发电机部分知识

发电机部分

1•什么是“同步”发电机？同步转速是如何确定的？

答：发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机（水力）和汽轮发电机（蒸汽）。本书所涉及的内容均是指同步发电机（限于立式水轮发电机）。

发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个

磁场合成：转子磁场和定子磁场。所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速（原动机产生）与定子磁场的转速（电力系统频率决定）相等。

转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组（磁极）产生，转子磁场的转速也就是转子的转

速，也即整个机组的转速。转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组（按120°

n = . •

对称布置）产生，其转速由式. 确定（式中：p为转子磁极对数；f为电力系统频率；

n为机组转速）。从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电力系统的频率也是固定的，即50Hz（也称工频），可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的

转速在发电机制造完成后就是“定值”。当然，电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理

论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值

的周围动态变化的。转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动

态的调整。如果转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机“失步”了。

2•什么是发电机的飞轮力矩。 ?它在电气上有什么意义？

答：发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。看起

来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。

它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应

满足输水系统调节保证计算的要求。当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构的

时滞，使机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的T ，丘越大，机组转速变化率

越小，电力系统的稳定性就越好。

5 _2

二匚’与机组造价密切相关，二匚越大，机组重量越大、制造成本越大。

3.什么是发电机的短路比Kc?Kc与发电机结构有什么关系？

答：短路比Kc,是表征发电机静态稳定度的一个重要参数。Kc原来的意义是对应于空

载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比，即Kc=l k o/| N。由于短路特性是一条直线，故Kc可表达为发电机空载额定电压时的励磁电流I f o与三相稳态短路电流为额定值时的励磁电流I fk之比，表达式为：Kc=l f o/I fk -1 /Xd。Xd是发电机运行

中三相突然短路稳定时所表现出的电抗，即发电机直轴同步电抗（不饱和值）。

如忽略磁饱和的影响，则短路比与直轴同步电抗Xd互为倒数。短路比小，说明同步电

抗大，相应短路时短路电流小，但是运行中负载变化时发电机的电压变化较大且并联运行时

发电机的稳定度较差，即发电机的过载能力小、电压变化率大，影响电力系统的静态稳定和充电容量。短路比大，则发电机过载能力大，负载电流引起的端电压变化较小，可提高发电

机在系统运行中的静态稳定性。但Kc大使发电机励磁电流增大，转子用铜量增大，使制造

成本增加。短路比主要根据电厂输电距离、负荷变化情况等因数提出，一般水轮发电机的K,

取0. 9〜1. 3。结构上，短路比近似的等于

(6.3 ^0.4) 7x7

式中占——气隙长度：

r—极距*

日——气隙磁密；

、4——发电机电负荷一____________ -

可见，要使Kc增大，须减小A,即增大机组尺寸；或加大气隙，须增加转子绕组安匝数。

4.什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd' ?与发电机结构有什么关系？

答：Xd'是代表发电机运行中三相突然短路初始时间(阻尼绕组的电流衰减后)的过渡电

抗。直轴瞬变电抗是发电机额定转速运行时，定子绕组直轴总磁链产生的电压中的交流基波

分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比。它也是发电机和整个电力系统

的重要参数，对发电机的动态稳定极限及突然加负荷时的瞬态电压变化率有很大影响。Xd'

越小，动态稳定极限越大、瞬态电压变化率越小；但Xd'越小，定子铁芯要增大，从而使

发电机体积增大、成本增加。Xd'的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定。

结构上，Xd'与电负荷A、极距T有如下关系：

k为比例系数。可见，要降低Xd',必须减小A或加大T,都将使发电机尺寸增大。

5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd〃?与发电机结构有什么关系？ Xd 〃的大小对系统

有什么影响？

答:Xd"是代表发电机运行中三相突然短路最初一瞬问的过渡电抗。发电机突然短路时，

转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电枢反应磁通起去磁作用的电流，将电

枢反应磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的路径上，这个路径的磁阻很大即磁导很小，故其相对应的直轴电抗也很小，这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗Xd"，也即有阻尼绕组

的发电机突然短路时，定子电流的周期分量由Xd 〃来限制。

结构上，Xd"主要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定。

对于无阻尼绕组的发电机，则Xd" = Xd '。

由于Xd"的大小影响电力系统突然短路时短路电流的大小，故Xd〃值的大小也影响到

系统中高压输变电设备特别是高压断路器的选择，如动稳定电流等参数。从电气设备选择来

说，希望Xd"大些，这样短路电流小一些。

6.阻尼绕组的作用是什么？

答：水轮发电机转子设计有交、直轴阻尼绕组。阻尼绕组在结构上相当于在转子励磁绕组外叠加的一个短路鼠笼环，其作用也相当于一个随转子同步转动的“鼠笼异步电机”，对

发电机的动态稳定起调节作用。发电机正常运行时，由于定转子磁场是同步旋转的，因此阻

尼绕组没有切割磁通因而也没有感应电流。当发电机出现扰动使转子转速低于定子磁场的转

速时，阻尼绕组切割定子磁通产生感应电流，感应电流在阻尼绕组上产生的力矩使转子加速，

二者转速差距越大，则此力矩越大，加速效应越强。反之，当转子转速高于定子磁场转速时，此力矩方向相反，是使转子减速的。因此，阻尼绕组对发电机运行的动态稳定有良好的调节作用。

7. 3Y接线是什么含义？发电机为何多采用星形接线?

答：在发电机铭牌或图纸中，我们常见到发电机定子绕组的接线方式表示为丫、3 Y、5 Y等。这表示发电机是按星形方式接线。3Y表示发电机定子绕组是3路星形并联，也可以

理解为3个星形接线的发电机并联在一起。