大型发电机与变压器运行48版本 华北电力大学 课件

由于上述原因，不希望发电机频率在偏离额定值 的情况节运行。在系统运行频率变化±0.5Hz的容许 范围内，由于设计有裕度，可不计上述影响，容许 保持额定出力不变。
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§1同步发电机的运行
▪4）功率因数不同于额定值时发电机的运行
发电机容许在不同的功率因数下运行，但受下列 条件的限制。
1)高于额定功率因数时，定子电流不应超过容许值。 2)低于额定功率因数时，转子电流不应超过容许值。 3)在进相功率因数运行时，应受到稳定极限的限制。
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§1同步发电机的运行
大型机组的特点是：气隙磁密受到饱和限制，不
能选择过大，同时线负荷较大，所以大型机组的xd值
显得较大。对于同容量的汽轮发电机组和水轮发电 机组，虽然汽轮发电机的气隙较大，但它的线负荷
和极距都较大，所以汽轮发电机的xd值(0.9～2.0)仍较
水轮发电机的均值(0.7～1.6)大。
式中：A－线负荷；
（1－6）Байду номын сангаас
τ－极距；
Bδ－气隙磁密；
δ－气隙长度。
1
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§1同步发电机的运行
从式（1-6）可以看出，机组的阻抗与线负荷成正 比，而与气隙长度成反比。气隙长度越大，磁导和 阻抗越小。但是长度如果增大，转子绕组中的磁通 势就要增加。换句话说，转子绕组中的电流和匝数 要相应增大。这样，会促使转子重量和价格增加。 所以，从简化电机结构出发，都希望选取较小的气 隙。
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§1同步发电机的运行
▪3)运行频率不同于额定值时发电机的运行
按照规程规定，发电机运行频率容许变动范围是 ±0.5Hz。
运行频率比额定值高时，发电机的转速升高，转 子承受的离心力增大，可能使转子某些部件损坏， 因此频率增高主要是受转子机械强度的限制。同时， 频率增高，转速增加，通风摩擦损耗也要增大，虽 然在一定电压下，磁通可以小些，铁耗也可能有所 降低，但总的来说，此时发电机的效率是下降的。
1.2
1.1
1.0
转子 0.9
0.8
定子
0.7 20 30 40 50 60
(oc)
图1-2 冷却介质变化1时的容许出力
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§1同步发电机的运行
结论：（由图1-2中可见） 1)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 小出力，转子绕组温度此时不会超过容许值；
生变化。在此情况下，转子绕组温度不超过额定值的转子
容许负荷由下式决定，即
Ir Nr 0
I Nr
tNr
1
（1－5）
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§1同步发电机的运行
例以： 某一台发电机为例，定子绕组用沥青云母绝缘， =105℃NS， =40℃， N 0=25℃，tNF=e 40℃。转tNC子u 绕组用 B级绝缘， =130℃， N=r 90℃，将tN上r 列数值代入式 (1-3)和式(1-5)，求得不同冷却介质温度下定子和转 子电流容许倍数，列于表1-2。
参考书目： 1.《同步发电机运行技术与实践》，周德贵，巩北 宁主编，中国电力出版社。 2. 《发电机及电气设备》，国电太原第一热电厂编 著，中国电力出版社。 3.《发电机故障诊断及冷却技术 论文选集》，中国 科学技术出版社。
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本课程的教学内容
1. 了解大型发电机及变压器运行的基本情况。 2. 掌握同步发电机正常运行的概念及运行特性。 3. 掌握同步发电机非正常运行的原因、现象及危害。 4. 掌握同步发电机的不对称运行、异步运行的分析方
由于0通风摩擦损耗而引起的温升 ，由于t 铁f 耗引起的温升 ，
由于铜tFe耗引起的温升 。
t Cu
假定转子转速恒定，可认为通风损耗保持不变，铁耗与电
压平方成正比，铜耗与电流平方成正比。用角注“N”表示额
定状态时的相应温升，则定子绕组的温度，s 可用下式表示，
即
s
0
t Nf
t NFe
U ( UN
)2
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§1同步发电机的运行
暂态阻抗 和x次d 暂态阻抗 值x，d 由转子和定子的漏磁 通决定，次暂态阻抗还决定于阻尼绕组的漏磁通。大 型机组中由于力值较大，漏磁通也较大，所以 和xd x值d 也要增大。
同容量的汽轮发电机的漏磁系数和漏磁路径较水轮 发电机小，但极距比水轮发电机大，所以汽轮发电机 的 值x(d0 .14～0.34)较水轮发电机的 值(0.2～x0d .5)小。
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§1同步发电机的运行
二、同步发电机的参数及其额定值
1. 同步发电机的额定参数
在发电机本体醒目的地方设有铭牌。铭牌上标有发 电机的额定参数，这些参数是发电机正常运行的依据。 一般有额定功率、电压、电流、功率因数、转速、氢 压、励磁电压、励磁电流、连接方式、效率等。我国 国产300MW汽轮发电机主要铭牌参数列于表1－1。
表1-1 我国国产300MW汽轮发电机主要铭牌参数
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§1同步发电机的运行
2. 运行参数不同于额定参数时发电机的运行
在发电机运行规程中，规定了运行时发电机的端电 压、运行频率、冷却介质温度的容许变化范围。同时， 也规定了各个运行参数不同于额定值时，发电机的容 许出力或容许电流。
规定的原则是：在运行中不要发生电气损坏、机械 故障和缩短寿命，即定子绕组、转子绕组、铁芯温度 都不超过容许值，各部分产生的应力都不超过容许限 度等。
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§1同步发电机的运行
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 绕组的温度要超过容许值。
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，铁芯内磁密度 增加，铁耗增加，引起铁芯温度和定子绕组温度增 高。除此之外，电压增高，如维持有功出力不变， 就要增加励磁电流，致使转子绕组的温度超过容许 限度。
表1-2不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流容许倍数
（0 ℃）
I IN
Ir I Nr
20 1.22 1.11
30 1.22 1.05
40 1.00 1.00
1
50 0.87 0.95
60 0.71 0.88
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§1同步发电机的运行
将表1-2所示的数值画成曲线，如图1-2所示。
I I N, I r INr
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§1同步发电机的运行
孙丽玲制作
三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势
大型发电机的参数与中，小型发电机有很多不同之
处，汽轮发电机和水轮发电机也有所不同。由于大型
发电机有效材料利用率提高，采用的是直接冷却系统，
所以总的趋势是阻抗增大，机械时间常数降低。这可
解释如下:
从电机理论中可知
xd
A B
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§1同步发电机的运行
▪1）冷却介质不同于额定值时对容量的影响 运行中的发电机，当冷却介质温度不同于额定值时，
其容许负荷可随冷却介质温度变化而增减。在此情形 下，决定容许负荷的原则是定子绕组和转子绕组温度 都不超过容许值。
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§1同步发电机的运行
分析：
发电机定子绕组的温度 由几s 部分组成：冷却介质的温度 ，
倍数为
I IN
t NFe
N0
t NCu
0 s
（1－3）
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§1同步发电机的运行
转子绕组的温度为
r
0
t
Nr
(
Ir I Nr
)2
式中: －r 转子绕组的温度；
（1－4）
－t N周r 围介质的温度；
－转0 子绕组在额定负荷时的温升；
(－Ir转) 子电流和转子额定电流之比。
I Nr
冷却介质温度不同于额定值时，转子绕组的温度也要发
2)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，所以应按转子电流容许增大的倍 数来提高出力，此时定子绕组温度不会超过容许值。
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§1同步发电机的运行
3)虽然各台发电机的温升数据不尽相同，但图1-2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 容许变化，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)下的容许电流值。
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§1同步发电机的运行
▪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，容许在额定电压±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容许值。
法。 5. 掌握同步发电机的进相运行、过励磁运行时的运行
性能。
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本课程的教学内容
6. 了解汽轮发电机的扭动稳定、扭动振荡及次同步 谐振的概念。
7. 了解变压器的冷却系统及发热计算。 8. 了解变压器的绝缘老化及过负荷能力的确定依据。 9. 掌握自耦变压器的特点及运行方式。 10. 了解分裂绕组变压器的特点。 11. 掌握三绕组变压器并联运行的分析方法。 13. 了解变压器的常见故障与故障检测技术。
t NCu
I ( IN
)2
（1－1）
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§1同步发电机的运行
在额定状态时，即额定电压、额定电流、额定转速、额
定冷却介质温度时，定子绕组的温度为 ，则Ns
Ns N 0 tNf tNFe tNCu
（1－2）
假定冷却介质温度不同于额定值，发电机在额定电压下
运行，根据定子绕组温度不超过 的 N原s 则，令式(1－1) 中 Ns ， s U，由 U式N(1-2)减式(1-1)，则得发电机的电流容许
大型发电机与变压器运行
主讲教师：孙丽玲
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本课程性质、目的和任务及参考书
本课程是电气工程及其自动化专业方向的一门 专业课程。目的是使学生了解大型发电机和变压器 的正常运行、非正常运行及特殊运行情况，掌握其 基本分析方法及产生非正常运行的原因与危害，为 学生毕业后从事本专业及相关工作打下必要的基础。
图1-1 QFSN—300—2型汽轮发电机组侧视1 图
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§1同步发电机的运行
一、同步发电机的结构
就主发电机本体而言，其最基本的组成部件是定子 和转子。
定子结构：主要由机座、定子铁心、端盖、定子绕 组及氢气冷却器等构成。
转子结构：主要由转子铁心、转子绕组、护环、滑 环及风扇等组成。由于在正常运行状态，尤其是故障 短路状态下，定子受有很大的力矩，故必须用机座将 其固定。在机座壁与铁心段之间有隔振结构，以减少 倍频振动。
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§1同步发电机的运行
发电机运行的最高容许电压，应遵照制造厂的规 定，最高值不得超过额定值的110％。因为现代大容 量发电机，都是按相当高的饱和程度设计的，当运 行电压超过5％~10％时。就会由于过度饱和，定子 旋转磁场的漏磁部分大大增加，使定子本体机架回 路感应出很大电流(有时可达几万安)，在机架的一 些接缝处造成局部发热，甚至引起火花，使机器损 坏。
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§1同步发电机的运行
§1.1 同步发电机的参数及其额定值
一、同步发电机的结构
1－X、Y、Z引出线； 2－电流互感器； 3－A、B、C引出线； 4－永磁副励磁机； 5－主励磁机； 6－励磁机轴承； 7－出线盒； 8－汽体冷却器； 9－碳刷架隔音罩； 10－端部； 11－机壳； 12－测温引线盒；
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§1同步发电机的运行
运行频率比额定值低，也有很多不利影响。例如 频率降低，转速下降，使两端风扇鼓进的风量降低， 其后果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，厂 用电动机也可能由于频率下降，使厂用机械出力受 到严重影响。
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§1同步发电机的运行
同步电机定子非周期电流衰减时间常数由下式决定:
Ta
x2
ra
（1－7）
式中，ra为定子绕组的有效电阻，x2为电机的负序电
抗，ω为角频率。
但同它容的量ra值的远汽较轮水发轮电发机电的机、的x值d值小x较d，水所轮以发汽电轮机发稍电小机，的 Ta值(0.02～0.5s)比水轮发电机的Ta值(0.03～0.35s)稍大。
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§1同步发电机的运行
本章所讨论的内容： 1. 介绍汽轮发电机和水轮发电机参数的特点，参数以
及对系统运行的影响； 2. 根据发热限度，通过P－Q图和相量图，分析发电
机在不同情况下的容许负荷。 3. 结合大系统、大机组的特点，分析发电机正常运
行、 非正常运行、特殊运行方式（包括进相运行、 过励磁等）的性能。 4. 介绍汽轮发电机轴系扭振和次同步谐振的概念， 发电机故障诊断技术。