同步发电机的参数及其额定值.ppt

大型发电机与变压器运行,主讲教师：武玉才邮箱：,2,了解大型发电机及变压器运行的基本情况掌握同步发电机正常运行的概念及运行特性掌握同步发电机非正常运行的原因、现象及危害掌握同步发电机的不对称运行、异步运行的分析方法掌握同步发电机的进相运行、过励磁运行时的运行性能了解汽轮发电机扭动稳定、扭动振荡及次同步谐振的概念了解变压器的冷却系统及发热计算。了解变压器的绝缘老化及过负荷能力的确定依据掌握自耦变压器的特点及运行方式了解分裂绕组变压器的特点掌握三绕组变压器并联运行的分析方法了解变压器的常见故障与故障检测技术,本课程的教学内容,3,本章所讨论的内容：介绍同步发电机参数的特点，以及对系统运行的影响根据发热限度，通过PQ图和相量图，分析发电机在不同情况下的容许负荷结合大系统、大机组的特点，分析发电机正常运行、非正常运行、特殊运行方式（包括进相运行、过励磁等）的性能介绍汽轮发电机轴系扭振和次同步谐振的概念，发电机故障诊断技术,1同步发电机的运行,4,1.1 同步发电机的参数及其额定值,1X、Y、Z引出线；2电流互感器；3A、B、C引出线；4永磁副励磁机；5主励磁机；6励磁机轴承；7出线盒；8汽体冷却器；9碳刷架隔音罩；10端部；11机壳；12测温引线盒；,一、同步发电机的结构,图1-1 QFSN3002型汽轮发电机组侧视图,1同步发电机的运行,5,1)定子结构：机座、定子铁心、端盖、定子绕组及氢气冷却器。2)转子结构：转子铁心、转子绕组、护环、滑环及风扇等。,一、同步发电机的结构,1同步发电机的运行,6,二、同步发电机的参数及其额定值,1同步发电机的运行,7,2.运行参数不同于额定参数时发电机的运行,发电机运行规程规定了运行时发电机的端电压、运行频率、冷却介质温度的容许变化范围。同时也规定了各个运行参数不同于额定值时，发电机的容许出力或容许电流。(参照耒阳电厂300MW机组电气运行规程)规定的原则：在运行中不要发生电气损坏、机械故障和缩短寿命，即定子绕组、转子绕组、铁芯温度都不超过容许值，各部分产生的应力都不超过容许限度等。,1同步发电机的运行,8,1）冷却介质不同于额定值时对容量的影响,1同步发电机的运行,9,1同步发电机的运行,10,1同步发电机的运行,11,1同步发电机的运行,12,1同步发电机的运行,13,分析：发电机定子绕组的温度 由几部分决定：1）冷却介质的温度；2）通风摩擦损耗而引起的温升；3）铁耗引起的温升；4）铜耗引起的温升。,（11）,1同步发电机的运行,假定转子转速恒定，可认为通风损耗保持不变，铁耗与电压平方成正比，铜耗与电流平方成正比。,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。决定容许负荷的原则：定、转子绕组温度都不超过容许值。,14,在额定状态时，即额定电压、额定电流、额定转速、额定冷却介质温度时,（12）,假定冷却介质温度不同于额定值，发电机在额定电压下运行，根据定子绕组温度不超过 的原则，令式(11)中，由式(1-2)减式(1-1)，则得发电机的电流容许倍数为,（13）,1同步发电机的运行,15,转子绕组的温度,（14）,式中:转子绕组的温度；周围介质的温度；转子绕组在额定负荷时的温升；转子电流和转子额定电流之比。,冷却介质温度不同于额定值时，转子绕组的温度也要发生变化。转子绕组温度不超过额定值的转子容许负荷由下式决定，即,（15）,1同步发电机的运行,16,例：以某一台发电机为例，定子绕组用沥青云母绝缘，=105，=40，=25，=40。转子绕组用B级绝缘，=130，=90，将上列数值代入式(1-3)和式(1-5)，求得不同冷却介质温度下定子和转子电流容许倍数，列于表1-2。,表1-2不同冷却介质温度时发电机定子和转子电流容许倍数,1同步发电机的运行,17,图1-2 冷却介质变化时的容许出力,1同步发电机的运行,18,结论：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出力，转子绕组温度此时不会超过容许值；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，所以应按转子电流容许增大的倍数来提高出力，此时定子绕组温度不会超过容许值。虽然各台发电机的温升数据不尽相同，但图1-2所表明的基本特性，即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。这个原则对一般外冷发电机都适用。发电机运行规程中规定的电流容许变化便是依据这一原则确定的。不过规程从普遍安全考虑，规定的数据较严。对于具体某台发电机，可以根据其温升试验曲线，计算出在不同冷却介质温度(进口气温)下的容许电流值。,1同步发电机的运行,19,2)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，容许在额定电压5%范围内变动，此时发电机可保持额定出力不变。当定子电压降低5%时，定子电流可增加5%；当电压升高5%时，电流也就降低5%。在这样的变化范围内，定子绕组和转子绕组的温度不会超过容许值。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。发电机运行电压的下限，可根据稳定要求确定，一般不应低于额定值的90。,1同步发电机的运行,20,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。发电机运行的最高容许电压，应遵照制造厂的规定，最高值不得超过额定值的110。现代大容量发电机，都是按相当高的饱和程度设计的，当运行电压超过510时。就会由于过度饱和，定子旋转磁场的漏磁部分大大增加，使定子本体机架回路感应出很大电流(有时可达几万安)，在机架的一些接缝处造成局部发热，甚至引起火花，使机器损坏。,1同步发电机的运行,21,3)运行频率不同于额定值时发电机的运行,按照规程规定，发电机运行频率容许变动范围是0.5Hz。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。同时，频率增高，转速增加，通风摩擦损耗也要增大，虽然在一定电压下，磁通可以小些，铁耗也可能有所降低，但总的来说，此时发电机的效率是下降的。,1同步发电机的运行,22,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。,由于上述原因，不希望发电机频率在偏离额定值的情况节运行。在系统运行频率变化0.5Hz的容许范围内，由于设计有裕度，可不计上述影响，容许保持额定出力不变。,1同步发电机的运行,23,4）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。,1同步发电机的运行,24,三、大型同步发电机参数的特点和发展趋势,大型发电机的参数与中、小型发电机有很多不同之处，汽轮发电机和水轮发电机也有所不同。由于大型发电机有效材料利用率提高，采用的是直接冷却系统，所以总的趋势是阻抗增大，机械时间常数降低。这可解释如下:,从电机理论中可知,式中：A线负荷；极距；B气隙磁密；气隙长度。,（16）,1同步发电机的运行,25,从式（1-6）可以看出，机组的阻抗与线负荷成正比，而与气隙长度成反比。气隙长度越大，磁导和阻抗越小。但是长度如果增大，转子绕组中的磁通势就要增加，转子绕组中的电流和匝数要相应增大。这样，会促使转子重量和价格增加。所以，从简化电机结构出发，都希望选取较小的气隙。,1同步发电机的运行,大型机组的特点是：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xd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xd值(0.92.0)仍较水轮发电机的均值(0.71.6)大。,26,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A值较大，漏磁通也较大，所以 和 值也要增大。同容量的汽轮发电机的漏磁系数和漏磁路径较水轮发电机小，极距比水轮发电机大，汽轮发电机的 值(0.140.34)较水轮发电机的 值(0.20.5)小。,1同步发电机的运行,27,1同步发电机的运行,同步电机定子非周期电流衰减时间常数:,（17）,式中:ra为定子绕组的有效电阻，x2为电机的负序电抗，为角频率。,同容量的汽轮发电机的、值较水轮发电机稍小，但它的ra值远较水轮发电机的值小，所以汽轮发电机的Ta值(0.020.5s)比水轮发电机的Ta值(0.030.35s)稍大。,28,大型机组的，和 值与阻抗及电阻有关，虽然阻抗值稍大，但由于加强冷却，采用的电流密度较大，所以电阻值远较一般机组大，和 的数值显得较小。,机械时间常数Tm与转动惯量J及转速n的平方成正比，而与容量成反比。同容量水轮发电机的J、n值较汽轮发电机大，所以水轮发电机的Tm值(510s)较汽轮发电机的Tm值(34s)大。,大型机组的机械时间常数随着单机容量的增大而减小，由于加强了冷却，大型机组的转动惯量几乎没有多大变化。,1同步发电机的运行,29,2.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(虽然绝对值仍很大)，这是有利因素。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。例如，单机对无穷大容量系统中，发电机的静稳定极限功率:,1同步发电机的运行,式中:U系统母线电压；xs电网阻抗；Eq发电机电动势。,由上式可知，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。,（18）,30,电力系统的暂态稳定和许多因素有关：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。系统中发生对称或非对称短路时，在暂态过程中，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。机械时间常数对暂态稳定也有很大影响，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。,1同步发电机的运行,31,曾经采用改善发电机参数（如加大空气隙等）的措施来提高系统稳定极限，但往往引起发电机尺寸，重量增大，成本提高。一般采用励磁控制的方法（包括应用各种类型的自动电压调节器），来改善大型发电机参数所带来的不利影响。经验证明，合理选择和整定励磁控制的各种参数，在一定程度上可改善对稳定的不利影响。在经济上显然要比前一种方法有利的多。,1同步发电机的运行,32,思考题：,什么是同步发电机的三机同轴励磁系统？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？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？大型同步发电机的参数有何特点？对系统运行有何影响？,1同步发电机的运行,