9第九章 同步发电机运行解析

a)
汽轮发电机的异步运行
能在转差率小于0.5%的情况 下稳定运行，所以允许异 步运行15-30min
b) 水轮发电机的异步运行
不允许异步运行
三、同步发电机的不对称运行
分析方法：对称分量法
& F & F &; 零序分量系统：F ao bo co &、F & a2 F &、F & aF & , a e j120 ; 正序分量系统：F
2.发电机出力不变，调整励磁电流： P C、Eq 变数
结论：
第三节 同步发电机的非正常运行
一、同步发电机的容许过负荷 正常运行状态下，发电机不允许过负荷，但在短路、发电机 失步等特殊情况下，允许短时过负荷，时间一般参照下式：
150 t I 2 ( ) 1 IN
二、同步发电机异步运行 原因：发电机失磁、定子短路等 现象：发电机的定子、转子磁场间有了相对运动，在转子 绕组、阻尼绕组、转子的齿和槽中产生(fg-fs)的电流。 对系统或发电机的不良影响： （1）引起系统电压下降； （2）发电机出力受影响； （3）引起发电机转子和励磁回路过热； （4）各种发电机的异步运行分析。
a1 b1 a1 c1 a1
& 、F & aF & 、F & a2 F & , a e j120。 负序分量系统：F a2 b2 a2 c2 a2
以A相为基准相：
& 1 1 1 F & F a a0 & F 2 & F 1 a a b a1 & 1 a a 2 F & F c a2 & & F 1 1 1 F a0 a & 1 2 & Fa1 3 1 a a Fb 2 & & F F 1 a a a 2 c
大型汽轮发电机组参数
关系
大型水轮发电机组参数
xd x′d x〞d
Ta Tm
> < < > <
xd x′d x〞d
TaFra Baidu bibliotekTm
四、阻抗增大和时间常数减小对电力系统运行的影响
1. 阻抗增大对电力系统运行的影响 短路：阻抗增大→短路阻抗增大→短路电流降低 静稳：阻抗增大→静稳极限下降→静稳储备降低 暂稳：阻抗增大→电磁功率下降→加速功率增大→暂态 稳定性降低 2. 时间常数减小对电力系统运行的影响
3. 进相运行的容许范围 决定因素： a) 静态稳定极限
有电压调节器时：最大极限角大于90º
短路比变化时：短路比增加，安全极
限曲线左移，从系统吸收的无功增加
b) 端部发热
结论：要保持一定的静
态稳定储备、保持端 部发热为一定值，进 相运行时，随着功率 因数的降低，发电机 出力应该降低。
二、 过励磁 1. 定义
第九章 同步发电机的运行
(The Operation of Synchronous Generator)
• 第一节 同步发电机的额定参数
(9.1 The Rated Parameters of Synchronous Generators)
一、同步发电机额定参数（同步发电机铭牌值）
制造厂家保证同步发电机能长期运行而规定的技术参数。包括容量、 电压、电流、功率因数、转子电流、转速和长期容许温度等。 额定容量：一定冷却介质温度下，在转子、定子绕组以及铁心长期 允许发热温度范围内，发电机的连续运行允许输出功率。
现象：在转子上感应100Hz的电流 不良影响： （1）在转子上产生附加发热，对汽轮机特别危险； （2）引起转子倍频振动； （3）影响发电机出力，限制发电机出力的三个方面为：
第四节 同步发电机的特殊运行方式
一、 进相运行
1. 定义：发电机以超前功率因 数、从系统吸收无功功率的运 行方式。
2. 为何要采用进相运行？
结论：
0
0 N 0 按定子电流限制来
减少出力
0 N 0
按转子电流增大倍 数来增加出力
θ0降低1℃时增加的电流倍数 较θ0升高1℃时减少的电 流倍数小
2. 端电压不同于额定值时发电机的运行 1）定子电压降低5%，则定子电流可增加5%，发电机额定出力不变； 2）定子电压升高5%，则定子电流应减少5%，发电机额定出力不变； 3）90%UN≤U≤95%UN时，定子电流不能超过额定值5%，避免定子过热； 4）105%UN≤U≤110%UN时，发电机出力必须降低,避免定、转子温度越限； 5）稳根据定性要求，发电机端电压不能低于90%； 6）电压不能超过110%UN，否则，定子漏磁将大大增加，引起局部过热. 3. 频率变化对发电机运行的影响 f>fN:转速升高，发电机效率下降； f<fN:转速下降，发电机冷却条件变坏。 4. 功率因数不同于额定值时，发电机的运行
对暂态稳定的影响较大，机械时间常数与临界切除时间的平 方成正比。机械时间减小一半，则临界切除时间将缩短到原 来的1/4。
第二节 同步发电机的正常运行
一、同步发电机的正常运行
发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等全在允许范围内， 是一种稳定的、对称的工作状态，允许长时间连续运行。 最理想运行状态：额定工作状态。
二、运行参数不同于额定参数时，同步发电机的运行
1. 冷却介质不同于额定值时，对额定容量的影响 原则：定子绕组和转子绕组温度不超过容许值。
NCu N 0 0 I IN NCu
Nr 0 N 0 Nr 0 Ir I Nr Nr Nr
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）进相功率因数运行时，应受到稳定极限的限制。
三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势
1.火力发电机组发展趋势 a) 高参数
中压中温机组 中高压机组 高压高温机组 亚临界机组
超超临界机组
不同类型机组参数对照数据 机组类型 亚临界机组 超临界机组 参 数 净效率 37～38% 40～41%
2.大型同步发电机参数的特点和发展趋势 a)阻抗
大型机组特点：
a)气隙较小以便简化结构；
b)受饱和限制，气隙磁密不能过大； c)线负荷较大
、xd 增大 xd、xd
b) 衰减时间常数 由于大型机组的ra增加很快
、xd 将增加; Ta、Td、Td 、Tm 将变小 对大型机组： xd、xd
U f
2. 实例
3. 容许范围
第四节 同步发电机的调相运行
一、定义 只发出无功功率或只吸收无功功率的运行方式。
二、调相运行情况 1. 水轮机组在低水位或枯水期； 2. 汽轮机机组在汽轮机检修期间； 3. 汽轮机机组的技术经济指标很低时。 三、调相运行方式 1. 发电机与原动机不分离； 2. 发电机与原动机分离。 四、启动方法 1. 发电机与原动机不分离时； 2. 发电机与原动机分离时。
水轮发电机
四、同步发电机的正常运行特性 正常运行状态：稳定的、对称的工作状态，它的主要参数（ P、 Q、U、I）不超过P-Q图规定的容许范围。 正常运行状态中，主要调整有功功率和励磁电流。
1. 励磁电流不变，调整发电机出力：Eq C、P 变数 结论：
从系统稳定性和保 证电能质量出发，在 增加有功功率的同时， 应相应增加励磁电流。
二、同步发电机的容许运行范围 决定因素：
1）原动机输出功率限制； 2）发电机额定容量，由定子发热决定； 3）发电机磁场或励磁机的最大励磁电流限制，由转子发热决定； 4）进相运行时的稳定度。 同步发电机进相运行： 发电机以超前功率因数角运行，此时发电机发出有功，但从系 统吸收无功。
三、P-Q图
表示发电机在各种功率因数下，容许有功功率输出P和容许无功功 率输出Q的关系曲线，又称发电机安全运行极限。
超临界机组
煤耗(g) 330～340 310～320
17MPa,538/538℃ 24MPa,538/538℃
超超临界机组
30MPa,566/566℃
44～45%
290～300
b) 大容量
200MW机组
300MW机组
600MW机组
1000MW机组
c) 高效率
与同容量亚临界火电机组的热效率比较，采用超临界参数可提高效率 2％～2.5％，采用更高的超临界参数可提高约4％～5％。目前，世界 上先进的超临界机组效率已达到47％～49％。