第九章 同步发电机的运行

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(2) If增大(Q=0)→过励→输出无功 δ
If →Q 定子电流 cos
最大值不应超过转子额定电流!
第二节 同步发电机的正常运行
(3) If(Q<0)→欠励→吸收无功 If→Q 定子电流 cos δ 最小值受δ= δmax900制约。(Imax=Pxd/U)
有功负荷越小,发电机从系统吸收最大无功功率时所需的励磁电 流也越小。没有有功负荷时,最小励磁电流等于零。
第二节 同步发电机的正常运行
发电机的P-Q图(曲线):表示其在各种功率因数下允许的有功功率输出 P和允许的无功功率输出Q的关系曲线——又称为发电机的安全运行极限。
B-C-D-E-F-G点的连线。
还与端电压有关。当 端电压比额定值大时 如图9—3所示,曲线 中的GF部分将向左移, 若端电压降低,则GF 部分将向右移。
——功角特性
第四节 同步发电机的特殊运行方式
如果发电机在运行时带上AVR,则功角特性会有一些不同,最大电 磁输出功率Pmax会向右移动,使得Pmax所对应的功角δ>900。
实际系统中,发电机经变压器、线路接到系统,所以需要计及这些元件 的电抗(统称为外部电抗Xs)。此时静态稳定性将进一步降低。
(1)带自动电压调节器后,进相能力明显增强; (2)发电机短路比大,即Xd小,进相能力强; (3)发电机与系统连接紧密时,则进相能力强; (4)系统电压越高,无功储备越大,发电机进相运行能力越强; (5)机组所带的有功功率越多,则功角越大,静态稳定储备越低。
1.冷却介质不同于额定值时对额定容量的影响 允许负荷可随冷却介质温度变化而增减。但应符合定、转子
绕组温度不超过允许限值。 表9-2给出了不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
表9-2 不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流允许倍数
0(℃)
20
30
I/IN
2.影响电力系统的暂态稳定主要因素有: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、短路切除时间等。系统中 发生对称或非对称短路时,发电机的最大电磁转矩几乎和发电机的 暂态电抗和次暂态电抗成反比,阻抗增大,将促使最大电磁转矩降 低,因而使暂态稳定性能降低。如保持同样的极限角,则机械时间 常数几乎和临界切除时间的平方成正比,机械时间常数减小一半, 临界切除时间将缩短到原值的1/4。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势
1.参数的特点
机组阻抗大 暂态电抗和次暂态电抗大(较同容量水轮发电机稍小) 同步发电机定子非周期电流衰减时间常数Ta较小 机械时间常数Tm随着单机容量的增大而减小
2.发展趋势
阻抗增大→短路电流减小 机械时间常数降低
对系统稳定带来很不利的影响。
第二节 同步发电机的正常运行
特点:发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等都在允许范围以 内,因而是一种稳定的对称的工作状态
一、发电机的允许运行范围和P—Q图
在稳态条件下,发电机的允许运行范围决定于下列4个条件: (1)原动机输出功率极限(原动机的额定功率要稍大于或等于发电机的额 定功率)。 (2)发电机的额定容量,即由定子发热决定的允许范围。 (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于零而转入进相运行时, Eq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。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
二、发电机进相运行特点——两个! 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。
发电机进相运行时,允许承担的电力系统有功功率和相应 允许吸收的无功功率值是有限制的。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响 1.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Xd值越大,而Xs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。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
何为迟相运行? 既输出有功功率,也输出无功功率的稳定运行状态。
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,只要电力系统需要发电机是可以长时间进相运行的。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2.端部漏磁的发热
定子绕组端部漏磁
发电机端部的漏磁
转子绕组端部漏磁
影响端部漏磁的因素 ①发电机的结构、型式、材料、短路比 ②定子电流的大小、功率因数的高低
在迟相运行时这种发热是在允许范围内的。
进相运行时,随着进相功率的增大,发热越来越严重,这是因 为端部合成漏磁通随功率因数的变化而增大所致。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
三、进相运行所导致问题分析 1.静态稳定性的降低
以隐极发电机为例,
设在迟相运行时,发电机的功角为δ1,进相运行时为δ2,在运行方式由迟相 逐渐过渡到进相时,If→Eq(UG也相应下降一些),Xd基本保持不变→功角 δ,从δ1增到δ2 。此时最大功率点Pmax下移。在δ=900时,PM= Pmax达 到静态稳定极限。此时若再减少励磁电流,则会失去稳定。
图9-2冷却介质变化时的允许出力
基本特性: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。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
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,允许在额定电压±5%范围内变动。 原则:保证输出功率不变!
图9-14端部漏磁通与发电机 输出功率的关系
第四节 同步发电机的特殊运行方式
②当发电机由迟相转入进相运行 时,随着功率因数的降低,发电 机允许的输出功率剧烈下降。如 图9-15所示。
图9-15功率因数变化时发电机的允许 有功功率和允许无功功率
第四节 同步发电机的特殊运行方式
四、过励磁 1.过励磁的定义 当电压上升到一定范围,或者频率 下降到一定范围,或者两者变化到一 定范围,发电机磁通量急剧上升,使 发电机机铁心进入饱和的现象。
这种非正常工作状态应受到时间的限制。 一般规定,汽轮发电机的异步运行时间为.15~30min。 水轮发电机一般不允许异步运行(或只允许运行几秒钟)。
第三节 同ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发电机的非正常运行
三、发电机的不对称运行
原因
负荷不对称(电气机车、电弧炉等) 输电线路不对称(断线、不对称短路)
分类
长时间不对称运行:是指不对称负荷情况; 短时不对称运行:主要指不对称故障时的运行,持续时间极短。
图9-16发电机电压、频率变化范围和过励磁运行领域
第四节 同步发电机的特殊运行方式
2.过励磁运行方式——3种!
(1)负荷甩开后电压升高; (2)启动过程中(低速度),自动电压调节器(AVR)动作; (3)单独运行时,励磁电流过大。
图9—3汽轮发电机的安全运行极限
第二节 同步发电机的正常运行
二、同步发电机的正常运行特性(与无穷大系统相连)
最常见的两种工作状态: ①调整有功功率,维持励磁不变,即E。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。为变数。 1.Eq为常数,P为变数 (1)P→功角δ; P→功角δ (2)P→dP/dδ>0, 发电机稳定运行(δ<δmax);
1.22
l.22
40
50
60
1.00
0.87
0.71
Ir/INr
1.11
1.05
1.00
0.95
0.88
由表9-2可看出,随着冷却介质温度的升高,允许出力下降!
图9-2给出了它们之间的关系曲线。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
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输出功率,转 子绕组温度此时不会超过允许值; 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 按转子电流允许增大的倍数来提高输出 功率,此时定子绕组温度不会超过允许 值。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
着重分析第②点。 (1)cos变化 ① cos=1附近,合成漏磁通 变化较明显。 ②随着进相, cos→ →吸收的无功功率→发热
图9-12端部漏磁通与功率因数关系
图9-13端部合成漏磁通随功率因数变化曲线
第四节 同步发电机的特殊运行方式
(2)定子电流的影响——发电机出力! ①当功率因数一定时,端部漏磁通 约与发电机的出力成正比,如欲保 持端部发热为一定值,亦即端部漏 磁通为一定值,随着进相程度的增 大输出功率应相应降低。如图9-14 所示。
当定子电压降低5%时,定子电流可增加5%; 发热限制!
当电压升高5%时,电流也就降低5%。
当发电机运行电压低于95%以下运行时,定子电流不应超过额定值的5 %。此时发电机要降低输出功率。(发电机运行电压的下限一般不应低 于额定值的90%。)
当发电机运行电压高于额定值,升高到105%以上时,其输出功率须 相应降低。
最高值不得超过额定值的110%。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
3.运行频率不同于额定值时发电机的运行
规程规定:发电机运行频率允许变动范围是±0.5Hz。
(1)运行频率比额定值高 可能使转子某些部件损坏 效率下降
频率增高主要是受转子机械强度的限制。 (2)运行频率比额定值低
转速下降两端风扇鼓进的风量降低→使发电机的冷却条件变坏→各部 分温度升高;
若δ>δmax,则P→dP/dδ<0, 失步(不稳定);
第二节 同步发电机的正常运行
当δ=δmax,则P→Pmax(静态稳定极限) (3)P<< Pmax,稳定储备大。P时→要使励磁电流→Pmax,保 持一定的静储备。 (4)cos=1,Q=0,则cosδ=U/Eq
2. P为常数,Eq为变数 (1)在Q=0时,P→δ 励磁电流越小。
第三节 同步发电机的非正常运行
同步发电机的非正常运行属于只允许短时运行的工作状态。
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。
一、发电机的允许过负荷 (1)短时 (2)不允许经常 (3)过负荷允许值和时间由厂家规定!
第三节 同步发电机的非正常运行
二、异步运行
导致发电机产生过热!
常见原因:励磁系统故障 误切励磁开关而失去励磁 由于短路使发电机失步等。
对应负荷 长时间允许负荷,主要决定于下列3个条件: (1)负荷最重相的定子电流,不应超过发电机的额定电流。 (2)转子最热点的温度,不应超过允许温度。 (3)不对称运行时出现的机械振动不应超过允许范围。
短时允许负荷:主要决定于短路电流中的负序电流
第三节 同步发电机的非正常运行
我国规定的发电机不对称运行时的允许电流和持续时间如表9-3所示。 不对称运行产生问题的主因: 产生负序磁场→对转子有双倍同步转速的相对运动→在转子绕组、 阻尼绕组以及转子本体中感应出2倍额定频率(100Hz)的电流→引 起转子过热和振动。
电子教案
发电厂电气部分
第九章 同步发电机的运行
发同步发电机正常运行、非正常运行、 特殊运行方式的性能
第一节 同步发电机的参数及其额定值
二、运行参数不同于额定参数时发电机的运行
在运行中不要发生电气损坏、机械故障和使电气设备缩短 寿命,即定子绕组、转子绕组、铁心温度都不超过允许值, 各部分产生的应力都不超过允许限度。
为了维持额定电压不变就得增加磁通→漏磁增加→产生局部过热; 可能使汽轮机叶片损坏; 厂用机械输出功率受限。
第一节 同步发电机的参数及其额定值
4.功率因数不同于额定值时发电机的运行
受下列条件的限制: (1)高于额定功率因数时,定子电流不应超过允许值; (2)低于额定功率因数时,转子电流不应超过允许值; (3)在进相功率因数运行时,应受到稳定极限的限制。
第四节 同步发电机的特殊运行方式
问题的提出:
电力系统电容电流增加,增大了剩余无功功率,在低负荷时, 使电网电压上升以致超过允许范围!
解决方法:
并联电抗器、利用调相机 发电机进相运行
一、发电机进相运行的分析
何为进相运行? 指发电机发出有功功率,吸收无功功率的稳定运行状态!
第四节 同步发电机的特殊运行方式
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