电气讲课--发电机汇总(4)

以保持一定的静态稳定储备。

除此之外，当功率因数cos?=1，即?=0时，发电机的无功负荷Q=0，从图3–14（a）相量图中可以看出，电压三角形OCA是直角三角形，此时，

Ucos?? （3–7）

E0从图3–14（b）也可以看到：当cos??cos??U时，?角显得比较小，发电机向系统输送无功功率；当E0U时，?角显得和比较大，发电机从系统吸收无功功率。在Q=0时，励磁电流越小，即E0越小时，E0?角也越小。所以在一定的E0值时，增加有功负荷，?角也增加，发电机很可能从发出无功功率的运行方式变成吸收大量无功功率。所以在增加有功负荷时，必须相应地增加励磁电流。

十、励磁电流调整

当发电机的励磁电流降低时，电磁转矩随之下降，由于原动机转矩未变，所以发电机加速，如图3–

→ →

15（a）所示，此时，功角?由?1增至?2，OA1相量转至OA2位置。由于P=常数，所以相量图中A1B1=A2B2，E0端点A的轨迹是一条与电压相量相互平行的直线。从图3–15（a）相量图很容易求出无功功率Q、定子电流I、功率因数cos?，功角?和励磁电流IL的关系曲线，如图3–15（b）所示。

U时（用标幺值表示），Q=0。当有功负荷P增加大时，功角?增cos?大，维持Q=0所需的励磁电流也越大。

由式（3–7）可知，当IL?E0?U时，发电机处于过励磁运行状态，向系统输出无功功率，此时，功角?值显得相当小。cos?若励磁电流越大，向系统输送的无功Q和定子电流I也越大，cos?则越小，此时最大励磁维持电流不应超过转子的额定电流。

当IL?Eq?

图3–15 在各种励磁电流情况下发电机的工作状态

（a）相量图；（b）Q、I、?、cos?变化曲线

U时，发电机处于欠励磁运行状态，从系统吸收无功功率，励磁电流IL越小，从系统cos?吸收的无功功率Q越多，定子电流I和功角?也越大，cos?则越小。最小励磁电流ILmin，由?=?max?90?决定，它等于（用标幺值表示）

当IL?E0?PXd （3–8） 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，励磁极限最小电流等于零。发电机在进相运行时，励磁电流应大于最小励磁电流ILmin。

ILmin?第五节 同步发电机的特殊运行

一、同步发电机的进相运行

随着电力系统的扩大，电压等级的提高，输电线路的加长，线路上的电容电流也越来越大。在轻负荷时，线路上的电压会升高，例如在节假日、午夜等低负荷的情况下，如果不能有效地吸收剩余的无功功率，枢纽变电站和发电厂母线上的电压可能超过额定电压的15%~20%左右。此时最好利用部分发电机进相运行，以吸收剩余的无功功率，进行电压调整。

如前所述，如果减小发电机的励磁电流，使E0?U，发电机即从迟相运行转为进相运行，也就是cos?从发出无功功率转为吸收无功功率。励磁电流越小，从系统吸收的无功功率越大，功角?也越大，系统的静态稳定性也越低。所以，发电机在进相运行时，允许吸收多少无功功率，发出多少有功功率，决定于静态稳定的极限角。另外，发电机进相运行时，会使发电机端部发热，端部发热是由于端部漏磁增大所引起的。发电机进相运行时，定子端部铁芯、端部压板以及转子护环等部分，通过相当大的端部漏磁。由于转子端部漏磁对定子有相对运动，所以在定子端部铁芯齿部、压板、压指等部件中感应涡流，引起涡流损耗和磁滞损耗。

综上所述，发电机从迟相转为进相运行时，静态稳定储备下降，端部发热严重。这两方面的影响都和发电机的千伏安出力密切相关。发电机在进相运行时，千伏安出力越大，静态稳定性能越坏。在一定功率因数下，端部漏磁通约与发电机的千伏安出力成正比，如图3–16所示。因此，欲保持一定的静态稳定储备，保持端部发热为一定值，随着进相程度的增大，千伏安出力应相应降低。

图3–16 端部漏磁通与发电机出力（kVA）的关系

图3–17表示大型机组功率因数变化时的允许出力（有功和无功）。从图上很明显地看出，当发电机由迟相转入进相运行时，随着功率因数的降低，发电机允许的千伏安出力剧烈下降。

图3–17 功率因数变化时，发电机的允许有功功率和允许无功功率

值得提起的是，目前大型发电机已采取多种措施来减少端部发热，例如：采用非磁性钢的转子护环、采用铜板屏蔽、开槽分割以限制涡流通路等等。采用上述措施后，可降低进相运行时的端部温升，从而提高进相运行时的允许功率。

二、同步发电机的调相运行

所谓调相运行，是指同步发电机只发出无功或只吸收无功的运行方式。在下列情况下，同步发电机有必要作调相运行：①水轮发电机在低水位或枯水季节时；②汽轮发电机的汽轮机处于检修期间；③汽轮发电机的技术经济指标很低。

发电机调相运行时，根据系统需要，可以过励磁运行，也可以欠励磁运行。当系统感到无功功率不足，负荷在电厂附近时，调相机作过励磁运行；当电厂在低负荷且接有长距离输电线路时，则作欠励磁运行，吸收无功功率。

如图3–18所示，为发电机从发电状态过渡到电动状态的示意图。如图3–19所示，为同步发电机作调相运行时忽略有功损耗的相量图。

图3–18 发电机从发电状态过渡到电动状态示意图 （a）发电状态；（b）调相状态；（c）电动状态

图3–19 调相运行的相量图

（a）正常励磁；（b）过励磁；（c）欠励磁

发电机作调相运行时，可以与原动机（水轮机或汽轮机）不分离，也可以将原动机拆开，电机单独运行。发电机与原动机不分离时，运行的灵活性较大，在不改动设备的情况下，既可作调相运行，又可作为系统的旋转（热）备用，随时可转为正常的发电运行方式。

启动发电机作调相运行非常简便，可先利用原动机作动力，让蒸汽（或水）进入汽轮机（或水轮机），拖动发电机，待并入电网后，再将进汽（或进水）量减至最小，到能维持调相运行为止。以上叙述的均为与原动机不分离运行的优点，但这种方式也有其缺点，主要是在调相运行时，必须带着原动机旋转，损耗

较大；另外，将原动机改为无工质运行，只对水轮机较合适，若汽轮机改为无工质运行，由于发热和散热条件的复杂性，是否允许运行，必须进行详细分析和试验才能决定。通常，因较大的损耗将使汽轮机叶片和发电机端部等部件发生过热，为了防止过热，必须让小部分蒸汽通过汽轮机叶片，这样，就产生一个所谓的最小允许有功功率，该功率约为额定容量的10%～20%，具体视汽轮机的类型和容量而定。立式水轮发电机由于结构上的原因，不能和原动机拆开，为发减少有功损耗，在调相运行时，应使水轮机叶片不在水中旋转，而在空气中旋转。为此，必须用压缩空气将水压出，以保证发电机顺利调相运行。

发电机在和原动机拆开作调相运行时，可以减少有功损耗，但这样作，就不可能再利用原动机来启动了，在此情形下，常用电动机启动或异步启动。电动机启动就是利用一台小容量的电动机（其容量约为发电机容量的3%~5%）拖动发电机，克服发电机的阻力，待转速上升至接近额定转速时，再将发电机并入系统。异步启动就是将发电机直接接入或经电抗器接入电网，借助异步转矩，进行启动。

第六节 汽轮发电机的运行维护和事故 …… 此处隐藏：3973字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……