压稳定。
同步发电机的调压与调频
调压
同步发电机的调压方式主要有两种，一是通过调节励磁电流改变机端电压；二是通过调 节原动机的输入功率改变频率，进而影响机端电压。调压的主要目的是维持发电机端电
同步发电机在稳态运行时存在功率极限和稳定极限，这些极限决定了发电机的运 行范围和稳定性。
详细描述
功率极限包括额定功率和最大允许功率，分别表示发电机在正常工作条件下的输 出能力和承受的最大功率。稳定极限则表示发电机在受到扰动后恢复稳态运行的 能力。
同步发电机的运行状态与调整范围
总结词
同步发电机的运行状态可分为正常运行状态、异常运行状态 和停机状态，每种状态都有相应的调整范围。
详细描述
正常运行状态下，发电机根据负载需求在一定范围内调整输 出功率和电压。异常运行状态下，发电机可能需要采取措施 来恢复稳定或避免损坏。停机状态下，发电机停止运行并进 行维护检查。
03
CHAPTER
同步发电机的稳态运行分析
同步发电机的有功功率与无功功率调节
有功功率调节
有功功率的调节主要通过原动机输入 功率的改变来实现，包括对汽轮机或 水轮机的控制。调节有功功率可以稳 定电网频率，满足系统负荷需求。
大型火力发电厂通常配备多台同步发电机组，以满足高峰用电需求和备用容量的需 求。
水力发电站中的应用
水力发电站利用水流驱动水轮机 带动同步发电机旋转，产生电能。
同步发电机在水力发电站中起到 将水能转化为电能的作用，同时
保持电力系统的稳定运行。
水力发电站通常在河流、水库等 水资源丰富的地区建设，以满足
当地及周边地区的用电需求。
当发电机向系统提供有功功率并吸收一定的无功功率时，称为滞相运行。滞相运行会导致发电机端电压下降，需 通过增加励磁电流来维持电压稳定。
同步发电机的调压与调频
调压
同步发电机的调压方式主要有两种，一是通过调节励磁电流改变机端电压；二是通过调 节原动机的输入功率改变频率，进而影响机端电压。调压的主要目的是维持发电机端电
同步发电机的运行原理
对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd=Xq=Xt
Xa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）
二、凸极同步发电机
3、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
的相量图如下：
E0 U cos( ) Id xd U cos Ixd sin
tan Ixq U sin U cos
二、凸极同步发电机
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写 成：
一、隐极同步发电机
3、等效电路和相量图
根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式 （忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电 机的等效电路图： Xt
•
I
•
U
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载 的相量图如下：
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
F
d轴 B0 ( 0 )
1
Ff
Fa ( Fad )
I
时空矢量图 E0
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
负载运行时，同步电机内的主磁场由 励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F Ff 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁 动势
基波 波形
大小
正弦波
恒定，由励 磁电流决定
Xa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）
二、凸极同步发电机
3、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
的相量图如下：
E0 U cos( ) Id xd U cos Ixd sin
tan Ixq U sin U cos
二、凸极同步发电机
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写 成：
一、隐极同步发电机
3、等效电路和相量图
根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式 （忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电 机的等效电路图： Xt
•
I
•
U
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载 的相量图如下：
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
F
d轴 B0 ( 0 )
1
Ff
Fa ( Fad )
I
时空矢量图 E0
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
负载运行时，同步电机内的主磁场由 励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F Ff 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁 动势
基波 波形
大小
正弦波
恒定，由励 磁电流决定
第9章 同步电机
9
9.1 概述
同步电机
隐极同步电机气隙均匀，转子机械强度高，适合于高速旋转，多与 汽轮机构成发电机组，是汽轮发电机的基本结构型式。 凸极同步电机的气隙不均匀，旋转时的空气阻力较大，比较适合于 中速或低速旋转场合，常与水轮机构成发电机组，是水轮发电机的 基本结构型式。 10 10/176 日事日毕 日清日高 电工学
同步电机
电工学
4
第九章 同步电机
同步电机
内容提要
本章简介同步发动机的构造，工作原理，单机 运行特性，并网运行条件及并网后有功率和无 功率的调节。发电机是把机械能转换成为电能 的一种设备。由于三相交流电在输电和使用上 有很多优点，现代发电厂的小水电站几乎使用 三相同步发电机。
28/176
日事日毕 日清日高
电工学
28
9.1 概述
同步电机
9.1.2 同步电机的励磁方式和冷却方式 一、励磁方式
同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直 流电流，建立励磁磁场。相应地，将供给励 磁电流的整个装置称为励磁系统。 励磁系统是同步电机的重要组成部分，并且 可分为两大类。一类是采用直流发机供给励 磁电流，另一类则通过整流装置将交流电流 变为直流电流以满足需要。
日事日毕 日清日高
5/176
电工学
5
第九章 同步电机
同步电机
同步电机是交流电机的一种。
普通同步电机与异步电机的根本区别是转子侧 （特殊结构时也可以是定子侧）装有磁极并通 入直流电流励磁，因而具有确定的极性。 由于定、转子磁场相对静止及气隙合成磁场恒 定是所有旋转电机稳定实现机电能量转换的两 个前提条件，因此，同步电机的运行特点是转 子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格 同步，并由此而得名。
9.1 概述
同步电机
隐极同步电机气隙均匀，转子机械强度高，适合于高速旋转，多与 汽轮机构成发电机组，是汽轮发电机的基本结构型式。 凸极同步电机的气隙不均匀，旋转时的空气阻力较大，比较适合于 中速或低速旋转场合，常与水轮机构成发电机组，是水轮发电机的 基本结构型式。 10 10/176 日事日毕 日清日高 电工学
同步电机
电工学
4
第九章 同步电机
同步电机
内容提要
本章简介同步发动机的构造，工作原理，单机 运行特性，并网运行条件及并网后有功率和无 功率的调节。发电机是把机械能转换成为电能 的一种设备。由于三相交流电在输电和使用上 有很多优点，现代发电厂的小水电站几乎使用 三相同步发电机。
28/176
日事日毕 日清日高
电工学
28
9.1 概述
同步电机
9.1.2 同步电机的励磁方式和冷却方式 一、励磁方式
同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直 流电流，建立励磁磁场。相应地，将供给励 磁电流的整个装置称为励磁系统。 励磁系统是同步电机的重要组成部分，并且 可分为两大类。一类是采用直流发机供给励 磁电流，另一类则通过整流装置将交流电流 变为直流电流以满足需要。
日事日毕 日清日高
5/176
电工学
5
第九章 同步电机
同步电机
同步电机是交流电机的一种。
普通同步电机与异步电机的根本区别是转子侧 （特殊结构时也可以是定子侧）装有磁极并通 入直流电流励磁，因而具有确定的极性。 由于定、转子磁场相对静止及气隙合成磁场恒 定是所有旋转电机稳定实现机电能量转换的两 个前提条件，因此，同步电机的运行特点是转 子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格 同步，并由此而得名。
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
在纯感性负载时
E0 UIxs
•磁路饱和决定于空气隙中的 合成磁场，忽略漏阻抗压降， 则决定于端电压。
•不同的端电压时，xs不同 •当磁路不饱和时，同步电抗 电压为c’a’，比ca大。不饱 和同步电抗的数值比饱和同步 电抗的数值大。
xs
xs UN
IN xs UN
ca ab
同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
同步发电机的参数测定和运行特性
同步发电机的空载特性
ab
•当励磁电流较小时，由于磁通较 小，电机磁路没有饱和，空载特性 呈直线（将其延长后的射线称为 （气隙线）磁势主要消耗在气隙上
•随着励磁电流的增大，磁路逐渐 饱和，磁化曲线开始进入饱和段。 （向下弯曲）
•铁磁饱和后，需磁势迅速增大， 横向距离bc为铁磁部分的磁压
•
0
短路特性
IO INΒιβλιοθήκη •jI Xs•
••
•
E U I Ra j I X
•
•
I Ra j I X
•
j I X
•
•
E j I X
•
E0
O
•
I
90
•
jI Xs
纯去磁
Fa
短路特性不饱和
If Ifk
同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
凸极同步发电机 的短路特性分析
同步发电机的参数测定和运行特性
IN
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
电机学
转差率试验，测定xd、xq
同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，转子激 磁绕组开路（不加激磁），在定子端子上外施—对称三 相电压。为了避免转子被牵入同步，外施电压约为额定 电压的1/4左右，且使其相序能保证电枢旋转磁场的转 向与转子的转向—致。
《电力系统分析》第九章 机组的机电特性
凸极式发电机相量图
Eq j( X d X q )Id
EQ
jIX q
jId X d
Eq
E jIX d
Uq
U
Iq I
jIq X d
Id Ud
d
第九章 机组的机电特性
由相量图，可得
EQ jEQ U jIX q
Eq jEq EQ j(X d X q )Id U jIX q j(X d X q )Id
j 1
j i
设
Yij Gij jBij Yij e jij
Gij Yij cosij
Bij Yij sin ij
ij
tan1 Bij Gij
通过推演，可得
m
Pi Ei2Gii Ei E j Yij sin(ij ij ) j 1 ji
其中 ij 90 ij ，为导纳角的余角。
第九章 机组的机电特性
上式表明，任一发电机发出的有功功率是该发电机电 动势相对于其它发电机电动势相量的相角差函数。
在系统含有三台及以上发电机的情况下，不能再用曲 线作出发电机的功角特性。
对于系统有两台机的情形，其功率表达式为： PE1 E12G11 E1E2 (G12 cos12 B12 sin 12 )
由回转力矩求单位机组的惯性时间常数的计算公式为
TJ
2.74GD2nN2 1000SN
式中，GD2为包括原动机在内的机组转子的回转力矩；nN 为机组的额定转速；SN为机组的额定功率。
第九章 机组的机电特性
同步发电机基本结构
dc
x
a y
f a
cq b
b z
第九章 机组的机电特性
Eq j( X d X q )Id
EQ
jIX q
jId X d
Eq
E jIX d
Uq
U
Iq I
jIq X d
Id Ud
d
第九章 机组的机电特性
由相量图，可得
EQ jEQ U jIX q
Eq jEq EQ j(X d X q )Id U jIX q j(X d X q )Id
j 1
j i
设
Yij Gij jBij Yij e jij
Gij Yij cosij
Bij Yij sin ij
ij
tan1 Bij Gij
通过推演，可得
m
Pi Ei2Gii Ei E j Yij sin(ij ij ) j 1 ji
其中 ij 90 ij ，为导纳角的余角。
第九章 机组的机电特性
上式表明，任一发电机发出的有功功率是该发电机电 动势相对于其它发电机电动势相量的相角差函数。
在系统含有三台及以上发电机的情况下，不能再用曲 线作出发电机的功角特性。
对于系统有两台机的情形，其功率表达式为： PE1 E12G11 E1E2 (G12 cos12 B12 sin 12 )
由回转力矩求单位机组的惯性时间常数的计算公式为
TJ
2.74GD2nN2 1000SN
式中，GD2为包括原动机在内的机组转子的回转力矩；nN 为机组的额定转速；SN为机组的额定功率。
第九章 机组的机电特性
同步发电机基本结构
dc
x
a y
f a
cq b
b z
第九章 机组的机电特性
发电厂电气部分复习
◦ 随着机组容量的加大，导体电流也相应增大， 导体周围出现强大的交变电磁场，使附近钢构 中产生很大的磁滞和涡流损耗，钢构因而发热。 如果钢构是闭合回路，其中尚有环流存在，发 热还会增多。当导体电流大于3000A时，附近 钢构的发热便不容忽视。 ◦ 危害：钢构变形、接触连接损坏、混凝土爆 裂。
第三章 方法
◦ 1）个别供电：每台电动机直接接在相应电压 的厂用母线上。 ◦ 2）成组供电：由厂用母线经电缆供电给车间 配电盘，数台电动机连接在配电盘母线上。
第五章 厂用电接线及设计
5、电动机的自启动校验
◦ 1）当断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就 会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程 称为惰行。 ◦ 2）电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短 时间(一般在0.5—1.5s)内，厂用电压又恢复或通过 自动切换装臵 将备用电源投入，此时，电动机惰 行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行， 这一过程称为电动机的自启动。
常用计算的基本理论和
导体短路的电动力计算
第三节
◦ 1、平行导体中电动力的方向：若两导体中的 电流同方向，电动力的作用将使它们彼此靠 近。 ◦ 2、B相所受的电动力大于A、C相（约大7%）， 计算时应考虑B相。 ◦ 3、三相电动力计算公式：（3-56） P.79 ◦ 4、两相短路与三相短路最大电动力的比较: ◦ Fmax(2)/ Fmax(3)=0.866
第五章 厂用电接线及设计
1、厂用电：发电厂内用来为锅炉、汽轮机、水轮机、 发电机等主要设备服务的机械的用电及照明用电。 2、厂用电率：厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发 电量的百分数。 3、厂用电负荷分类
◦ I类负荷 ：凡短时停电会造成设备损坏、危及人身安全、主机 停运及大量影响出力的厂用负荷。 ◦ Ⅱ类负荷 ：允许短时停电(几秒至几分钟)，恢复供电后不致造 成生产紊乱的厂用负荷。 ◦ Ⅲ类负荷 ：较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上 的不方便的负荷。 ◦ 事故保安负荷：指在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证 供电的负荷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1．冷却介质不同于额定值时对额定容量的影响 允许负荷可随冷却介质温度变化而增减。但应符合定、转子
绕组温度不超过允许限值。 表9-2给出了不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
表9-2 不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数
0(℃)
20
30
I／IN
图9-2冷却介质变化时的允许出力
基本特性：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。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
2．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。 原则：保证输出功率不变！
第一节 同步发电机的参数及其额定值
三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势
1.参数的特点
机组阻抗大 暂态电抗和次暂态电抗大（较同容量水轮发电机稍小） 同步发电机定子非周期电流衰减时间常数Ta较小 机械时间常数Tm随着单机容量的增大而减小
2.发展趋势
阻抗增大→短路电流减小 机械时间常数降低
对系统稳定带来很不利的影响。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响 1.在没有励磁控制(包括自动电压调节器)的情况下，阻抗增大，机械 时间常数减小，将使系统稳定性降低。
若Xd值越大，而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，导致静态稳定储备降低。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2．端部漏磁的发热
定子绕组端部漏磁
发电机端部的漏磁
转子绕组端部漏磁
影响端部漏磁的因素 ①发电机的结构、型式、材料、短路比 ②定子电流的大小、功率因数的高低
在迟相运行时这种发热是在允许范围内的。
进相运行时，随着进相功率的增大，发热越来越严重，这是因 为端部合成漏磁通随功率因数的变化而增大所致。1.22l.224050
60
1.00
0.87
0.71
Ir／INr
1.11
1.05
1.00
0.95
0.88
由表9-2可看出，随着冷却介质温度的升高，允许出力下降！
图9-2给出了它们之间的关系曲线。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
当冷却介质温度高于额定值时应降低 的定子电流倍数比转子电流为多，所以 应按定子电流限制来减小输出功率，转 子绕组温度此时不会超过允许值； 当冷却介质温度低于额定值时，定子 电流可以提高的倍数比转子多，所以应 按转子电流允许增大的倍数来提高输出 功率，此时定子绕组温度不会超过允许 值。
第二节 同步发电机的正常运行
特点：发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等都在允许范围以 内，因而是一种稳定的对称的工作状态
一、发电机的允许运行范围和P—Q图
在稳态条件下，发电机的允许运行范围决定于下列4个条件： (1)原动机输出功率极限（原动机的额定功率要稍大于或等于发电机的额 定功率）。 (2)发电机的额定容量，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， Eq和U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 制。
何为迟相运行？ 既输出有功功率，也输出无功功率的稳定运行状态。
发电机进相运行时各电磁参数仍然是对称的，并且发电机仍然保持同 步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行 工况，只是拓宽了发电机通常的运行范围。同样，在允许的进相运行限 额范围内，只要电力系统需要发电机是可以长时间进相运行的。
图9—3汽轮发电机的安全运行极限
第二节 同步发电机的正常运行
二、同步发电机的正常运行特性（与无穷大系统相连）
最常见的两种工作状态： ①调整有功功率，维持励磁不变，即E。为常数，P为变数； ②调整励磁，维持有功功率不变，即P为常数，E。为变数。 1．Eq为常数，P为变数 （1）P→功角δ； P→功角δ （2）P→dP/dδ>0, 发电机稳定运行(δ＜δmax)；
第四节 同步发电机的特殊运行方式
着重分析第②点。 （1）cos变化 ① cos=1附近，合成漏磁通 变化较明显。 ②随着进相， cos→ →吸收的无功功率→发热
图9-12端部漏磁通与功率因数关系
图9-13端部合成漏磁通随功率因数变化曲线
第四节 同步发电机的特殊运行方式
（2）定子电流的影响——发电机出力！ ①当功率因数一定时，端部漏磁通 约与发电机的出力成正比，如欲保 持端部发热为一定值，亦即端部漏 磁通为一定值，随着进相程度的增 大输出功率应相应降低。如图9-14 所示。
——功角特性
第四节 同步发电机的特殊运行方式
如果发电机在运行时带上AVR，则功角特性会有一些不同，最大电 磁输出功率Pmax会向右移动，使得Pmax所对应的功角δ>900。
实际系统中，发电机经变压器、线路接到系统，所以需要计及这些元件 的电抗(统称为外部电抗Xs)。此时静态稳定性将进一步降低。
(1)带自动电压调节器后，进相能力明显增强； (2)发电机短路比大，即Xd小，进相能力强； (3)发电机与系统连接紧密时，则进相能力强； (4)系统电压越高，无功储备越大，发电机进相运行能力越强； (5)机组所带的有功功率越多，则功角越大，静态稳定储备越低。
图9-16发电机电压、频率变化范围和过励磁运行领域
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2．过励磁运行方式——3种！
(1)负荷甩开后电压升高； (2)启动过程中(低速度)，自动电压调节器(AVR)动作； (3)单独运行时，励磁电流过大。
2.影响电力系统的暂态稳定主要因素有：发电机和系统的阻抗、机 械时间常数、励磁上升速度、强励倍数、短路切除时间等。系统中 发生对称或非对称短路时，发电机的最大电磁转矩几乎和发电机的 暂态电抗和次暂态电抗成反比，阻抗增大，将促使最大电磁转矩降 低，因而使暂态稳定性能降低。如保持同样的极限角，则机械时间 常数几乎和临界切除时间的平方成正比，机械时间常数减小一半， 临界切除时间将缩短到原值的1／4。
最高值不得超过额定值的110％。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
3．运行频率不同于额定值时发电机的运行
规程规定：发电机运行频率允许变动范围是±0.5Hz。
(1)运行频率比额定值高 可能使转子某些部件损坏 效率下降
频率增高主要是受转子机械强度的限制。 (2)运行频率比额定值低
转速下降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；
电子教案
发电厂电气部分
第九章 同步发电机的运行
发同步发电机正常运行、非正常运行、 特殊运行方式的性能
第一节 同步发电机的参数及其额定值
二、运行参数不同于额定参数时发电机的运行
在运行中不要发生电气损坏、机械故障和使电气设备缩短 寿命，即定子绕组、转子绕组、铁心温度都不超过允许值， 各部分产生的应力都不超过允许限度。
对应负荷 长时间允许负荷，主要决定于下列3个条件： (1)负荷最重相的定子电流，不应超过发电机的额定电流。 (2)转子最热点的温度，不应超过允许温度。 (3)不对称运行时出现的机械振动不应超过允许范围。
短时允许负荷：主要决定于短路电流中的负序电流
第三节 同步发电机的非正常运行
我国规定的发电机不对称运行时的允许电流和持续时间如表9-3所示。 不对称运行产生问题的主因： 产生负序磁场→对转子有双倍同步转速的相对运动→在转子绕组、 阻尼绕组以及转子本体中感应出2倍额定频率(100Hz)的电流→引 起转子过热和振动。
第二节 同步发电机的正常运行
发电机的P-Q图（曲线）：表示其在各种功率因数下允许的有功功率输出 P和允许的无功功率输出Q的关系曲线——又称为发电机的安全运行极限。
B-C-D-E-F-G点的连线。
还与端电压有关。当 端电压比额定值大时 如图9—3所示，曲线 中的GF部分将向左移， 若端电压降低，则GF 部分将向右移。
若δ>δmax，则P→dP/dδ＜0， 失步（不稳定）；
第二节 同步发电机的正常运行
当δ=δmax，则P→Pmax（静态稳定极限） （3）P＜＜ Pmax,稳定储备大。P时→要使励磁电流→Pmax，保 持一定的静储备。 （4）cos=1,Q=0,则cosδ=U/Eq
2. P为常数，Eq为变数 (1)在Q=0时，P→δ 励磁电流越小。
图9-14端部漏磁通与发电机 输出功率的关系
第四节 同步发电机的特殊运行方式
②当发电机由迟相转入进相运行 时，随着功率因数的降低，发电 机允许的输出功率剧烈下降。如 图9-15所示。
图9-15功率因数变化时发电机的允许 有功功率和允许无功功率
第四节 同步发电机的特殊运行方式
四、过励磁 1．过励磁的定义 当电压上升到一定范围，或者频率 下降到一定范围，或者两者变化到一 定范围，发电机磁通量急剧上升，使 发电机机铁心进入饱和的现象。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
三、进相运行所导致问题分析 1．静态稳定性的降低
以隐极发电机为例，
设在迟相运行时，发电机的功角为δ1，进相运行时为δ2，在运行方式由迟相 逐渐过渡到进相时，If→Eq(UG也相应下降一些)，Xd基本保持不变→功角 δ，从δ1增到δ2 。此时最大功率点Pmax下移。在δ=900时，PM= Pmax达 到静态稳定极限。此时若再减少励磁电流，则会失去稳定。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
问题的提出:
电力系统电容电流增加，增大了剩余无功功率，在低负荷时， 使电网电压上升以致超过允许范围！
解决方法：
并联电抗器、利用调相机 发电机进相运行
一、发电机进相运行的分析
何为进相运行？ 指发电机发出有功功率，吸收无功功率的稳定运行状态！
绕组温度不超过允许限值。 表9-2给出了不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
表9-2 不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数
0(℃)
20
30
I／IN
图9-2冷却介质变化时的允许出力
基本特性：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。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
2．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。 原则：保证输出功率不变！
第一节 同步发电机的参数及其额定值
三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势
1.参数的特点
机组阻抗大 暂态电抗和次暂态电抗大（较同容量水轮发电机稍小） 同步发电机定子非周期电流衰减时间常数Ta较小 机械时间常数Tm随着单机容量的增大而减小
2.发展趋势
阻抗增大→短路电流减小 机械时间常数降低
对系统稳定带来很不利的影响。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响 1.在没有励磁控制(包括自动电压调节器)的情况下，阻抗增大，机械 时间常数减小，将使系统稳定性降低。
若Xd值越大，而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，导致静态稳定储备降低。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2．端部漏磁的发热
定子绕组端部漏磁
发电机端部的漏磁
转子绕组端部漏磁
影响端部漏磁的因素 ①发电机的结构、型式、材料、短路比 ②定子电流的大小、功率因数的高低
在迟相运行时这种发热是在允许范围内的。
进相运行时，随着进相功率的增大，发热越来越严重，这是因 为端部合成漏磁通随功率因数的变化而增大所致。1.22l.224050
60
1.00
0.87
0.71
Ir／INr
1.11
1.05
1.00
0.95
0.88
由表9-2可看出，随着冷却介质温度的升高，允许出力下降！
图9-2给出了它们之间的关系曲线。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
当冷却介质温度高于额定值时应降低 的定子电流倍数比转子电流为多，所以 应按定子电流限制来减小输出功率，转 子绕组温度此时不会超过允许值； 当冷却介质温度低于额定值时，定子 电流可以提高的倍数比转子多，所以应 按转子电流允许增大的倍数来提高输出 功率，此时定子绕组温度不会超过允许 值。
第二节 同步发电机的正常运行
特点：发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等都在允许范围以 内，因而是一种稳定的对称的工作状态
一、发电机的允许运行范围和P—Q图
在稳态条件下，发电机的允许运行范围决定于下列4个条件： (1)原动机输出功率极限（原动机的额定功率要稍大于或等于发电机的额 定功率）。 (2)发电机的额定容量，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， Eq和U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 制。
何为迟相运行？ 既输出有功功率，也输出无功功率的稳定运行状态。
发电机进相运行时各电磁参数仍然是对称的，并且发电机仍然保持同 步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行 工况，只是拓宽了发电机通常的运行范围。同样，在允许的进相运行限 额范围内，只要电力系统需要发电机是可以长时间进相运行的。
图9—3汽轮发电机的安全运行极限
第二节 同步发电机的正常运行
二、同步发电机的正常运行特性（与无穷大系统相连）
最常见的两种工作状态： ①调整有功功率，维持励磁不变，即E。为常数，P为变数； ②调整励磁，维持有功功率不变，即P为常数，E。为变数。 1．Eq为常数，P为变数 （1）P→功角δ； P→功角δ （2）P→dP/dδ>0, 发电机稳定运行(δ＜δmax)；
第四节 同步发电机的特殊运行方式
着重分析第②点。 （1）cos变化 ① cos=1附近，合成漏磁通 变化较明显。 ②随着进相， cos→ →吸收的无功功率→发热
图9-12端部漏磁通与功率因数关系
图9-13端部合成漏磁通随功率因数变化曲线
第四节 同步发电机的特殊运行方式
（2）定子电流的影响——发电机出力！ ①当功率因数一定时，端部漏磁通 约与发电机的出力成正比，如欲保 持端部发热为一定值，亦即端部漏 磁通为一定值，随着进相程度的增 大输出功率应相应降低。如图9-14 所示。
——功角特性
第四节 同步发电机的特殊运行方式
如果发电机在运行时带上AVR，则功角特性会有一些不同，最大电 磁输出功率Pmax会向右移动，使得Pmax所对应的功角δ>900。
实际系统中，发电机经变压器、线路接到系统，所以需要计及这些元件 的电抗(统称为外部电抗Xs)。此时静态稳定性将进一步降低。
(1)带自动电压调节器后，进相能力明显增强； (2)发电机短路比大，即Xd小，进相能力强； (3)发电机与系统连接紧密时，则进相能力强； (4)系统电压越高，无功储备越大，发电机进相运行能力越强； (5)机组所带的有功功率越多，则功角越大，静态稳定储备越低。
图9-16发电机电压、频率变化范围和过励磁运行领域
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2．过励磁运行方式——3种！
(1)负荷甩开后电压升高； (2)启动过程中(低速度)，自动电压调节器(AVR)动作； (3)单独运行时，励磁电流过大。
2.影响电力系统的暂态稳定主要因素有：发电机和系统的阻抗、机 械时间常数、励磁上升速度、强励倍数、短路切除时间等。系统中 发生对称或非对称短路时，发电机的最大电磁转矩几乎和发电机的 暂态电抗和次暂态电抗成反比，阻抗增大，将促使最大电磁转矩降 低，因而使暂态稳定性能降低。如保持同样的极限角，则机械时间 常数几乎和临界切除时间的平方成正比，机械时间常数减小一半， 临界切除时间将缩短到原值的1／4。
最高值不得超过额定值的110％。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
3．运行频率不同于额定值时发电机的运行
规程规定：发电机运行频率允许变动范围是±0.5Hz。
(1)运行频率比额定值高 可能使转子某些部件损坏 效率下降
频率增高主要是受转子机械强度的限制。 (2)运行频率比额定值低
转速下降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；
电子教案
发电厂电气部分
第九章 同步发电机的运行
发同步发电机正常运行、非正常运行、 特殊运行方式的性能
第一节 同步发电机的参数及其额定值
二、运行参数不同于额定参数时发电机的运行
在运行中不要发生电气损坏、机械故障和使电气设备缩短 寿命，即定子绕组、转子绕组、铁心温度都不超过允许值， 各部分产生的应力都不超过允许限度。
对应负荷 长时间允许负荷，主要决定于下列3个条件： (1)负荷最重相的定子电流，不应超过发电机的额定电流。 (2)转子最热点的温度，不应超过允许温度。 (3)不对称运行时出现的机械振动不应超过允许范围。
短时允许负荷：主要决定于短路电流中的负序电流
第三节 同步发电机的非正常运行
我国规定的发电机不对称运行时的允许电流和持续时间如表9-3所示。 不对称运行产生问题的主因： 产生负序磁场→对转子有双倍同步转速的相对运动→在转子绕组、 阻尼绕组以及转子本体中感应出2倍额定频率(100Hz)的电流→引 起转子过热和振动。
第二节 同步发电机的正常运行
发电机的P-Q图（曲线）：表示其在各种功率因数下允许的有功功率输出 P和允许的无功功率输出Q的关系曲线——又称为发电机的安全运行极限。
B-C-D-E-F-G点的连线。
还与端电压有关。当 端电压比额定值大时 如图9—3所示，曲线 中的GF部分将向左移， 若端电压降低，则GF 部分将向右移。
若δ>δmax，则P→dP/dδ＜0， 失步（不稳定）；
第二节 同步发电机的正常运行
当δ=δmax，则P→Pmax（静态稳定极限） （3）P＜＜ Pmax,稳定储备大。P时→要使励磁电流→Pmax，保 持一定的静储备。 （4）cos=1,Q=0,则cosδ=U/Eq
2. P为常数，Eq为变数 (1)在Q=0时，P→δ 励磁电流越小。
图9-14端部漏磁通与发电机 输出功率的关系
第四节 同步发电机的特殊运行方式
②当发电机由迟相转入进相运行 时，随着功率因数的降低，发电 机允许的输出功率剧烈下降。如 图9-15所示。
图9-15功率因数变化时发电机的允许 有功功率和允许无功功率
第四节 同步发电机的特殊运行方式
四、过励磁 1．过励磁的定义 当电压上升到一定范围，或者频率 下降到一定范围，或者两者变化到一 定范围，发电机磁通量急剧上升，使 发电机机铁心进入饱和的现象。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
三、进相运行所导致问题分析 1．静态稳定性的降低
以隐极发电机为例，
设在迟相运行时，发电机的功角为δ1，进相运行时为δ2，在运行方式由迟相 逐渐过渡到进相时，If→Eq(UG也相应下降一些)，Xd基本保持不变→功角 δ，从δ1增到δ2 。此时最大功率点Pmax下移。在δ=900时，PM= Pmax达 到静态稳定极限。此时若再减少励磁电流，则会失去稳定。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
问题的提出:
电力系统电容电流增加，增大了剩余无功功率，在低负荷时， 使电网电压上升以致超过允许范围！
解决方法：
并联电抗器、利用调相机 发电机进相运行
一、发电机进相运行的分析
何为进相运行？ 指发电机发出有功功率，吸收无功功率的稳定运行状态！