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发电厂集控运行技术发电机及励磁系统技术问答题
1、如何解读发电机型号？
发电机的型号表示该台发电机的类型和特点。

我国发电机型号的规定标注法采用汉语拼音法。

下面是几个常用符号的意义：
T （位于第一字）一同步；Q （位于第一或第二字）一汽轮机；Q （位于第三字）一氢冷；F—发电机；N—氢内冷；S 或SS —水冷。

例如：TQN表示氢内冷同步汽轮发电机；QFS表示双水内冷汽轮发电机；QFQS表示定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷的汽轮发电机。

2、同步发电机的基本工作原理是怎样的？
同步电动机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。

在同步发电机的定子铁心内，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120o电角度。

在同步发电机的转子上装有励磁绕组，励磁绕组中通入励磁电流后，产生转子磁通，当转子以逆时针方向旋转时，转子磁通将依次切割定子A、B、C三相绕组，在三相绕组中会感应出对称的三相电动势。

对确定的定子绕组而言，假若转子开始以N极磁通切割导体，那么
转过180o （电角度）后又会以S极切割导体，所以定子绕组中的感应电动势是交变的，其频率取决于发电机的磁极对数和转子转速。

3、发电机有哪些主要参数？
发电机的主要参数有：额定功率；额定电压；额定电流; 额定功率因数；额定频率；额定励磁电压；额定励磁电流；定子绕组连接组别；效率等。

4、汽轮发电机主要由哪几部分组成？
汽轮发电机主要由定子和转子两部分组成。

其中定子主要由机座、定子铁心、定子绕组和端盖等部分组成；转子主要由转子锻件、励磁绕组、护环、中心环和风扇等部分组成。

5、发电机机座的作用是什么？
机座的作用主要是支持和固定定子铁心和定子绕组。

如果用端盖轴承，它还要承受转子的重量和电磁转矩。

同时在结构上还要满足电机的通风和密封要求。

水氢氢冷发电机的机座还要能防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。

6、发电机定子铁心的机构是怎样的？
定子铁心是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。

为了减少铁心的磁滞和涡流损耗，大型发电机的定子铁心常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.35—0.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。

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无机绝缘漆。

定子铁心的叠装结构与其通风方式有关。

采用轴向分段径向通风时，中段每段厚度30—50mm,端部厚度小一些；采用全轴向通风时，沿轴向不分段，在铁心藐部和齿部冲有全轴向贯通的通风孔；采用半轴向通风时，则在中段有若干分段，冷却气体从两端进入藐部和齿部的轴向通风孔，再从中间径向通道流出。

整个定子铁心通过外圆侧的许多定位筋及两端的压指和压圈或压板固定、压紧，再将铁心和机座连接成一个整体。

7、大型发电机定子绕组为什么都采用三相双层短矩分布绕组？
在这一点上，大型发电机与一般交流发电机是一样的，采用三相双层短矩绕组，目的是为了改善电流波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势。

8、为什么大型发电机的定子绕组常接成双星形？
发电机定子绕组接成星形主要是为了消除高次谐波和防止接成三角形时可能出现的内部环流；而接成双星形则是
为了避免每相导体内电流太大。

9、水内冷定子绕组的结构是怎样的？
水内冷定子绕组采用叠式绕组，每个线圈都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓半匝式结构，即在端部线鼻处用对接或并头套焊接成一个整单匝式线圈。

线圈按双层单叠的方式构成绕组的一个带。

绕组每匝线圈的端部（伸出铁心槽外部分）都向铁心的外圆侧倾斜，按渐开线的形式展开。

端部绕组向外的倾斜角为15 —30度左右，形似花篮，故称篮形绕组。

水内冷定子绕组线棒采用聚酯玻璃丝包绝缘实心扁铜线和空心裸铜线组合而成。

一般由一根空心导线和2—4根实心绝缘扁铜线编为一组。

一根线棒由许多组分成2—4排构成。

10、定子绕组的水电接头的结构是怎样的？
水电接头不但要保证定子绕组按电路接通，而且还要让定子冷却水方便地引人和排出，是水冷电机中的关键部件。

水冷定子绕组的水电接头不仅相同，下面就其中结构较简单的一种类型加以说明。

在一个绕组上层，下层线棒的鼻部, 将两线棒的多股实心导分别弯曲。

11、转子护环的作用是什么？
转子护环对转子端部组起着固定、保护、防止变形、位移和偏心的作用。

12、发电机转子上装设阻尼绕组的目的是什么？
装设阻尼绕组的主要目的是减小涡流回路的电阻，提高发电机承受不对称负荷的能力。

13、同步发电机为什么要设冷却系统？
这是因为同步发电机运行时的效率只有98.5%左右，也就是说，有在绝对数值上可观的能量变成热量损耗在机内，使发电机温度升高，因此必须装设冷却系统。

14、运行中的发电机有哪些损耗？
运行中的发电机损耗包括轴承和滑环等的摩擦损耗、空冷或氢冷风扇的风损、铁心中的涡流损耗和磁滞损耗，定子和转子绕组中的铜损耗等。

15、什么是水氢氢冷却方式？
所谓水氢氢冷却方式是指定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷。

16、发电机定子绕组的水路是如何构成的？
以QFSN—300一2型汽轮发电机为例。

它的定子绕组的股线为“四实一空”制空心导体中央通以冷却水，这就构成了一个与电回路共存的水回路。

定子绕组的冷却水从发电机侧面下层用管道引向发电机顶
部，进入圆形回水总管。

水由此分为两路：一路进入 6 个有绝缘瓷套管的导电杆和祝引线，另一路经绝缘引水管流入半匝线圈。

吸收了这些部位的热量后，从汽端汇水管流出，再由发电机顶部水管经发电机侧面流入下层。

17、什么是半匝水路？
所谓半匝水路，是指冷却水在定子绕组内部采用并联单流水路，即水从励端圆形水总管引入端部后分为两个支路并行流向汽端，一路是从下层线棒流过去，另一路是从上层线棒流过去，两者汇合再经绝缘引水管到汽端汇水总管。

18、水氢氢冷发电机定子铁心氢循环系统是如何构成的？
以QFSN—300—2型汽轮发电机（转子采用气隙取气斜流式通风系统）为例，发电机的定子铁心采用径向通风方式, 运行中氢的流向表示在书107页图4-4中。

铁心沿轴向交替地分成9个风区，其中4个是冷风区，
用C表示；5个是热风区，用H表示。

热风经氢气冷却器冷却后，由于热量被水带走而变成冷风，冷风从风扇轴向进入定子各冷风区，再沿定子铁心外圆四周径向流入内圆，进入气隙，这一区域正好是转子的进风斗，将风兜入转子再斜流到相邻的出风斗，经过气隙又从铁心段间的风道径向地流到热风区。

然后再经定子机座外圆的风道汇集，流向发电机两端的氢气冷却器。

19、水氢氢冷发电机转子氢循环系统是如何构成的？
以QFSN—300—2型汽轮发电机为例。

当发电机的转子通风采取气隙气斜流式时，转子和定子一样也分为9个风区, 4进5出，与定子的进出风区 -------- 对应。

转子气隙取气方式，旋转时由于转子表面的进风斗对气隙气流的相对运动形成正压，而出风斗附近为负压，这样就形成了氢气在转子导体槽内流动的压力源。

其中一个风斗的进风供两支风路：一路由右侧长孔斜流向前至槽底；另一路则由左侧长孔斜流向后，也到槽底，最终都折回到相邻的出风区。

20、氢冷发电机密封油系统的任务是什么？
氢冷发电机密封油系统的任务是：防止外界气体进入发电机以及机内氢气漏出，实现转轴与端盖之间密封。

21、氢冷发电机的油密封是怎样实现的？
油密封的实现机理是：以压力油注入密封瓦转轴之间的间隙，在静止部分与转动部分的间隙中形成一层油膜，把空气与氢气隔离开来。

它依靠压力不断地把油压入，以维持稳定的油膜。

为了达到密封作用，油压应比氢压高。

同时油流也起到冷却与润滑密封瓦的作用。

22、什么是双水内冷冷却方式？
所谓双水内冷冷却方式是指定子绕组和转子绕组均采用水
内冷，铁心空冷。

23、双水内冷发电机转子水路是如何构成的？
以QFSN—300—2型汽轮发电机为例。

这种发电机转子的水路如图所示。

冷却水从励磁机轴中心孔压入，通过励磁机与发电机转子间的连轴器进入转子中心孔，再从中心孔经集电环，依靠外面水压和转子离心力，通过与中心孔相通的辐射形管道甩入转子进水箱，通过17根布置为环状的绝缘引水管与转子绕组连通。

水取并联方式由励端流向汽端。

冷却水在汽端又通过绝缘引水管汇集到出水箱。

24、双水冷发电机转子电路是如何构成的？
双水内冷发电机转子的电路采取串联方式，即由一个集
电环经励磁绕组流向另一个集电环。

25、发电机的测温点是如何布置的？
定子绕组的测温元件埋设在定子线棒中部上、下层之间，定子冷却水的测温元件安装在每根绝缘引水管出口处，这两部分的测温元件共同监视定子绕组冷却系统的运行。

定子铁心的测温元件也是采用埋入式，而且端部测点较多。

测温元件通常为体积很小的铜热电阻，并且已逐渐改为采用具有电阻率高、体积更小、热响应时间短、性能稳定等优点的伯电阻。

26、励磁系统的任务是什么？
⑴在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。

⑵使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。

⑶增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。

⑷在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。

⑸在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全数值，以防止发电机电压过分升高。

⑹在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零，以减小故障损坏程度。

⑺在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制等，以确保发电机组的安全稳定运行。

27、发电机励磁系统由几部分组成？
励磁系统一般由如下两个基本部分组成。

⑴励磁功率单元，包括整流装置及其它交流电源。

它的作用是向发电机的励磁绕组提供直流励磁电源。

⑵励磁调节器。

它的作用是感受发电机电压及运行工况的
变化，自动地调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满
足系统运行的要求。

28、常用的励磁方式有哪几种？
发电机的励磁方式按励磁电源的不同分为如下三种方式。

⑴直流励磁机励磁方式。

多用于中、小机组。

⑵交流励磁机励磁方式。

其中按功率整流器是静止的还是旋转的又可分为交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式（无刷）两种。

多用于容量在100MW及以上的汽轮发电机组。

⑶静止励磁方式。

其中最具代表性的是自并励励磁方式。

也多用于容量在100MW及以上的汽轮发电机组。

29、什么是交流励磁机静止硅整流器励磁系统？
所谓交流励磁机静止硅整流器励磁系统，是指发电机的励磁电流由同轴的交流励磁机经静止硅整流装置供给，交流励磁机的励磁电流通常由同轴的中频副励磁机经可控整流装置供给。

随着主机运行参量的变化，励磁调节器自动地改变交流励磁机励磁回路中控整流装置的控制角，以改变交流励磁机的磁场电流，这样就改变了交流励磁机的输出电压，从而调节了主机的励磁。

30、什么是交流励磁机旋转硅整流器励磁系统？
交流励磁机旋转硅整流器励磁系统的工作原理与运行性能与交流励磁机静止硅整流器励磁系统相似，只不过励磁同路的硅整流二极管是与交流励磁机电枢和主机转子同轴旋转的，励磁电流不需要经碳刷及滑环引入主发电机的转子绕组。

因此，这种系统又称为无刷励磁系统或旋转半导体励磁系统。

31、什么是自并励励磁系统？
自并励励磁系统是指只用一台接在机端的励磁变压器作为励磁电源，通过受励磁调节器控制的晶闸管整流装置直接控制发电机的励磁。

其显著特点是整个励磁装置没有转动部分，因此又称为静止励磁系统或全静态励磁系统。

32、主励磁机采用较高工作频率有什么好处？
主励磁机是一台小型三相隐极式同步发电机，采用较高的工作频率有以下好处。

⑴提高工作频率可减小励磁绕组的电感，从而减小励磁绕组的时间常数，有利于加快励磁系统响应速度。

⑵提高工作频率有利于减小同步发电机励磁电流的纹波。

⑶提高工作频率能缩小交流励磁机的尺寸。

33、副励磁机为何采用中频工作频率？
副励磁机采用较高的频率（一般采用所谓的中频，即400
〜500Hz）是为了提高励磁系统响应速度，缩小电机尺寸以及改善主励磁机励磁电流波形。

34、采用感应式副励磁机存在哪些不足？
早期的副励磁机多采用感应式副励磁机，这类副励磁机存在如下不足。

⑴这类机组启动时，需要外界的起励电源，机组运行时, 由可控的自励恒压运行。

由于感应式副励磁机带的是可控整流负载，以及转子凸齿及横轴电枢反应的影响，致使电压波形畸变较大。

⑵又由于转子凸齿和气流的作用，电机噪声较大。

另外, 由于自励恒压装置的存在，增加了励磁控制系统的不可靠性。

35、采用永磁式副励磁机有何优点？
采用永磁式副励磁机的主要优点如下：
⑴由于采用永磁式转子，无需外界励磁，可省去励磁绕组、电刷和滑环，因而电机结构简单；永磁式转子不失磁且不受外部干扰，运行可靠性高。

⑵由于无需起励及自励恒压装置，操作及控制设备简单，运行维护工作量小。

⑶电动势波形好，发热小，噪声低，效率高。

36、手动调整励磁装置有何作用？
手动调整励磁装置不具有强励功能，仅作为自动调整励磁装置的备用及零起升压时作用。

手动调整励磁装置由中频副励磁机供电，经隔离变压器和感应调压器接至硅二极管整流桥，整流后输入励磁机励磁绕组。

37、自动调整励磁装置和手动调整励磁装置切换的原则是怎样的？
自动调整励磁装置和手动调整励磁装置的切换有下列两种原则方案。

⑴当装设两组完全相同的自动调整励磁装置时，一般将两组自动装置并联运行。

当其中一组装置故障时，只需断开其晶闸管交、直流两侧自动空气开关，另一组仍可继续运行。

只有当两套自动装置均故障时，才投入手动调整励磁装置。

⑵当装设一组自动调整励磁装置时，一般自动装置设有交流（AC）和直流（DC）两种运行方式自动切换。

AC方式可保证发电机机端电压为给定值，DC方式可保证励磁机励磁电流给定值。

当失磁保护动作时，切断自动调整励磁装置, 投入手动调整励磁装置。

38、感应调压器是如何工作的？
感应调压器由定子和转子构成。

转子绕组借助涡轮蜗杆传
动，由人工操作可在一定角度内传动。

为了连接和操作上的方便，通常将转子绕组作为原绕组接到电源上，而将定子绕组作为副绕组接到负载上。

当三相交流电压加到三相转子绕组上，就产生旋转磁场，并分别在转子绕组和定子绕组感应出电动势。

由于输出到负载的电压是这两部分电势的相量和（两部分绕组有电的联系），因此改变两个电动势之间的夹角，即改变转子和定子之间的相对位置，就能使输出电压得到平滑调节。

转子的转动范围一般限制在。

〜180度之内。

39、为什么同步发电机励磁回路的灭磁开关不能改成快速动作的断路器？
由于发电机励磁回路存在电感，而直流电流又没有过零的时刻，当电流一定时突然断路，电弧熄灭瞬间会产生过电压。

电弧熄灭和越快，电流变化速度越大，过电压值就会越高，这可能造成励磁回路绝缘被击穿而损坏。

因此同步发电机的励磁回路不能设快速动作的断路器。

40、什么是理想的灭磁过程？
理想的灭磁过程可以被描述为：在整个灭磁过程中，转子电流的衰减率保持不变，且由衰减率引起的转子感应过电压等于其容许值Um。

41、什么是恒值电阻放电灭磁？它有何特点？
所谓恒值电阻放电灭磁是指灭磁时，灭磁开关动作后，其
常闭触点首先闭合，将放电电阻并接在发电机绕组两端，然后
常开触点断开，将转子绕组与直流励磁电源断开。

这时, 转子
电流将由放电电阻续流，不致产生危险的过电压。

之后, 转子
电流在转子绕组和放电电阻构成的回路中自行误减到零，完成
灭磁过程。

恒值电阻放电灭磁的特点是：转子绕组的电压等于转子电流与放电电阻的乘积。

放电电阻值可按转子电压小于或等于转子电压允许值的原则来选定；灭磁赛程时间较长。

42、什么是非线性电阻放电灭磁？它有何特点？
所谓非线性电阻放电灭磁是指用非线性电阻代替恒值电阻，可以加快灭磁过程，当转子电流大时，其阻值小，当转子电流小时，其阻值变大，使电流电阻两者乘积变化不大, 并始终小于或等于转子电压容许值。

非线性电阻放电灭磁的特点：灭磁速度快，接近于理想灭磁曲线。

由于非线性电阻在额定励磁电压和强励电压下，其阻值很大，流过电阻的漏电流很小，因此可以直接并接于转子绕组的两端，既作为灭磁电阻，又作为过电压保护器件, 还简化了接线和控制回路。

43、什么是灭弧栅灭磁？它有何特点？
灭弧栅灭磁电路如图所示，灭弧栅中的电弧实质上也是一种非线性电阻，当燃弧的，其两端电压与电流大小无关，基本维持不定期定值不变。

当熄弧时，其阻值为无穷大。

当灭磁时灭磁开关FMK动作，其常开触点FMK2和常闭触点FMKi相继打开，在FMK两端产生电弧，在专设的磁铁所产生的横向磁场的作用下，电弧被引入灭弧栅。

铜栅片将电弧割成许多短弧，这些短弧在整个灭磁过程中一直在燃烧，并保持灭弧栅上的电压Us为常数。

电压Us极性与原励磁电源极性相反，相当于在原励磁回路中串入了一个幅值为Us的反电动势。

反电动势Us愈大，则转子过电压愈高, 灭磁过程也愈快。

为防止灭弧栅中的电弧在其电流下降到零同时熄灭而收起过电压，故在每一栅片上并联一段电阻。

灭弧栅灭弧的特点是：接近理想灭磁，缺点是转子电流很小时不能很快断弧。

44、什么是逆变灭磁？它有何特点？
逆变灭磁是指利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角从小于90度的整流运行状态突然后退到大于90度的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电动势的形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁方法。

逆变灭磁的特点是：能将转子储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，简便实用；灭
磁可靠；灭磁时间相对较长，但过电压倍数很低。

45、同步发电机为什么要求快速灭磁？
这是因为同步发电机发生内部短路故障时，虽然继电保护装置能迅速地把发电机与系统断开，但如果不能同时将励磁电流快速降低到接近零值，则由磁场电流产生的感应电势将继续维持故障电流，时间一长，将会使故障扩大，造成发电机绕组甚至铁心严重受损。

因此，当发电机发生内部故障时，在继电保护动作快速切断主断路器的同时，还要求发电机快速灭磁。

46、自动励磁调节器的基本任务是什么？
自动励磁调节器是发电机励磁控制系统中的控制设备，其
基本任务是检测和综合励磁控制系统运行状态的信息，包括发
电机端电压Uc、有功功率P、无功功率Q、励磁电流0 和频率f 等，并产生相应的信号，控制励磁功率单元的输出，达到自动
调节励磁、满足发电机及系统运行需要的目的。

47、自动励磁调节器有哪些励磁限制和保护单元？
为了确保发电机组安全可靠稳定运行，自动励磁调节器一般都装有较完善的励磁限制和保护单元，主要包括欠励限制器、反时限限制器、定时限限制、机端信号丢失检测器和低频保护器等。

48、欠励限制器有何作用？
欠励限制或称低励限制，主要用来防止发电机因励磁电流过度减小而引起失步，以及因过度进相运行而引起发电机端部过热。

49、V/Hz （伏/赫）限制器有何作用？
V/Hz （伏/赫）限制器可用来防止发电机的端电压与频率的比值过高，避免发电机及与其相连的主变压器铁心饱和而引起的过热。

50、反时限限制器和定时限限制器有何作用？
反时限限制器主要用于限制最大励磁电流，它按照已知的反时限限制特性，即按发电机转子容许发热极限曲线对发电机转子电流的最大值进行限制，以防转子过热。

定时限限制吕实质上是一个延时继电器，它与反时限限制器配合使用。

当反时限限制器限制动作后，转子在规定时间内（如3〜5s ）内未能恢复到反时限限制器的启动值（如 1.1倍额定励磁电流）以下，则定时限限制器动作，跳发电机开关。

定时限限制器作为反时限限制器的后备保护。

51、瞬时电流限制器有何作用？
瞬时电流限制器用于具有高顶值励磁电压的励磁系统，限制发电机励磁电流的顶值，防止其超过设计允许的强励倍数，。