第八章同步发电机的运行
第一节同步发电机的基本结构
同步发电机是发电厂最主要的电气设备，它利用电磁感应原理将原动机转轴上的动能通过磁场转换成为电能。
一、同步发电机的分类和型号
㈠同步发电机的分类
⒈按照原动机的不同分为：
⑴水轮发电机；⑵汽轮发电机；⑶燃汽轮发电机；⑷柴油发电机。
⒉按照转子的不同分为：
⑴隐极式发电机：用于汽轮发电机和燃汽轮发电机，转速高；⑵凸极式发电机：用于水轮发电机，转速低。
⒊按照冷却介质不同分为：
⑴空气冷却；⑵氢气冷却；⑶水冷却等。
4、按照发电机机安装方式不同可分为：
⑴卧式；⑵立式；
5、按照冷却方式不同可分为：
⑴水-氢-氢：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷；
⑵水-水-空：定子、转子绕组水内冷、铁心空冷；
⑶水-水-氢：定子、转子绕组水内冷、铁心氢冷。㈡同步发电机的型号
对于汽轮发电机，根据其冷却方式不同，分为以下几种型号：
⑴空冷汽轮发电机QF系列，如QF-25-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，25表示额定功率(单位是MW)，2表示极数。
⑵氢外冷汽轮发电机QFQ系列，如QFQ-50-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，Q－氢冷，数字解释同⑴。
⑶氢内冷汽轮发电机QFN系列，如QFN-100-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，N－氢内冷，数字解释同⑴。
⑷双水内冷汽轮发电机QFSS系列，如QFSS-200-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，S－定子绕组水内冷，S－转子绕组水内冷，数字解释同⑴。
⑸水氢氢冷汽轮发电机QFSN系列，如QFSN-300-2，其型号的意义为：Q一汽轮，F－发电机，S－定子绕组水内冷，N－转子绕组氢内冷，数字解释同⑴。
对于水轮发电机，根据推力轴承安放的位置不同，可分为以下两种型号：
⑴悬式水轮发电机TS系列，如TS854/156-40，其型号的意义为：T－同步，S－水轮，854表示定子铁芯外径(cm),156表示铁芯长度(cm).40表示极数。
⑵伞式水轮发电机TSS系列，如TSS1260/160-48，其型号的意义为：S－水轮，T－同步，S一双水内冷，数字解释同⑴。
二、同步发电机的冷却
发电机在运行时，由于绕组中的电流和铁芯中的交变磁通会产生热量，这种热量会使发电机温度升高，随着发电机单机容量的增大，温升也越来越高。就发电机而言，温升受到电机铁
芯冲片绝缘和线圈绝缘材料允许温度的限制，因此，必须加以冷却。
80多年来，发电机冷却介质已从空气时代进展到氢气和水的时代，氢气的重量仅为空气的1/4，导热性能比空气高六倍，其冷却效果比空气好，效率提高了0.7-1.0%。一般汽轮发电机从空冷改为氢冷后，可提高出力20-35%，冷却方法从冷却介质接触绝缘外部的间接冷却进展到与铜线的内部接触直接冷却，称之内冷式，大大提高了冷却效果;而采用水作为冷却介质，为电机技术的发展开辟了一条崭新的道路，当水的流速仅为空气的百分之几时，它的冷却能力比空气大几十倍。发电机的定子采用水内冷，转子及铁芯采用氢内冷方式，可大幅度提高其出力。下表为空气、氢气和水三种常见冷却介质的冷却性能表各种冷却介质的冷却能力比较
由上表可以看出：水是最好的，其热容量是空气的4.16倍，密度是空气的1000倍，散
热能力是空气的84倍，此外水还有良好的绝缘性能。
大型同步发电机常见的冷却有：
定子、转子氢表冷，额定容量S N≤100MW；
转子氢内冷、定子氢表冷，额定容量S N≤250MW；定子、转子氢内冷，额定容量S N≤1000MW；
转子氢内冷、定子铁心氢表冷、定子绕组水内冷，额定容量S N≤1200MW；水氢冷发电机的特点是，定子绕组用水冷却，转子绕组采用氢气冷却，一般水源取自汽轮机的凝结水，这种水源比较清洁，符合冷却水质的要求。发电机铁芯也采用氢气冷却。
水氢冷发电机虽然可以减少材料消耗，但是和空冷电机相比，它的结构比较复杂，维护修理比较麻烦，同时还必须配备一套专用冷却系统，所以一般情况下，它只适用于大型电机，而对5万kW以下的中小型电机，由于它的经济意义不大，故仍采用空冷型式为主。
我国QFSN-300型30万kW机组和QFSN-600型60万kW机组，由于容量大、额定电压高，较之普遍的中小型氢冷、水冷机组，在提高电气性能和加强机械强度、确保安全运行方面，都采取一系列特殊而有效的必要措施。
三、同步发电机的额定容量
同步发电机的额定容量是电力系统发展的重要标志。下表示出了我国国产汽轮发电机单机容量增长速度。目前同步发电机的单机容量不断增长，原因：
⒈降低造价和材料消耗；
⒉降低电厂基建安装费；
⒊降低运行费用。
但是，并非是任何情况下单机容量越大越好，而是要与系统的总容量匹配。如系统容量小于1000MW，单机最大容量一般是系统容量的4~6%；系统容量在1000~10000MW，单机最大容量一般是系统容量的6~10%；系统容量在大于10000MW，单机最大容量一般可以超过系统容量的10%。
表国产汽轮发电机单机容量增长速度
提高发电机单机容量，不能只靠增加电机体积，因为发电机转子锻件和护环锻件的机械性能极限使锻件尺寸受到限制，因此随着单机容量增加，材料利用率越来越高，单位体积的发热量也大为增加，为限制发电机温度，必须在冷却上采取强化措施。所以，发电机冷却方式可以反映出发电机的容量等级和结构特征。
同步发电机的单机容量可用下式计算：
nl D KAB P i 2
δ=P 为单机容量；六个影响单机容量的因素：
K 为常数，不可改变；
n 为额定转速，r/min ，一般也不可改变；
i D 定子内径，m ，因为转子中心孔所受应力与直径的3次方成正比，所以受转子材料的机械
强度的限制不宜过大。
l 为定子铁心有效长度，m ，因转子的长度与直径的比例不能太大，所以受转子刚度、挠
度的限制不宜过大。
Ｂδ为气隙磁通密度，T，受硅钢片饱和的影响不宜过大。
A为定子线负荷，A/mm，是提高单机容量的唯一途径，可以通过冷却技术来提高定子线负荷，从60A/mm提高到200～250A/mm，再提高有相当难度。
目前正研究“超导”材料，转子绕组采用“超导”材料，定子绕组采用常导材料，因“超导”励磁绕组可以产生高于常导励磁绕组产生的气隙磁密，无需定子和转子铁心，所以定子绕组可作成无槽气隙绕组，其空间利用率及线负荷大大提高，单机容量可达3600MW；
上表示出了常见汽轮发电机冷却方式与容量的关系。以下3表分别是国产汽轮发电机单机表进口300MW汽轮发电机组的技术指标
表国产300MW汽轮发电机组的技术指标
容量增长情况、进口300MW、600MW机组技术经济指标和国产300MW、600MW机组的主要参数。表引进型600MW汽轮发电机组的技术指标
表世界各国600MW汽轮发电机组的技术指标㈠
表世界各国600MW汽轮发电机组的技术指标㈡
发电机主要有以下部件：定子（绕组及铁心）、转子（绕组及铁心）、机座、励磁系统、冷却系统、油循环系统及监测系统（温度、电流等）等；
下图是我国QFSN-300-2型30万kW和QFSN-600-2型型60万kW发电机组的侧面图。
大型汽轮发电机通常采用卧式轴，实行一轴三机，即同一个轴上同时有发电机、主励磁机和副励磁机。副励磁机采用永磁性转子，定子发出400～500Hz的交流经可控硅整流后给主励磁机励磁，主励磁机则发出100Hz的交流经可控硅整流后给同步发电机，QFSN-300-2 型30万kW发电机组就是采用这种三机励磁方式。
有些发电机的主励磁机采用定子励磁，三相绕组装在转子上，三相电流顺转轴引到同轴旋转的整流装置整流送到发电机励磁绕组，采用了无刷励磁。QFSN-600-2型60万kW发电机组多采用静止励磁（自并励）方式或无刷励磁方式。江苏利港发电厂60万kW发电机采用自并励励磁方式。㈠定子
定子由定子铁芯、定子绕组(也叫电枢绕组)、机座、端盖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0.5mmn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压板和抱紧螺杆压紧固定于机座上。如图是60万kW发电机组的定子局部图。
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动势差和涡流，整个绕组对地绝缘，如图是水冷定子线棒断面图。
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，并和其他部件一起形成密闭的冷却系统。
㈡转子
转子由转子铁芯、转子绕组(也叫励磁绕组)、滑环、转轴等部件组成。对于一对磁极的汽轮发电机，其转速达3000r/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，如图为300MW汽轮发电机转子外形图。
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，一种为辐射排列，一种是平行排列，如图所示。我国生产的电机都采用辐射形槽。占转子表面1/3的不开槽部分形成一个大齿，大齿的中心实际为磁极中心。
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。
如图为日立600MW汽轮发电机双路斜流通风风路和ABB600MW汽轮发电机转子通风及开口槽断面图。
㈢通风冷却系统
介绍几种典型的通风冷却系统。
⒈半轴向通风的冷却系统如图。
定子铁芯和转子绕组都采用半轴向通风的冷却系统，此种通风系统如图所示。冷却器5置于电机中部，经冷却器冷却后的冷氢，由汽端(即汽轮机侧的发电机端部)风扇4迫使其分成两路。其中一路直接进入汽端铁芯2和转子绕组轴向冷却风道，另一路经机壳上的风道送至励端(即发电机的励磁机侧)进入铁芯和转子绕组的另一半轴向冷却风道。汽励两端进入铁芯和转子绕组的氢气都从铁芯中段径向风道排出。排出的热氢再进入冷却器，这就完成了机内氢气的循环冷却功效。
这种发电机冷却结构在石洞口二电厂的进口机组美国ABB公司生产的600MW发电机上采用，意大利ANSALDO公司等厂家也采用。
⒉定子铁芯轴向通风和转子绕组半轴向通风的冷却系统
平圩电厂600MW水氢氢冷汽轮发电机(引进美国WH公司技术)采用这种冷却系统。其通风冷却结构类似下图所示(平圩电厂发电机的两组立式氢气冷却器布置在发电机汽端两侧)。风路由转子护环6外汽端的五级轴流式高压头风扇5抽的热氢，首先进入设置在汽端的冷却器4，冷却器出来的冷风分为两路:一路经铁芯背部流到励端水母管2，一部分进入定子铁芯3的全轴向通风道，在汽端排出，另一部分进入转子绕组1的端部和轴向风道，分别在转子本体端部排气槽和转子中部径向排至气隙;另一路冷风转弯经风路隔板和汽端端盖间的风路进入汽端转子绕组端部和轴向风道，分别在转子本体端排气槽和转子中部径向排至气隙。铁芯的轴向出风和转子的气隙出风 (热氢)都被高压头风扇抽出再进入冷却器，完成氢气的机内循环冷却功效。为防止励端风路短路，在励端铁芯端部的气隙处设有气隙隔环。
⒊定子铁芯径向通风和转子绕组气隙取气斜流通风的冷却系统
这种通风系统也称为定、转子藕合的径向多流式通风系统。
山东邹县电厂日立公司产的600MW水氢氢冷汽轮发电机的通风系统如下图所示。定子铁芯径向通风冷却，转子绕组采用气隙取气双排斜流通风(一风斗二路)冷却方式。定子铁芯和
转子绕组采用"五进六出"相对应的通风结构，即沿发电机轴向长度分为五个进风区和六个出风区，进出风区交替布置。机座内设有四个冷却器，分别布置在励端和汽端两侧。经冷却器
冷却后出来的冷氢，由汽端和励端的风扇送到各个进风区，冷却定子铁芯和转子绕组后都经铁芯的径向风道排向出风区，再进入冷却器，完成机内氢气循环冷却功效。
优化设计的国产QFSN-600-2YH型水氢氢冷汽轮发电机，定、转子沿轴向有11个风区，为带有气隙隔环的“五进六出”的定、转子径向藕合的多路(流)通风系统。东方电机厂生产的(采用GE技术)和北仑港电厂的(日东芝产-GE技术)600MW汽轮发电机，则是采用带有气隙隔环的“六进七出”的多路通风结构，定、转子沿轴向共有13个风区。
㈣供气系统采用氢冷方式的汽轮发电机需要建立专用的供气系统。
供气系统应保证：给发电机充以氢气和空气；进行两种气体的置换，补充漏气；自动监视和保持氢气压力和纯度。如图为QK
-300-1型供气系统，各种不同型号的汽轮发电机，供气系统
3
基本上相同，其主要特性如下。
⑴氢气由中央制氢站或储氢罐提供。
⑵输氢管道上设置有自动氢压调节阀保持机内为额定氢压。当机内氢气溶于密封回油被带走而使氢压下降或机内氢气纯度下降需要进行排污换气时，可通过调节阀自动补氢。
⑶设置一只氢气干燥器，以除去机内氢气中的水分，保持机内氢气干燥和纯度。
⑷设置一套气体纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度。有的系统中可能专设一套换气分析仪和换气纯度计，专门用于监视换气的完成情况。
⑸在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳 (或氮气)作为中间介质，用间接方法完成，以防止机内形成空气与氢气混合的易爆炸气体。
下图为利港发电厂供气系统图。供气系统的组成：制氢站、供气管路、排气管路、氢气过滤器、液位控制器、气体状态监测仪表、氢气干燥器、气体控制屏等。
氢气走向：氢气干燥器→发电机低压区→发电机冷却→发电机高压区→氢气干燥器，以保持氢气的干燥；
补偿：制氢站（或储氢钢瓶）→母管→氢气过滤器→发电机氢气总管，以保持氢气压力恒定；
监测：发电机高压区→气体分析器→发电机，以保持氢气纯度。
利用二氧化碳CO 2（氮气N 2）进行发电机充氢或排氢的过程（江苏利港发电厂使用CO 2）： ①充氢时，先用二氧化碳CO 2（氮气N 2）置换发电机中的空气，当中间气体纯度达到85%CO 2
（或95%N 2），再换氢气；
②排氢时，先用二氧化碳CO 2（氮气N 2）置换发电机中的氢气，当中间气体纯度达到95%CO 2
（或97%N 2），再换空气；当中间气体纯度达到15%时，停止排气。 以上是两种600MW 汽轮发电机组的供气系统图。
㈤供水系统采用水冷方式的汽轮发电机需要建立的供水系统，主要用于定子的冷却。 对大容量水氢氢冷汽轮发电机定子绕组，对供水系统要求：
①冷却水应有良好的介质特性，装设离子交换器和过滤器； ②管道运行畅通，具有高度可靠性；
③具有良好的密封性，特别在发电机内不允许泄漏，故应保持一定的氢、水压。 ④供给额定的定子绕组冷却水流量。
⑤控制进入定子绕组的冷却水温度达到要求值。
⑥保持高质量的冷却水质(除盐水，又称凝结水)。要求冷却水的电导率低于5μS/cm （S 为西门子），最高不大于10μS/cm(25℃时)，否则应停机。
水氢氢冷发电机定子绕组的水冷系统都大同小异。如图是典型供水系统。
供水系统的组成：2个水冷却器、2台水泵、3个过滤器、离子交换器、水箱和一系列指示仪表
及信号器等。
供水走向：水箱→水泵→水冷却器→滤网→发电机定子→水箱；例如利港发电厂600MW汽轮发电机组进水温度45~50℃，出水温度71℃，供水系统的流量为105t/h；
为防止水分浸入发电机导致绕组受潮，要使水压低于氢压；但氢气则可能进入水中，为此，水箱装设气水分离系统，通过排气管道排出；
冷却水的补充：补充水→电磁阀S→离子交换器→过滤器→水箱；
供水系统的信号：水泵停止、液位过高或过低、水温过高、电导率过高、氢水压差过低等均发信号。
上图为利港发电厂和其他发电厂的供水系统图。
㈥密封油及供油系统
发电机转轴与端盖之间的密封装置称轴封。它的作用是防止外界气体进入电机内部或阻止氢气从机内漏出，以保证电机内部气体的纯度和压力不变。所有的氢冷发电机都采用“油密封”装置，为此需要一套供油系统称为密封油系统。
采用油进行密封的原理是，在高速旋转的轴与静止的密封瓦之间注入一连续的油流，形成一层油膜来封住气体，使机内的氢气不外泄，外面的空气不能侵入机内。为此，油压必须高于氢压，才能维持连续的油膜，一般只要使密封油压比机内氢压高出0.015MPa就可以封住氢气。从运行安全上考虑，一般要求油压比氢压高0.03～0.08Mpa，（例如江苏利港发电厂油压比氢压高0.084Mpa）。为了防止轴电流破坏油膜、烧伤密封瓦和减少定子漏磁通在轴封装置内产生附加损耗，轴封装置与端盖和外部油管法兰盘接触处都需加绝缘垫片。目前应用的油密封结构足以使机内氢压达0.4～0.6MPa。
供油系统除满足油量、油温、油压外还应满足：
①系统密封性好，不漏气；
②当供油系统破坏时，密封部件和轴应完好无损；
③保证密封瓦温度不超过规定的75℃；
④防止油经过密封部件漏入发电机内。
如上图是典型供油系统。供油系统应有两个独立的油路系统。下图为利港发电厂的供油系统图。
⒈空气侧油系统
油走向：主油泵（2MPa）→射油器（0.8MPa）→油冷却器→过滤器→压差阀→发电机密封瓦空气侧油环→空侧回油箱→主油箱；
空侧回油箱：进行空气、油分离；
直流、交流油泵：保证供油可靠性；
⒉氢气侧油系统
油走向：氢侧回油箱→交流油泵→油冷却器→过滤器→分为汽端和励端两路→两个压差阀
→发电机密封瓦→氢侧回油箱；
氢侧回油箱：进行氢、油分离；
直流油泵：保证供油可靠性；
供油系统的组成：氢侧回油箱、空侧回油箱、4台油冷却器、4台油泵、射油器及滤油器。油密封从结构上可分为盘式(径向轴封)和环式(轴向轴封)两种。600MW 机组都采用环式油密封。环式油密封主要有三种:单流环式、双流环式和三流环式，每一种又有不同的具体结构，以下是这三种环式油密封的结构图。
一、单流环式油密封如下左图所示。 二、双流环式油密封如下右图所示。 三、三流环式油密封如下图所示。
第二节 同步发电机的工作原理
一、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原动机转轴上的动能通过磁场转换成为电能的。
图7-1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A －X 、B －Y 、C －Z 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（如图所示）。因此，三相感应电动势在时间上也差120°电角度，发电机发出的就是对称三相交流电，即
???
???-=?-==)
240sin()120sin(sin t E e t E e t E e m A
m B m A ωωω （7-1 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)则感应电动势每秒钟交变
60
pn 次，即感应电动势的频率为
60
pn f =
(Hz) (7-2)
式(7-2)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p f n 601=,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、同步发电机的额定参数
1、额定容量N S 或额定功率N P
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(kV A)或兆伏安(MV A)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、额定电压N
U
额定电压是指发电机额定运行时，定子三相绕组的线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。 3、额定电流N I
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N ?cos
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
N ?cos 值。
14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？ 答案： 14-3 2p=40 14-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar
15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？ 15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) * 0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ， 4.18=θ 15-11 0 2.2846E * =, 013.85kv E =，32.63θ= 15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I = 16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？ 16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组Y 接法，额定容量S N =7500kV A ，额定电压U N =6300V ，额定功率因数cos φN =0.8（滞后），频率f =50Hz 。由实验测得如下数据： 空载实验 短路实验测得N k I I =时，A 208fk =I ，零功率因数实验I =I N ，U =U N 时测得A 433fN0=I 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性求出X σ和I fa ；（3）额定运行情况下的I fN 和u ?。 16-5 一台15000kV A 的2极三相Y 联接汽轮发电机， kV 5.10N =U ，8.0cos N =?（滞 09.2*** （2）额定负载时的励磁电流标么值。
2.1同步发电机数学模型及运行特性 本节主要阐述同步发电机稳态数学模型及运行特性：包括向量图、等值电路与功率方程以及功角特性。 2.1.1 同步发电机稳态数学模型 理想电机假设： 1）电机铁心部分的导磁系数为常数； 2）电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差120度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称； 3）定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布； 4）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。 同步电动机是一种交流电机，主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。“同步”之名由此而来。 同步发电机是电力系统中的电源，它的稳态特性与暂态行为在电力系统中具有支配地位。虽然在电机学中已经学过同步电机，但那时侧重于基本电磁关系，而现在则从系统运行的角度审视发电机组。 1.同步发电机的相量图 设发电机以滞后功率因数运行，三相同步发电机正常运行时，定子某一相空载电势Eq，输出电压或端电压U和输出电流I间的相位关系如图2-1所示。δ是Eq领先U的角度，称为功角，是功率因数角，即U与I的相位差， Eq与q轴（横轴或交轴）重合，d为纵轴或直轴。U和I的d、q分量为： 图 2-1电势电压相量图 电机学课程中已经讨论过，端电压和电流的分量与Eq间的关系为： （2-3）
功率因素=有功功率/ 视在功率 视在功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方 何谓发电机进相运行有何注意事项 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功, 定子电流滞后于端电压一个角度, 此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使 发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功, 定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度, 此种状态即进相运行. 同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少, 发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大, 比值整步功亦相应降低, 发电机静态稳定性下降. 其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运
等有关. 进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大. 特别是大型发电机线负荷高, 正常运行时端部漏磁比较大, 端部铁芯压指连接片温升高, 进相运行时因为漏磁增大, 温升加剧. 进相运行时发电机端部电压降低, 厂用电电压也相应降低, 如果超出10%,将影响厂用电运行. 因此, 同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度. 即在供给一定有功状态下, 吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定各部件温升不超限, 并能满足电压的要求. 发电机进相运行受哪些因素限制. 当系统供给的感性无功功率多于需要时, 将引起系统电压升高, 要求发电机少发无功甚至吸收无功, 此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行. 制约发电机进相运行的主要因素有: (1)系统稳定的限制
(2)发电机定子端部件温度的限制 (3)定子电流的限制 (4)厂用电电压的限制 为什么汽轮发电机进相运行时, 定子端部铁芯严重发热 汽轮发电机运行时, 定子绕组端部的漏磁场也是以同步转速对定子旋转的,其漏磁场的一部分是经过定子绕组端部空间, 转子护环,气陷及 定子端部铁芯构成磁路的, 因此使定子端部铁芯平面上产生涡流而发热.此外,励磁绕组紧靠护环,因此它的漏磁场主要经护环闭合, 当进相运行时, 由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱, 于是护环的饱和程度下降,减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组, 从而使定子端部漏磁场增大,铁笋加大, 致使定子端部铁芯严重受热.
大型高压同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，在各行各业得到广泛应用。我公司球磨机用同步电动机曾在一段时期内频繁损坏，直接影响到我公司的生产和设备的安全运行。因此正确分析判断同步电机的故障原因，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。 一、事故征象 我公司现有16台1300KW/6KV同步电动机。在2000年以前平均每年要出现2～3次电机烧损的事故。其事故主要征象为：定子绕组端部绑线崩断，电机定子绕组过热，起动绕组笼条开焊、断裂，电机起动及运行中出现异常声响，经常启动失败等现象。 尤其是在1999年1月12日我公司7#同步电动机运行过程中突然放炮，造成7#同步电动机定子线圈局部严重烧坏，高压电缆接头烧损，电流互感器崩坏，由于7#同步机脱扣装置拒动，保护不能正常动作，持续大电流引起密地变电所密27选Ⅱ线保护动作跳闸，影响到选Ⅱ所带其它用电设备停机。 二、事故原因的基本判断分析 1、电机质量分析： 电机的正常使用寿命一般应在20年左右。统计我公司所损坏的同步电动机，运行寿命大多在10年以下，尤其是这台7#同步电动机大修后，投运仅4个月便出现了这次放炮烧损事故。 在事故分析中，部分电气技术人员将事故的主要原因归结到电机的大修上。这种大面积的电机损害事故，将事故原因归结到电机质量上，我对此提出异议。建议将视线转移到对励磁系统的分析上；事实证明，电机修理厂在电机返修中对其重点部位进行了种种加强措施，甚至于提高了绝缘等级，但效果并不显著。损坏事故仍不断出现。 2、励磁系统原因分析： 针对同步电动机起动运行过程中发生异常声响、电机定子绕组过热、起动绕组笼条开焊、断裂等诸多现象，在排除电机质量原因引起事故的条件下，有必要对现行的励磁系统进行合理的分析，从而找出电机频繁损坏的真正原因：励磁系统设计不合理。 三、励磁系统存在的主要问题与电机故障原因的内在联系 1、励磁装置起动回路设计不合理，使同步电机经常处在脉振情形下起动。 原主电路为桥式半控励磁装置，其原理图如图1所示。 电机在起动过程中，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if；而其负半波则通过KQ及RF形成回路，产生-if。由于负载电路不对称，形成+if与-if 电流不对称，if曲线如图2所示。电机定子电流因此也产生强烈脉振，其曲线如图3。电机因而遭受到脉振转矩的强烈振动。造成整个厂房大厅内都可以听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失。
大型同步发电机进相运行的分析 刘俊宝 河北大唐国际王滩发电有限公司河北唐山063611 摘要：介绍了同步发电机进相得原理，综述了同步发电机主要考虑的端部发热温升、厂用电压限制、功角稳定、低了励限制等几方面的限制因素。同时，提出了同步发电机进相得注意事项，并论述了同步发电机进相运行时，操作人员的处理措施，为运行操作人员进行事故处理时提供了良好的理论基础。 关键词：同步发电机；进相运行；制约因素；事故处理 中图分类号：TB857文献标识码：A 同步发电机进相运行的原理 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行.根据发电机的进相深度，发电机处于静态稳定或暂态稳定运行状况，未达到发电机诗词保护动作区，发电机可维持短时运行。 制约发电机进相运行的主要因素 1）发电机定子端部发热温升。 发电机进相运行，定子电流增加，定子发热增大；发电机进相，端部漏磁通变化比增大，使得端部发热最严重。当发热量大于散热量时，发电机定子线圈温度持续上升。 （2）电网功角稳定 在相同的有功出力下，进相程度（称为深度）越大，即功率因数角就越大，从而功角就越大。从发电机的运行特性来说，功角过大，就会导致发电机进入不稳定工作区域，故此一般发电机均设有关于功角的限制实际电网发电机的功角限制为70°。 （3）低励限制设定 由于励磁电流的减小，不得不提到最小励磁电流限制，一旦励磁电流小到一定的值，将导致发电机失磁运行或可能导致发电机进入不稳定区域（可能造成失步等）。 （4）厂用电电压的限制 发电机正常运行过程中即发有功也发无功，在滞相运行过程中发电机发出感性无功，感性无功在发电机的磁场中起增磁作用，当发电机进项运行后发电机吸收网上无功，此时发电机无功变为容性无功，在发电机磁场中起去磁作用，从而导致端电压下降，进而厂用电电压也大幅下降。 发电机进相运行的注意事项 （1）发电机进相运行时，发电机励磁调节器应运行在自动方式，发电机励磁调节器低励限制器及发电机失磁保护投运正常。 （2）发电机进相运行时，应根据中调要求，按值长命令调节发电机进相深度。若因网上电压高，发电机自动进相运行，应对发电机各参数加强监视。 （3）在增、减发电机励磁时，速度要缓慢，切忌快速大幅度调节，进相运行的限制值目前控制在-50Mvar和-80Mvar之间，且始终保持小于低励限制动作值。 （4）在降低发电机励磁时，若低励限制器动作，应立即停止降低发电机励磁，适当增加发电机励磁。 （5）发电机进相运行时，要注意监视发电机的静稳定情况，发电机各表记指示正
三相同步发电机的运行特性 、实验目的 1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二、预习要点 1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2、这些基本特性各在什么情况下测得？ 3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三、实验项目 1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 2、空载实验：在n=n N、I=0 的条件下，测取空载特性曲线U0=f(I f) 。 3、三相短路实验：在n=n N、U=0 的条件下，测取三相短路特性曲线I K =f(I f)。 4、纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cosφ≈的0条件下，测取纯电感负载特性曲线。 5、外特性：在n=n N、I f=常数、cos φ =1和cos φ =0.8滞(后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I) 。 6、调节特性：在n=n N、U=U N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f(I) 。 四、实验方法 1 2、屏上挂件排列顺序 D34-2、D52、D51 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。 测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1 中。
源 电 磁 励 2 5 ＋D ＋D 图 5-1 三相同步发电机实验接线 图 4、空载实验 (1) 按图 5-1 接线， 校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发 电机Ｇ Ｓ旋转， ＧＳ的定子绕组为 Y 形接法 (U N =220V) 。R f2用 R4 组件上的 90Ω与 90Ω 串联加 R6 上 90Ω 与 90Ω并联共 225Ω 阻值， R st 用 R2 上的 180Ω 电阻值， R f1用 R1 上的 1800Ω电阻值。开关 S 1， S 2 选用 D51 挂箱。 (2) 调节 D52 上的 24V 励磁电源串接的 R f2 至最大位置。调节 MG 的电枢串联电阻 R st 至最大值， MG 的励磁调节电阻 R f1 至最小值。开关 S 1、S 2 均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋 转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在 “关 ”断的位置，作 好实验开机准备。 (3) 接通控制屏上的电源总开关， 按下 “启动 ”按钮,接通励磁电源开关， 看到电流表 A 2有励磁电 流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关 ,起动 MG 。MG 起动运行正常后 , 把 R st 调至最小，调节 R f1使 MG 转速达到同步发电机的额定转速 1500 r/min 并保持恒定。 (4) 接通 GS 励磁电源，调节 GS 励磁电流 (必须单方向调节 )，使 I f 单方向递增至 GS 输出电压 U 0≈ 1.3U N 为止。 (5) 单方向减小 GS 励磁电流，使 I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流 I f 和相应的空载电压 U 0。 (6) 共取数据 7～9 组并记录于表 5-2 中。 表 5-2 n=n N =1500r/min I=0 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I(mA) 48.1 26.7 33.8 33.8 26.7 40.8 26.7 33.5 47.1 U(V) 0.76 0.42 0.53 0.53 0.42 0.64 0.42 0.53 0.74 R(Ω) 63.3 63.6 63.8 63.8 63.6 63.8 63.6 63.2 63.6 COSФ R L S 1 R L A R L I C R f2 ＋ x A MG X ＋ y B V 1 C 同步电机 励磁绕组 同步电机 电枢绕组 TG R t s 源 电 磁 励 GS 3~ 励磁绕组
发电机的进相运行，是由于系统电压太高，影响电能质量，而采取的一种运行方式。目的是为了让发电机吸收系统无功功率，从而达到降低系统电压作用，这是由调度部门下令执行的。发电机能不能进相运行，取决于发电机的无功进相能力。由于制造工艺和安装质量不一样，每台机的进相情况是不同的。每台机都必须单独做进相试验，然后得出在不同负荷下的进相深度，再将这些数据写入运行规程，一般情况都是这样的。在做进相试验时.先是维持发电机有功负荷某一固定值(如空载，50%，75%，100%)，再按要求的速度进行减磁.直到励磁调节器低励限制动作为止，记录各点的相关数据。目的是为了在不破坏机组静态稳定性前提下，得出机组对系统调压的能力。 发电机进相试验专题 鉴于电网内发电机进相试验的广泛开展，本贴专门讨论发电机进相试验有关问题，并不定期上传进相试验相关资料。希望大家积极参与。 何谓发电机进相运行?发电机进相运行时应注意什么?为什么? 答:所谓发电机进相运行,是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态。 发电机进相运行时,主要应注意四个问题:一是静态稳定性降低;二是端部漏磁引起定子端部温度升高;三是厂用电电压降低;四是由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷。 ⑴进相运行时,由于发电机进相运行,内部电势降低,静态储备降低,使静 态稳定性降低。 ⑵由于发电机的输出功率P=EdU/Xd•Sinδ,在进相运行时Ed、U 均有所降低,在输出功率P不变的情况下,功角δ增大,同样降低动稳定水平。 ⑶进相运行时由于助磁性的电枢反应,使发电机端部漏磁增加,端部漏磁引起定子端部温度升高,发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时,由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大,导致定子端部温度升高⑷厂用电电压的降低: 厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线,进相运行时,由于发电机励磁电流降低和无功潮流倒送引起机端电压降低同时造成厂用电电压降低。 离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，如220 kV、330 kV和500 kV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为130kvar、400 kvar和1 000～1 300 kvar。加之，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。因此，在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时，其过剩无功必导致电网电压升高，甚至超过运行电压容许的规定值，不仅影响供电的电压质量，还会使电网损耗增加，经济效益下降。发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率，降低系统电压。发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段，便可扩大系统电压的调节范围，改善电网电压的运行状况。该方法操作简便，在发电机进相运行限额范围内运行可靠，其平滑无级调节电压的特点，更显示了它调节电压的灵活性，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。
三相同步发电机的运行特性 一、实验目的 1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二、预习要点 1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2、这些基本特性各在什么情况下测得？ 3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三、实验项目 1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 2、空载实验：在n=n N、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(I f)。 3、三相短路实验：在n=n N、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I K=f(I f)。 4、纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。 5、外特性：在n=n N、I f=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。 6、调节特性：在n=n N、U=U N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f(I)。 四、实验方法 2、屏上挂件排列顺序 D34-2、D52、D51 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻 被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。 测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1中。
图5-1 三相同步发电机实验接线图 4、空载实验 (1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y 形接法(U N =220V)。R f2用R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用R2上的180Ω电阻值，R f1用R1上的1800Ω电阻值。开关S 1，S 2选用D51挂箱。 (2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的R f2至最大位置。调节MG 的电枢串联电阻R st 至最大值，MG 的励磁调节电阻R f1至最小值。开关S 1、S 2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。 (3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A 2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG 。MG 起动运行正常后, 把R st 调至最小，调节R f1使MG 转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min 并保持恒定。 (4) 接通GS 励磁电源，调节GS 励磁电流(必须单方向调节)，使I f 单方向递增至GS 输出电压U 0≈1.3U N 为止。 (5) 单方向减小GS 励磁电流，使I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流I f 和相应的空载电压U 0。 (6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中。 z
同步发电机的基本结构和工作原理 一、同步发电机的类型 同步发电机按其原动机的不同，可分为汽轮发电机和水轮发电机两种。在火电厂中，用汽轮机作为发电机的原动机，转速高（常为1500~3000r/min）；在水力发电站中，用水轮机作为发电机的原动机，转速低（通常在1000r/min以下）。按发电机转子结构的不同，同步发电机可分为隐极式和凸极式两种，如图1-1所示。隐极式转子呈圆形，转速高，转子直径小，但长度长，汽轮发电机通常为隐极式。凸极式转子具有突出的磁极，发电机的励磁绕组绕在磁极上，转速低，常用于水轮发电机。按发电机与原动机的连接方式不同，同步发电机又有立式和卧式之分，汽轮发电机均为卧式的，水轮发电机两种型式都有；按冷却介质及冷却方式可分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却和混合冷却方式等；按照发电机励磁方式来分，同步发电机可分为他励方式和自励方式；按发电机旋转部分划分，有旋转磁场式和旋转电枢式，以旋转磁场式发电机居多，其电枢绕组是定子的一部分，又叫定子绕组。 图1-1 （a）隐极式；（b）凸极式 二、同步发电机的基本结构 同步发电机由定子(固定部分)和转子(转动部分)两部分组成。 1.定子 定子是同步发电机的电枢部分,用以产生三相交流电能。定子由定子铁芯、定子绕组、机座等组成。定子铁芯由内圆冲有嵌线槽的硅钢片叠装而成,定子绕组用绝缘扁铜线或漆包线绕制而成,并三相对称地嵌放在定子铁芯槽内,如图1-1、图1-2所示。定子三相绕组通常接成星形,机座是用来固定铁芯和承受荷重的 2.转子 由上述,同步发电机的转子有两种结构型式,即凸极式和隐极式。 水轮发电机的转子是凸极式,凸极式转子由磁极铁芯、磁轭、励磁绕组、转子支架、转轴等主要部分组成。磁极是用1~1.5mm厚的钢板冲成磁极冲片后铆装成一个整体。在磁极铁芯上套有励磁绕组。励磁绕组是由扁铜线绕成,匝间垫有绝缘,励磁绕组与磁极本身之间隔有绝缘。各励磁绕组串联后接到滑环上。磁轭通常由整块钢板或用铸钢做成,它用来固定磁极,是磁路的一部分。
发电机进相运行 一、什么是发电机进相运行 发电机进相运行是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态，属于机组异常运行的一种状况。当发电机励磁系统由于AVR原因或故障，或人为降低发电机的励磁电流过多，使发电机由发出感性无功功率变为吸收系统感性无功功率，定子电流由滞后于机端电压变为超前于机端电压运行，这就是发电机的进相运行。进相运行也就是现场经常提到的欠励磁运行（或低励磁运行）。此时， 1. 2. 3. 汽轮发电机有较大的进相运行能力。 四、发电机进相运行时为什么会引起定子端部温度升高？ 进相运行时由于助磁性的电枢反应，使发电机端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部温度升高，发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时，由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大，导致定子端部温度升高。 五、发电机进相运行时应注意什么？ 发电机进相运行时，主要应注意四个问题：
①静态稳定性降低； ②端部漏磁引起定子端部温度升高； ③厂用电电压降低； ④由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加，易造成过负荷。 六、发电机进相运行的必要性 超高压远距离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，如220KV、330KV和500KV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为130kvar、400kvar和1000～1300kvar。加之，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需 作简便， ,此种 定子电 率，但其定子电压要下降。发电机进相运行会受到下列因素的限制： ①发电机的静稳定和动稳定限制； ②发电机的暂态和动态稳定限制； ③低励磁不稳定的限制。
第3节 同步发电机的运行特性 一、填空题 1、同步发电机单机运行时，输入转矩和磁力电流保持不变，当有功负载（ 0>?）增加时，端电压U ，频率 ；当无功负载（ 0>?）增加时，端电压 U ，频率f 。 2、同步发电机的短路比可借助于 和 两条特性曲线来求取。 3、同步发电机稳态短路时，空载电动势是用来平衡 ，而气隙电动势来平衡 。 4、一台同步发电机带8.0cos =?的阻感性负载运行，若定子电流减小，发电机端电压 ，为保持电压额定值不变，励磁电流要 。 5、同步发电机带纯电阻负载时，从外特性曲线可知，若电枢电流增加，端电压会 ， 其主要原因有内功率因数角ψ ，仍有一部分 作用的结果。 6、影响同步电动机电压变化率的因素，有 和 。 二、选择题 1、同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 （A ）漏阻抗较大； （B ）短路电流产生去磁作用较强； （C ）电枢反应产生增磁作用； （D ）同步电抗较大。 2、测定同步发电机短路特性时，如果转速降低N n 8.0时，测得的短路特性 。 （A ）不变 （B ）提高0.8倍 （C ）降低0.8倍 三、问答题 1、简析同步发电机在短路特性曲线为什么是一条直线？ 2、保持励磁电流不变，电枢电流N I I =，发电机转速恒定，试分析：①空载；②纯阻负载；③纯感负载；④纯容负载（设容抗大于发电机的同步电抗）时发电机端电压的大小？欲保持端电压为额定值，应如何调节？ 3、同步发电机带上（>0°）的对称负载后，端电压为什么会下降，试从电路和磁路两方面加以分析？ 4、什么叫短路比？它和同步电抗有何关系？它的大小对电机的运行性能和制造成本有何关系？
发电机进相运行参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
发电机进相运行参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 功率因素=有功功率/视在功率 视在功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方 何谓发电机进相运行?有何注意事项? 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功, 定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐 渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统 吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角 度,此种状态即进相运行. 同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅 度减少,发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看,在有功 不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发
电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关. 进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大.特别是大型发电机线负荷高,正常运行时端部漏磁比较大,端部铁芯压指连接片温升高,进相运行时因为漏磁增大,温升加剧.进相运行时发电机端部电压降低,厂用电电压也相应降低,如果超出10%,将影响厂用电运行. 因此,同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度.即在供给一定有功状态下,吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定,各部件温升不超限,并能满足电压的要求. 发电机进相运行受哪些因素限制. 当系统供给的感性无功功率多于需要时,将引起系统电压升高,要求发电机少发无功甚至吸收无功,此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行. 制约发电机进相运行的主要因素有:
编号：SM-ZD-83725 发电机进相运行 Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制：____________________ 审核：____________________ 时间：____________________ 本文档下载后可任意修改
发电机进相运行 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 功率因素=有功功率/视在功率 视在功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方 何谓发电机进相运行?有何注意事项? 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行. 同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少,发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看,在有功不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关. 进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大.特
太阳纸业热电厂150MW机组 发电机进相运行试验报告 （A版/0） 山东电力研究院 山东中实易通集团有限公司 2008年2月
参加工作单位：山东电力研究院 山东中实易通集团有限公司 太阳纸业热电厂 工作人员：张维超、孙善华等 项目负责人：张维超 工作时间：2008年2月15日至2008年2月16日编写： 审核： 批准：
随着山东电网装机容量的增加，输电线路的容量和距离不断扩大，线路相间和对地电容相应地增大，系统的容性负荷大量增加。在负荷低谷时，系统发出的总感性无功可能超过用户的感性无功和线路的无功损耗总和，导致电网局部电压超出容许范围，影响电网设备的安全运行。为吸收系统多余无功调整电网电压，一般采用并联电抗器或调相机的办法，但这不仅增加了设备投资，而且增加了损耗。如果降低发电机的励磁电流，使发电机由通常的定子电流滞后于机端电压（发电机向系统提供感性无功）的迟相运行，转变为由于欠励磁使发电机的定子电流超前定子电压（发电机从系统吸收感性无功）的进相运行，也可以达到同样目的。显然，这种方式比使用电抗器或调相机节约投资和能耗，而且操作也很简便。为此调度中心要求新建及改造机组在投产前做进相运行试验，利用试验结果指导机组的实际运行，确保系统电压控制在允许范围内。 太阳纸业热电厂#1发电机为空气冷却方式发电机，2008年2月，由山东电力研究院负责，电力研究院、太阳纸业热电厂双方共同对#1发电机进行了进相运行试验，以确认该机的进相运行能力。 2．试验依据的标准 GB/T 1029-2005 《三相同步电机试验方法》 《WX21－D85LLT型汽轮发电机技术数据及有关说明》 GB/T 7064-2002 《透平型汽轮发电机技术要求》 #1发电机运行规程 3．＃1发电机有关参数： #1发电机参数 型号：WX21－D85LLT 额定容量：176.5 MV A 额定功率：150 MW 额定电压：15.75 kV 额定电流：6469 A 励磁电流：1344 A 功率因数：0.85 接线方式：Y 出厂编号：1500018 出品年月：2007.4 制造厂：山东济南发电设备厂 4．试验的有关说明 通常限制发电机进相运行能力的主要因素有三个：发电机的静稳定、定子铁芯端部的温升、厂用电的降低。 为了保证试验的安全，试验时采取以下措施：
三相同步发电机的运行特性实验报告
一、实验目的 1. 掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。 2.学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。 二、实验内容： 1.空载实验：在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载特性曲线Uo=f(If)。 2.三相短路实验：在n=n N，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线I k=f(I f). 3..求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cos?≈0的条件下，测取当I=IN 时的If值。 三、实验仪器及其接线 1.实验仪器如下图所示：
2.实验室实际接线图如下图所示： 图1 实验室实际接线图 四、实验线路及操作步骤： 1. 空载实验 实验接线图如图2所示 图2 实验接线图 实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%U N值左右，读取三相线电压和励磁电流，作为空载特性的第一点。然后单方向逐渐减小励磁电流，较均匀地测取8到9组数据，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压，将测量数据记录于表1中。
表1 空载实验数据记录 n=no=1500转/分 I=0 （1）表1中 U 0=3 AC BC AB U U U ++ U 0*=N U U 0 I f =I ′f +ΔI f0 I I fo f I f = * I f0为U 0= U N 时的I f 值，在本实验室中取U N =400V,I N =3.6A 。 （2）若空载特性剩磁较高，则空载特性应予以修正，即将特曲线的的直线部分延长与横轴相交，交点的横坐标绝对植ΔI f0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔI f0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。如图3所示。 图3 空载特性曲线校正 2.短路实验 实验线路图如图2所示。在直流电动机不停机状态下，并且，发电机励磁电流等于零的情况下，这时合上短路开关K 2，将电枢三相绕组短路，将机组转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机的励磁电流I f ，使电枢电流达到（1.1-1.2）倍额定值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐步减小励磁电流直到降为0为止。其间共同读取5-6组数据，记于表2中。
发电机进相运行分析 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即为发电机的进相运行工况。发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，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，只是拓宽了发电机正常的运行范围。同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。
一、发电机进相运行的限制因素 1、发电机的静态稳定限制; 2、发电机出口电压的限制; 3、6kV厂用电压的限制; 4、发电机定子端部温度的限制; 5、发电机定子电流过负荷限制; 二、发电机进相运行的条件 1、发电机进相应在系统低谷负荷时段，电压偏高时进行。 2、主要辅机运行正常，机组运行稳定。 3、发电机组完成进相试验，具备进相运行条件 三、发电机进相运行的种类 发电机进相运行分两种，一种是调度要求的发电机正常进相，另一种是机组异常情况下的进相。 第一种进相的情况，由于系统无功功率过剩的原因，调度要求发电机进相运行，要注意以下情况： 1. 厂用母线的电压，不能低于额定电压的10%。如6.3KV母线电压不得降至5.7kV以下,380V母线电压不得降至361V，对于发电机出口电压一般不需考虑，因为此时发电机出口电压一般是比较高的。 2. 要加强对发电机各部分温度的监视。定子铁芯温度不高于120℃;定子线圈层间温度不高于120℃;定子线圈出水温度不高于75℃。 3. 要确保发电机冷却系统运行正常。
发电机的调相运行和进相运行 2010-07-11 20:23 发电机的调相运行 在电网的总负载下，即要求供给有效功率，又要求供给无功功率，而如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求，就会引起整个电网的电压下降，不利于电网对动力的负载。 调相运行就是指发电机不发出有功功率，只向电网输出感性无功功率的运行状态，从而起到调节系统功率，维持系统电压水平的作用。 调相运行是发电机工作在电动机状态，它即可以过励磁运行也可以欠励磁运行。过励磁运行时，发电机发出感性无功功率。欠励磁运行时，发电机发出容性无功功率。一般作调相运行时均是指发电机工作在过励磁状态，即发出感性无功功率。 发电机的进相运行： 电力系统在运行过程中，如果无功功率过剩，系统的电压就会升高，影响系统的正常运行，此时需要将发电机调整到进相运行状态，发出有功功率吸收无功功率。起到降低系统电压的作用。使之处于稳定的运行状态，但发电机在进相运行时，也会产生不良的影响。 发电机组在设计时已考虑了不利于正常运行的因素，允许发电机做短时间的进相运行，但不同结构的发电机组在做进相运行时都可能表现出较大的差异。一般发电机在进相运行后，都会出现端部的漏磁比正常情况时有所增加。端部温度升高，而产生振动，而且进相深度越大，端部温度就越高。 进相运行对发电机组的不良影响比较复杂，需要长时间运行才能发现问题。但在检修时，应仔细检查子绕组的上下端部，铁心齿顶，线棒出槽口处和压指部分有无异常 为了平衡系统的无功，一般电力系统都有专门的调相机，以补偿系统无功的需要。也可采用水轮发电机作调相运行，如一些径流式电站或枯水期水源不足的电站，便可用来作调相机。所谓调相运行就是发电机不向电网输送有功，只向电网输送无功。发电机要维持运转，必须消耗一定的有功，可向电网吸收有功维持运转，通过调节励磁，输出无功。但水电站作调相运行值得注意的是，当进水闸门及导叶全部关闭后，若蜗壳内的水未排尽，特别是一些混流式电站，轴流式电站，其尾水位高于蜗壳水位，这时运行中的转轴将会受到较大水阻力的作用，发电机要消耗较大的有功才能维持运转，同时机组还将产生一定的振动。因此一般规定只有在水轮机蜗壳内无水时，发电机才可作调相运行。混流式电站，轴流式机组可以采取压缩空气将涡壳的水压下去或选择冲击式或斜击式水轮发电机作调相运行。发电机在作调相运行时，一般是 吸收1kW有功发出6-8kVar无功。 调相机又称为补偿机，即专供无功功率的同步电机，一般是感性无功；同步电动机运行时可以吸收无功也 可以发出无功，这正是同步电动机的重要优点。
发电机进相运行,是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态。 发电机进相运行时,主要应注意四个问题：一是静态稳定性降低；二是端部漏磁引起定子端部温度升高；三是厂用电电压降低；四是由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷。 发电机低励和失磁是常见的故障形式。造成低励、失磁的原因，主要是励磁回路的部件发生故障、自动励磁调节装置发生故障以及操作不当或由于系统事故造成的。 对各种失磁故障综合起来看，有以下几种形式：励磁绕组开路引起的失磁、励磁绕组短路引起的失磁、励磁绕组经失磁电阻（自同期电阻、异步电阻）引起的闭路失磁以及励磁绕组经电枢或整流器闭路失磁。不论是哪种形式，失磁的发电机将会过渡到异步运行，使转子出现转差、定子电流增大、定子电压降低、有功输出将下降。电气量的这些变化，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身安全。 （1）低励或失磁的发电机，从电力系统吸收无功功率，引起电力系统电压下降。若电压下降幅度太大，将可能会导致电力系统电压崩溃而瓦解。 （2）对于大型发电机组，在失磁后系统将要向其输送大量的无功电流，这将可能会引起电力系统的震荡。 （3）失磁后，由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量的裕度相对降低，转子更易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能在转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。（4）低励或失磁的发电机进入异步运行之后，由机端观测的发电机等效电抗降低，从电力系统中吸收的无功功率增大。低励或失磁前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就越大。因此，在重负荷下失磁进入异步运行后，若不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。 （5）对于直接冷却、高利用率的大型汽轮发电机，其平均异步转矩的最大值较小、惯性常数也相对降低、转子在纵轴和横轴方面也呈现较明显的不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。在这种情况下，将有很大的超过额定值的电磁转矩周期性变化，其最大值可能达到4％～5％，使发电机周期性地严重超速。这些情况，都直接威胁着机组的安全。 （6）低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部和边缘铁芯过热，实际上，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。 发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行. 同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少,发电机电势Eq 亦相应降低.从P-功角关系看,在有功不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关.