发电机培训教案

2011年培训教案自备电厂电气运行专业二〇一一年七月七日2 发电机部分2.1 同步发电机原理利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。

同步发电机由定子和转子两部分组成。

定子是发出电力的电枢，转子是磁极。

定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。

转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。

汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。

转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。

转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。

发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。

定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。

从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。

发电机可发出有功功率和无功功率。

所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。

转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。

发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。

有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数(力率)，发电机的额定功率因数一般为0.85。

供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。

大型发电机励磁方式分为：①它励励磁系统；②自并激励磁系统。

它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。

自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经变压器降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。

2.1.1 电磁过程转子冲转到额定转速,汽轮发电机3000r/min→转子绕组加励磁电流(直流)→产生旋转磁场→定子绕组切割磁力线产生三相对称感应电势→发电机出线端三相对称电压。

2.1.2 电势的调节根据E0=4.44fN1kN1Φ0和If→Φ0可知，调节励磁电流If，可改变磁通Φ0，从而改变定子绕组感应电势E0。

即If↑→ E0↑；If↓→ E0↓。

2.1.3 频率的调节转子转速越高，定子绕组感应电势E0的频率越高。

即n↑→f↑：f=Pn/60，所以，要产生50Hz的交流电压，对于汽轮发电机(p=1)来说，必须使转速保持3000r/min。

2.1.4 相序相序决定于转子的转向。

从励端看，汽轮发电机的转向为逆时针方向。

2.1.5 同步发电机的类型同步发电机的分类方式有多种，常见的有以下几种分类方式。

按原动机的类型不同分：汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能发电机等。

按转子结构不同分：凸极式转子和隐极式转子。

按安装方式不同分，卧式转子和立式转子。

按冷却介质不同分，空气冷却、氢气冷却、水冷却。

2.1.6 同步发电机的铭牌2.1.6.1 型号例1：一台汽轮发电机的型号为QFSN-300-2QF——汽轮发电机；SN——水内冷，表示发电机的冷却方式为水氢氢；300——发电机输出的额定有功功率，单位为MW；2——发电机的磁极个数。

例2：一台水轮发电机的型号为TS—900/135—56T——同步；S——水轮发电机，900定子铁心外径，单位为cm；135——定子铁心长度，单位为cm；56——磁极个数。

2.1.6.2 额定电压U:指额定运行时，定子三相绕组上的额定线电压，单位N为V或kV。

2.1.6.3 额定电流IN:指额定运行时，流过定子绕组的线电流，单位为A。

2.1.6.4 额定功率PN:指额定运行时，电机的输出功率，单位为kW或MW。

2.1.6.5 额定功率因数cosφN:指额定运行时，电机的功率因数。

UnInUnIncosφN2.1.6.6 额定转速nN:指同步发电机的同步转速，单位为r/min。

2.1.6.7 额定频率fN :我国标准工业频率为50HZ，故fN=50HZ。

此外，电机铭牌上还常列出绝缘等级，额定励磁电压和额定励磁电流。

例如:东方电机厂的QFSN-300-2型电机，PN =300MW，UN=20kV，IN=10190A，cosφN =0.85，nN=3000r/min，fN=50HZ。

2.1.7 同步发电机的励磁运行2.1.7.1 同步电机运行时必须在转子励绕组中输入一直流电流,常称为励磁电流。

2.1.7.2 同步发电机的励磁方式，就是同步发电机获得直流励磁电流的方法。

把整个供给励磁电流的线路和装臵称为励磁系统，通常包括励磁机、自动及手动励磁调节器、灭磁装臵等，励磁系统是同步发电机的一个重要部分。

同步发电机正常运行时，为调节端电压、调节并联运行发电机的无功功率分配，需要有一个操作方便、工作可靠、维护简单的励磁系统。

水轮发电机突然甩掉负荷，机组转速将明显升高，励磁系统必须能对同步发电机强行减磁，以避免发电机电压过分升高。

当发电机内部发生短路故障时，为防止事故继续扩大，励磁系统应能尽快地将发电机的励磁电流减小到尽可能小的程度，即灭磁。

当电力系统发生短路故障或其它原因使发电机端电压严重下降时，励磁系统应能迅速增大励磁电流，以增大发电机的电势，提高电力系统的稳定性，即强行励磁。

由此可见，为保证同步发电机本身的可靠运行，以及提高电力系统的稳定性，必须保证同步发电机有一个性能良好的励磁系统。

(1)励磁电流增长幅度、速度指标强行励磁时，励磁电流增长的幅度和速度通常用下述两个指标来描述：强励倍数。

同步发电机在额定情况下运行时，励磁系统所能供给的励磁电压称为正常工作电压。

同步发电机需要强行励磁时，励磁系统所能供给的最大励磁电压称为顶值电压。

强励倍数，即顶值电压与正常工作电压之比。

由于励磁系统中存在电感，使励磁电流变化滞后，为了缩短这种滞后，希望有较大的强励倍数和电压上升速度。

2.1.7.3 发电机励磁系统图2.2 理论基础知识2.2.1 有功与无功的概念在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功；用于电路内电、磁交换的那部分能量叫无功。

2.2.2 同步发电机的额定容量、额定电压、额定电流额定容量是指该台发电机长期安全运行的最大输出功率。

额定电压是该台发电机长期安全工作的最高电压，发电机的额定电压指的是线电压。

额定电流是该台发电机正常连续运行时的最大工作电流。

2.2.3 力率、力率的进相和迟相交流电机的功率因数也叫力率，它等于有功功率与视在功率的比值。

所谓力率的进相就是送出有功吸收无功的运行状态；力率的迟相就是既发有功又发无功的运行。

2.2.4 调节有功的物理过程、调节有功负荷时注意事项2.2.4.1 根据电机的功角来谈谈调节有功的过程，这时假定发电机的励磁电流不变，系统的电压也不变。

(1)增负荷过程：当开大汽门时，发电机转子轴上的主力矩增大，此时由于电功率还没开始变，即阻力矩的大小没有变，故转子要加速，使转子和定子间的夹角就拉开一些，根据电机本身的功角特性，功角一增大，电机的输出功率就增大，也即多带负荷，转子会不会一个劲儿地加速呢？正常时是不会的，因为电机多带了负荷，阻力矩就增大，当阻力矩大到和主力矩平衡时，转子的转速就稳定下来，此时，发电机的出力便升到一个新数值。

(2)减负荷过程：当关小汽门时，发电机转子轴上的主力矩减小，于是转子减速，功角变小，当功角变小时，电磁功率减少，其相应的阻力矩也变小，当阻力矩减小到和新的主力矩一样大时，又达到新的平衡，此时电机便少带了负荷。

2.2.4.2 调节有功负荷时注意两点：(1)应使力度尽量保持在规程规定的范围内，不要大于迟相的0.95，因为力率高说明与该时有功相对应的励磁电流小，即发电机定、转子磁极间用以拉住的磁力线少，这就容易失去稳定，从功角特性来看，送出的有功增大，功角就会接近 90 度，这样也就容易失去稳定。

(2)应注意调负荷时要缓慢，当机组提高出力后，一般其过载能力是要降低的。

2.2.5 发电机并列方法及优缺点发电机并列方法分两类：准同期法和自同期法2.2.5.1 准同期法并列的优点：(1)合闸时发电机没有冲击电流。

(2)对电力系统也没有什么影响。

2.2.5.2 准同期法并列的缺点：(1)如果因某种原因造成非同期并列时，则冲击电流很大，甚至比机端三相短路电流还大一倍。

(2)当采用手动准同期并列时，并列操作的超前时间运行人员也不易掌握。

2.2.5.3 自同期并列的优点：(1)操作方法比较简单，合闸过程的自动化也简单。

(2)在事故状况下，合闸迅速。

2.2.5.4 自同期并列的缺点：(1)有冲击电流，而且，对系统有影响。

(2)在合闸的瞬间系统的电压降低。

2.2.6 准同期并列条件，不符合这些条件会产生的后果(1)电压相等。

(2)电压相位一致。

(3)频率相等。

(4)相序相同。

电压不等：其后果是并列后，发电机和系统间有无功性质的环流出现。

电压相位不一致：其后果是可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大的电动力的作用而损坏。

频率不等：其后果是将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的有功成分在发电机机轴上产生的力矩，将使发电机产生机械振动。

当频率相差较大时，甚至使发电机并入后不能同步。

2.2.7 非同期并列及非同期并列的危害：同步发电机在不符合准同期并列条件时与系统并列，我们就称之为非同期并列，非同期并列是发电厂的一种严重事故，它对有关设备如发电机及其与之相串联的变压器，开关等，破坏力极大，严重时，会将发电机绕组烧毁端部严重变形，即使当时没有立即将设备损坏，也可能造成严重的隐患，就整个电力系统来讲，如果一台大型机组发生非同期并列，则影响很大，有可能使这台发电机与系统间产生功率振荡，严重地扰乱整个系统的正常运行，甚至造成崩溃。

2.2.8 发电机大轴接地电刷用途发电机大轴接地电刷具有如下三种用途：(1)消除大轴对地的静电电压。

(2)供转子接地保护装臵用。

(3)供测量转子线圈正、负极对地电压用。

2.2.9 电压变动调无功原因电压的波动主要是由无功负荷引起的，有功负荷对电压的波动也有影响，不过其影响小一些。

当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，感性负载对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低，这时要使端电压维持不变，就需要增加转子电流，即增加无功，以补偿去磁电枢反应部分，反之，当无功过剩，端电压便上升，这时要使端电压维持不变，就需要减少转子电流，即减少无功。

这就是电压变动调无功的道理。

2.2.10 发电机三相电流不对称运行的影响运行中的发电机三相电流不对称将使：(1)发电机转子表面过热。

三相电流不对称，产生负序磁场，这个磁场扫过转子表面、转子表面产生二倍工频电流而引起损耗，造成局部高温，转子线圈的温度受到直接的影响。

(2)转子产生振动。

一般振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生与转子磁场不对称有关。

不对称的三相电流所产生的负序磁场与转子有相对速度，而转子磁路是不对称的，当负序磁场正对着转子纵轴附近时，气隙小，磁阻小，磁通就大，定子与转子的作用力就大，反之，当负序磁场对着转子横轴附近时，气隙大，磁阻大，定子转子的作用力就小。