大型发电机与变压器

1、什么是同步发电机的三机同轴励磁系统？300MW汽轮发电机组采取卧式轴，轴系上带有一台同步发电机，两台励磁机，主励磁机发出的三相100HZ中频交流电流经过整流柜整成直流后供给发电机的励磁绕组，永磁副励磁机也是一台同步发电机采取永励磁转子，定子为三相绕组，发出400~500HZ的交流电流经过整流柜整成直流后供给主励磁机转子励磁2、什么是同步发电机运行的额定工况？发电机的额定参数有哪些？同步发电机根据其设计和制造所规定的条件长期连续工作，称为额定工况；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3、当冷却介质、运行电压和运行频率不同于额定值时，对同步发电机的运行有何影响？（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。

冷却介质温度高于额定时，按定子电流减小出力（2）端电压不同于额定值时发电机的运行：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。

（3）运行频率不同于额定值时发电机的运行：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；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。

（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4、大型同步发电机的参数有何特点？对系统运行有何影响？特点：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x d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x d值(0.9～2.0)仍较水轮发电机的均值(0.7～1.6)大。

暂态阻抗和次暂态阻抗值，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，所以暂态阻抗和次暂态阻抗值也要增大。

（2）阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响：阻抗增大将使系统中短路电流减小；但在没有励磁控制(包括自动电压调节器)的情况下，阻抗增大，机械时间常数减小，将使系统稳定性降低。

若x d值越大，而x s值相对较小（即线路不长）时，静态稳定极限功率越小，故阻抗增大，导致静态稳定储备降低。

5、电力系统的暂态稳定和许多因素有关，其中主要有：发电机和系统的阻抗、机械时间常数、励磁上升速度、强励倍数、切断短路时间等等。

6、同步发电机的正常运行工作状态的特点是什么？发电机的有功负荷，无功负荷、电压、电流等都在容许范围以内，因而它是一种稳定的、对称的工作状态，其中最常见的是额定工作状态，即有功负荷，电压、功率因数、频率、冷却介质温度都是额定值。

发电机在额定工作状态运行时，具有损耗小，效率高，转矩均匀等性能，一般发电机都应尽量在接近额定工作状态下运行7、如何调节发电机的有功和无功功率？在调整过程中应注意什么问题？根据调度制定的负荷曲线来调整有功和无功负荷，用调速器调整有功功率，用励磁调节器调整无功功率。

在调整过程中，要注意各个参量不要超过容许范围。

除此之外，还要注意负荷上升速度，对于汽轮机，为了防止过渡的热膨胀，负荷上升速度不能太快，从空载到满负荷，通常要几小时。

水轮发电机负荷的上升速度不受限制，只要几分钟，便可带满负荷。

8、在稳态条件下，发电机的容许运行范围由哪几个条件决定？1）原动机输出功率极限，即原动机的额定功率一般要稍大于或等于发电机的额定功率。

2）发电机的额定兆伏安数，即由定子发热决定的容许范围。

3）发电机的磁场和励磁机的最大励磁电流，通常由转子发热决定。

4）进相运行时的稳定度，当发电机功率因数小而转入进相运行时, E q和U的夹角不断增大，此时，发电机有功功率输出受到静态稳定条件的限制。

9、发电机的P－Q曲线表示什么？表示其在各种功率因数下容许的有功功率输出P和容许的无功功率输出Q的关系曲线，又称为发电机的安全运行极限。

10、发电机在正常调整过程中最常见的工作状态是什么？试结合相量图分析不同工作状态下发电机运行的变化情况。

最常见的两种工作状态是：①调整有功功率，维持励磁不变，即E q为常数，P为变数；②调整励磁，维持有功功率不变，即P为常数，E q为变数11、什么是发电机的暂态稳定性？什么是发电机的动态稳定性？暂态稳定性主要指发电机在各种短路、接地、线路故障及切除故障线路造成的大扰动中保持稳定运行的能力。

动态稳定性主要指遭受大扰动后发电机恢复和保持稳定状态的能力。

12、发电机常见的非正常运行状态有哪些？最常见的非正常工作状态有过负荷、异步运行、不对称运行等13、发电机过负荷运行有何危害？什么情况下允许发电机短时过负荷运行？电流超过额定值会使电机绕组温度有超过容许限度的危险，甚至还可能造成机械损坏。

过负荷数值愈大，持续时间越长，上述危险性越严重。

因此，发电机只容许短时过负荷；只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续供电，才容许发电机短时过负荷运行。

14、引起发电机异步运行的原因有哪些？励磁系统故障、误切励磁开关而失去励磁、短路使发电机失步15、发电机失磁后的物理情况如何？1）转子电流表指示值为零或接近零2）定子电流表指示值增大和摆动3）有功功率表指示值减小或摆动4）无功功率表为负机端电压降低16、为什么汽轮发电机允许短时异步运行？水轮发电机不允许失磁异步运行？汽轮发电机的x d较大，而s甚小，所需的无功功率也较小，电力系统电压降低很小。

所以，汽轮发电机短时内处在这种情况下(有功功率大，转差率小，电压降低不多)作异步运行是容许的，不会出现转子损耗过大，而使电机受到损伤。

水轮发电机和汽轮发电机不同，异步转矩特性差，当滑差变化很大时，平均异步转矩变化不大，最大平均异步转矩也小于失磁前的原动机转矩，因而只能在滑差相当大时，才能达到稳定运行点A2和A3，如图1-9所示。

在这样大的滑差下运行，转子有过热的危险，所以一般是不容许的17、发电机失磁后异步运行有何实际意义？当发电机失磁后，采取立即解列以致停机的措施，不是较好的方法。

因为突然甩负荷，停机，对电力系统的稳定运行是不利的；而且机组起停次数多，也会降低其使用寿命。

基于目前发电机励磁系统的可靠性还较低，失磁异步运行又具有许多优点，因此当发电机失磁时采用异步运行，就显得很有必要。

当发电机出现失磁故障时，若能允许短时异步运行，电气人员便可借此机会寻找失磁原因，迅速消除失磁故障，恢复励磁实现再同步，恢复发电机正常运行。

这对于减少对用户的停电、确保供电可靠、提高电力系统安全和稳定运行是具有重要意义的18、发电机失磁异步运行与同步运行的主要区别a)失磁异步运行时，转子的转速高于定子旋转磁场的同步速、有转差s存在，并且为负值；而发电机同步运行时，转于的转速与定子旋转磁场的同步速相等。

即s=0，无转差。

b) 发电机失磁异步运行时，因有转差，在转子各部件要产生感应电流；而同步运行时，因无转差，无感应电流。

c) 发电机失磁异步运行时，转子绕组中无直流励磁电流，此时的励磁电流为转子中感应的低频电流；而同步运行时转子绕组中为直流励磁电流。

d) 发电机失磁异步运行时，向电力系统输送有功功率，吸收无功功率；而同步运行时可向系统输送有功功率和无功功率，或输送有功功率，吸收无功功率(进相运行时)。

e) 发电机失磁异步运行时．定子和转子的电气量有周期性的摆动；而同步运行时定子和转子的电气量稳定。

19、引起发电机不对称运行的原因是什么？不对称运行对发电机有哪些影响？发电机的不对称运行属于一种非正常工作状态。

不对称的原因可能是负荷不对称(电气机车、电炉等)，也可能由于输电线路不对称(断线)等等。

同步发电机在不对称运行时，定子除有正序磁场外，还有负序磁场。

负序磁场对转子有双倍同步转速的相对运动，因此在转子绕组、阻尼绕组以及转子本体中感应出两倍额定频率(100Hz)的电流，引起转子过热和振动。

20、发电机进相运行有何实际意义？随着电力系统的不断发展，大型发电机组日益增多，同时输电线路的电压等级越来越高，输电距离越来越长，加之许多配电网络使用了电缆线路，从而引起了电力系统电容电流的增加，增大了剩余无功功率。

尤其是在节假日、午夜等低负荷情况下，由线路引起的剩余无功功率，就会使电网的电压上升，以致超过容许的范围。

过去一般是采用并联电抗器或利用调相机来吸收此部分剩余无功功率，但有一定的限度，且增加了设备投资。

近些年我国也广泛地开展了进相运行的试验研究。

实践说明，进相运行是一项切实可行的办法，不需要额外增加设备投资，就可吸收无功功率，进行电压调整。

21、什么是同步发电机的进相运行状态？进相运行是相对于发电机迟相运行而言的，此时定子电流超前于端电压，发电机处于欠励磁运行状态。

发电机直接与无限大容量电网并联运行时，保持其有功功率恒定，调节励磁电流可以实现这两种运行状态的相互转换22、比较发电机的失磁异步运行与进相运行情况。

发电机迟相运行时，供给系统有功功率和感性无功功率，其有功功率和无功功率表的指示均为正值；而进相运行时供给系统有功功率和容性无功功率，其有功功率表指示正值，而无功功率表则指示负值，故可以说此时从系统吸收感性无功功率。

发电机进相运行时各电磁参数仍然是对称的，并且发电机仍然保持同步转速，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，只是拓宽了发电机通常的运行范围。

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时间运行的。

23、发电机进相运行的特点是什么？1）发电机端部的漏磁较迟相运行时增大，会造成定子端部铁心和金属结构件的温度增高，甚至超过允许的温度限值；2）进相运行的发电机与电网之间并列运行的稳定性较迟相运行时降低，可能在某一进相深度时达到稳定极限而失步。