1、第二节 汽轮发电机运行（4学时）1、汽轮发电机结构2、汽轮发电机运行原理3、汽轮发电机的运行维护,一、本工程发变组系统简介本工程规划建设规模 1300MW + 25OMW 热电联产机组。#1机组（300MW）采用发电机变压器组单元接线接入 22OkV 母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器及高压厂用变压器之间采用全连式离相封闭母线连接，发电机中性点采用高电阻接地方式。发电机采用自并励静止励磁方式。 #2、3机组（50MW）采用发电机变压器组单元接线接入110kV 母线，发电机出口不设断路器，发电机与主变压器及高压厂用变压器之间采用共箱封闭母线连接。发电机采用无刷励磁方式。本期只完成#1、
2、2机组的建设。,二、同步发电机的基本原理,同步发电机主要由定子和转子构成。 定子上有AX、BY、CZ 三相定子绕组，在空间互差120电角度对称分布放置于定子铁芯槽中。 转子则有一对磁极，上面装有直流励磁的转子绕组，当直流电流通过电刷和滑环流入转子绕组后，产生的磁通由N 极出来经过气隙、定子铁芯，再经气隙进入S 极构成主磁路。,当发电机的转子由原动机驱动，以转速n（按图示方向）3000 转分钟作恒速旋转时，定子三相绕组的导体依次切割磁力线，于是，定子三相绕组便感应出三相大小相等、相位彼此相差120的交流电动势。 据右图所示转子的转向，若气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形为正弦波，
3、相序为ABC。,三、300MW汽轮发电机介绍,三、300MW汽轮发电机介绍1、型号,2、概述本型汽轮发电机为三相二极同步发电机，由汽轮机直接拖动。本型汽轮发电机的冷却采用“水氢氢”方式，即定子线圈（包括定子引线，定子过渡引线和出线）采用水内冷，转子线圈采用氢内冷，定子铁心及端部结构件采用氢气表面冷却。集电环采用空气冷却。机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动，在机内进行密闭循环。励磁采用“机端变压器静止整流的自并励励磁系统”。,3、主要参数,4、结构,发电机本体结构包括：1、定子（包括机座、隔振结构、 铁心 、绕组、出线、出线盒、定子水路、氢气冷却、端盖、 轴承等）；定子上置有三相交流绕
4、组2、转子（包括转子铁芯、绕组等主要部件）构成的。转子上置有励磁绕组，当通入直流电流后，能产生磁场。定子有时也称为电枢，转子有时也称为磁极。,汽轮发电机结构视频,几点说明,1、发电机的通风,定子铁心和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却。气体由安装在转子两端的单级轴流式风扇驱动。从风扇来的气流通过机座内的导风管进入各冷风区，再从铁心背部沿铁心径向风沟进入气隙，然后进入转子绕组风道，冷却转子绕组后，气流回到气隙，并沿着铁心径向风沟进入机座热风区，经导风管流过安装在端罩上部的冷却器，冷却后再回到风扇前继续循环。定子和转子风区的数量相等，位置相对应，冷风区和热风区沿轴向交替布置。这种布置方式使定子和转
5、子得到均匀的冷却，温度比较均匀。,2、油密封及挡油盖机座内的氢气是靠转轴与密封瓦之间的压力油密封的。密封油压高于机内氢气压力0.05 MPa 左右。密封系统为单流环式。位于密封座内的密封瓦在轴向与径向分半，用弹簧连接，有较好的随动性。,单流环式密封装置 1 一密封瓦； 2 一自紧弹簧；3 一瓦座； 4 一挡油板；5 一氢侧回油； 6 一空侧回油； 7 一进油,轴封系统为环型，每个轴封装置的密封瓦 1 含有各为四段（扇形）的两个环。环的内径比转轴的直径大百分之几毫米。每段由自紧弹簧 2 径向固定。自紧弹簧的作用是轴向把两排环分开。环的四段可径向扩大，但顶部有制动件防止环转动。压力油进入两环之间后
6、分为两路，一路流向机外空气侧，另一路流向氢气侧。发电机转轴和密封瓦间的间隙中产生油膜，防止机内氢气沿该轴外泄，并防止机外空气沿该轴进人机内影响氢气纯度。,1 -转子 2 -密封瓦3 -氢侧回油扩大箱 4 -浮子阀5 -空气析出箱 6 -真空油箱 7 -主密封油泵 8 -冷油器 9-自动压差调节阀 10 -滤网11 -事故油泵12 -再循环油泵 13 -真空泵 14 -轴承油总管15去轴承油箱,具体循环过程见教材,励端油密封对地为双层绝缘结构，可在运行时检查对地绝缘电阻。在密封瓦旁靠机内侧同时装置了梳齿式挡油盖和辅助挡油盖，可避免机内受到油污染。,3、轴承和端盖本机采用水平中分面椭圆轴承。轴承与
7、轴承座（端盖）的配合面为球面，以使轴承可以根据转子挠度自动调节自已的位置。励端轴承设有对地绝缘以防轴电流烧伤轴颈和轴承合金。对地绝缘为双层结构，可在运行时检测绝缘电阻。润滑油来自汽轮机供油系统。起动和停机时的低转速下提供高压顶轴油以避免损伤轴承合金。轴承安装在端盖上。,4、定子隔振结构为了减小由于磁拉力在定子铁心中产生的倍频振动对基础的影响，本型发电机在定子铁心与定子机座之间采用了弹性支撑的隔振结构。隔振结构是在出风区内定子铁心与定子机座之间设置 6 组切向弹簧板。,（5）定子绕组并联分支,（6）氢气冷却器,背包卧式冷却器 置于冷却器外罩内汽励两端对称布置各一支每支冷却器分成两个独立水路氢气冷
8、却器带走发电机70左右的损耗约4000kW（定子冷却水，轴承和密封油带走约2500kW）穿片式 冷却效率高,氢气冷却器水压试验,（7）发电机转子 转子由转轴、绕组及端部绝缘固定件、阻尼系统、护环、中心环、风扇、联轴器和集电环装配等构成。,发电机转子,纵向槽：在转子本体上加工有用于嵌入励磁绕组的平行纵向槽，沿转子轴圆周分布，从而获得两个实心磁极。转子本体圆周上约有三分之二开有轴向槽，用于嵌放转子绕组。转子本体的两个磁极。横向槽：用来降低由于磁极和中轴线方向挠曲所引起的双倍频率的转子振动。阻尼槽：转子大齿上轴向槽，用于嵌放阻尼槽楔。在转子线圈槽中，转子槽楔起阻尼绕组作用。通风槽：本体两端面均开设有
9、 4 个供转子绕组端部通风的轴向通风槽。,（8）集电环和电刷,集电环外径380mm 长度400mm2材质40Cr2MoV合金钢总长2170mm 带联轴器和稳定座式轴承 自带离心式风扇通风 外径650mm 长度200mm每极2612只刷盒 每极电刷数61272全台共计144只电刷 电刷尺寸2532100电刷牌号NCC634(上海摩根）LFC554(法国罗兰）集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。两集电环间有同轴离心式风扇对集电环及电刷进行强迫冷却。,集电环装配,（9）转子阻尼系统大齿上 的阻尼：每极开三个阻尼槽。槽内放置高导电率、高
10、强度的槽楔，在两根阻尼槽楔的连接处设置一个镀银的搭接块，并在搭接块底部的凹槽内放入两个弹簧以顶住槽楔，保证搭接块和两根槽楔之间有良好的电连接。嵌线槽内的阻尼 ：在每两根槽楔的连接处也设置镀银的搭接块，以保证槽楔之间有良好的电连接。降低月牙槽两端的过热，提高负序能力 暂态I22t 10秒 稳态I2 10%,三、50MW汽轮发电机介绍1、型号,2、结构特点QFW系列汽轮发电机采用空气冷却，封闭循环式通风系统，在发电机机座下方出风口装有空气冷却器（1.5MW发电机除外）。转子用整体锻件制成，转子两端装有轴流式风扇或离心式风扇。发电机设有滑动轴承（汽轮机端的轴承置于汽轮机后轴承箱内），轴承采用强迫油润
11、滑系统。励磁方式采用无刷励磁。无刷励磁省去了传统的电刷滑环装置，电路中没有触点，不会产生对无线电的干扰，避免了因电刷磨损后接触不良而产生的各种故障，增强了电机的可靠性，减少了维护工作量。用永磁机作副励磁电源。,3、主要参数,四、600MW汽轮发电机的工作原理,一、电枢反应1电枢磁势同步电机的定子绕组都是三相对称绕组，它们通过三相对称交流电后，将产生三相合成基波磁势，它是旋转磁势，具有以下特点：,（1） 大小： (A),（2） 转速： (r/min),（3） 转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同,（4） 极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距,2电枢磁势转子励磁绕组通入直流产生
12、基波励磁磁动势，其特点如下：,（4） 极对数：就是转子的磁极对数。,（1） 大小： (A),（2） 转速：和转子转速一样为同步速；,（3） 转向：和转子转向一致；,定子绕组的基波电枢磁动势和转子的基波励磁磁动势，它们的转速、转向、极对数均相同，彼此之间相对静止，因此两者的合成磁动势将是一个同样转向、转速、极对数的旋转磁动势，由它们合成在电机中产生气隙磁场。,谐波电枢磁动势和励磁磁动势没有固定作用，不能合成恒定的磁动势。谐波励磁磁动势很小。,结论：,3电枢反应 同步发电机在空载时，气隙里仅存在转子磁场（主磁场）。当定子绕组流过对称的三相电流时，所建立的电枢磁势将产生电枢磁场。故负载时气隙里的磁场
13、是由转子的励磁磁势和电枢磁势共同作用而产生的。也就是说，电枢磁势必然对主磁场有影响。这种对称负载，电枢磁势的基波对主磁场基波的影响，称为电枢反应。,电枢反应的性质（去磁、助磁或交磁）因负载性质（感性、容性或阻性）和大小的不同而不同。一般情况下，发电机带感性负载，电枢磁势的一部分产生横轴交磁电枢反应（磁场畸变+略有去磁，横轴电枢电流在电机内部产生电磁力矩.），另一部分产生纵轴去磁的电枢反应（磁场去磁，纵轴电枢电流使发电机的端电压改变，但不产生力矩。）,三个角，四个轴,d轴,q轴,A,X,Z,B,C,Y,Ff,N,S,内功率因数角,外功率因数角,功率角,直轴/d轴,交轴/横轴/q轴,A轴,A相轴,
14、B相轴,C相轴,设绕组电流正方向为“尾端进，首端出”，磁动势正方向与电流符合右手螺旋定则，一相绕组均用整距集中绕组来表示.,空间基波电枢磁动势向量 空间基波励磁磁动势向量 空载时定子一相电动势,三个角四个轴,（1）0时的电枢反应,Fa与交轴q重合，故电枢反应性质为交轴电枢反应,（2）90时的电枢反应,Fa与交轴d反向，故电枢反应性质为直轴去磁电枢反应,F,-Fa,（3）-90时的电枢反应,Fa与交轴d同向，故电枢反应性质为直轴助磁电枢反应,Fa,F,（4） 0 90时的电枢反应,既有交轴电枢反应，也有直轴去磁电枢反应,+900,Fa,F,三、发电机的电压方程及等值电路（不计磁路饱和）,其中：,
15、直轴同步电抗,交轴同步电抗,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,电枢反应电抗和同步电抗随磁路饱和程度的增加而减少。,对于汽轮发电机,汽轮发电机（隐极机）的等效电路：,通常认为 ra =0,四、同步发电机运行特性1空载特性发电机空载时，在额定转速下，端电压与励磁电流之间的函数关系称为空载特性。空载特性曲线的测量： （1） 励磁电流由零升至最大值（2） 励磁电流由最大值降为零 由于铁磁材料磁滞的原因空载电势略有不同，一般取下降的空载特性曲线,铁芯磁动势,气隙磁动势,气隙线,空载特性,线性区,过渡区,饱和区,总励磁磁动势,空载特性(磁化曲线）,磁路的饱和系数,通常取下降分支,2短路特性 短路特性是指
16、发电机在额定转速下，电枢绕组作三相稳态短路实验时，短路电流Ik与励磁电流If之间的函数关系。短路特性的测量方法：,+,-,气隙线（短路不饱和）,空载特性,短路特性,3负载特性负载特性是指在n = ne，I = Ie =常数， 的条件下，发电机的端电压U与励磁电流If之间的关系曲线。,零功率因数负载特性曲线,零功率因数负载特性零功率因数负载特性是指在n = ne，I = Ie =常数， 的条件下，发电机的端电压U与励磁电流If之间的关系曲线。利用它可求漏电抗。,某电厂发电机特性曲线,4外特性外特性表示发电机在额定转速下，励磁电流If为常数，功率因数为常数的条件下，端电压U与负载电流I的函数关系。
17、,不同功率因数有不同的外特性：在感性负载和纯电阻负载时，外特性都是下降的，因为这时的电枢反应是去磁的。此外，定子电阻压降和漏抗压降也引起一定的电压降。容性负载时，由于电枢反应是助磁的，气隙磁通增加，发电机端电压因此上升。,5调整特性调整特性就是当n=ne时，U=常数， 常数时， 励磁电流If与负载电流I之间的关系曲线，,特性曲线的应用：（1）空载特性，仅用来判定空载励磁电压和电流与设计说明书是否相符；（2）短路特性和空载特性并用，从而求得发电机的一些重要参数,如同步电抗、短路比等；（3）外特性和调整特性，则反应出定子电压、负载电流及励磁电流三者之间的一些变化曲势，从而帮助我们来分析在运行中一些
18、量的变化，会影响到哪些量的变化，最终采取何种补救措施来维持机组的稳定。,6发电机的功率损耗和效率,五、同步发电机并列,（1）同步发电机投入并列的方法准同期法：发电机并网前已经励磁（给转子施加励磁电流），通过调节，使发电机与系统电压差，频率，相角差均在允许范围内并列的并列。自动准同期是正常并列应采用的方法，而手动准同期常作为备用。自同期法：先将励磁绕组经过一个电阻闭路（阻值为励磁绕组电阻的5-10倍），在不给励磁的情况下开机，将发电机的转速升到接近同步转速，合上并列用断路器，再加励磁，利用发电机的自整步作用，将发电机拉入同步。此方法仅在系统事故时并经允许才可使用。,（2）准同期并列的条件并联投入
19、时，应避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭矩。并联合闸必须满足四个条件：1.待并发电机电压与系统电压大小相同，允许相差5的额定电压值。 2.待并发电机电压与系统电压相位相同，允许相角差控制在10以内。3.待并发电机频率与系统频率相同，允许相差0.050.1HZ以内。 4.待并发电机相序与系统相序相同。,如果条件不满足，待并发电机与系统间将有电压差（可能还是变化的），从而出现冲击电流（可能周期性变化），导致发电机和系统受到剧烈的冲击，发电机可能损坏，系统可能振荡，甚至崩溃瓦解。,（3）准同步并列手段 手动准同步、自动准同步、半自动准同步 规程规定：发电机并列应以自动准同步并列方式为基本操作方式
20、，如自动准同步并列方式不良应改为手动准同步并列方式。,六、同步发电机的功角特性和稳定,（1）同步发电机的功角特性和静态稳定,90是静态稳定的分界点。,什么是静态稳定？并列在电网上运行的同步发电机，经常会受到来到电力系统或原动机方面某些微小的扰动，导致发电机输入功率微的扰动，同步发电机能否在这种瞬间扰动消除后，如果能恢复到原运行状态，则发电机处于“静态稳定”状态；反之，则处在“静态不稳定”状态。综上所述，从发电机功角特性曲线上可看出，当功角在090范围内，电磁功率PM 将随着功角的增大而增大,机组运行是稳定的；当功角在90180范围内，电磁功率Pm 将随着功角的增大而减小，机组运行是不稳定的。典
21、型的情况是，如果发电机的励磁电流太小，发电机可能会静态不稳定,（2）同步发电机的暂态稳定暂态稳定：发电机突然加负载、切除负载等正常操作运行时，或者在发生突然短路、电压突变、发电机失去励磁电流等非正常运行，以及遭受到大的或是一定数值参数变化或负载变化时（大的扰动），电机如还能保持同步运行，称为暂态稳定，反之称为暂态不稳定。,发电机暂态稳定,短路前,短路时,短路切除后,输入,b,h,A+max最大减速面积,A-max最大加速面积,A-max A+max,系统短路时，尽快切除故障，减少原动机的输入，是有利于发电机暂态稳定的。,七、隐极同步发电机安全运行极限 同步发电机的运行极限图（又称功率图或P-Q
22、容量曲线，对运行人员按允许负荷运行，保障机组安全有很大的帮助。,在实际讨论发电机P-Q图的时候应同时考虑以下因素的影响： 1、转子绕组发热 2、定子绕组发热 3、原动机输出功率极限 4、静态稳定极限 5、定子端部发热,欠励磁,过励磁,正常励磁,八、同步发电机功率的调整 1、有功功率的调整根据有功功率静态特性，改变功率角可改变发电机的有功功率，这可以通过改变汽轮机的输出来实现，但受有功率极限的限制。,2、无功功功率的调整电力系统的负载中包括有功功率和无功功率，发电机并列在电网中运行时，若只向系统发送有功功率，不发无功功率，就不能满足电力系统对无功功率的要求，轻则电网电压降低，重则电网电压瓦解或崩
23、溃。无功功率静态特性：,（1）不改变原动机的输出功率，仅改变发电机励磁电流。例如：励磁电流增大，电动势E0也增大；但如果原动机输出未改变，发电机输出的有功功率也不会变，因而功率角有所减小，由下图可知，Q将增加（由Qa增加到Qb）。,P1、Q1-为励磁电流小的特性P2、Q2-为励磁电流小的特性,励磁电流大,励磁电流小,励磁电流增大,（2）不改变发电机励磁电流，仅原动机的输出功率改变。例如：由于不改变发电机励磁电流，发电机电动势相应不改变，当原动机的输出功率增大时，功率角也增大，所以发电机输出的有功功率增加了，但Q却略有减少。,由此可见，调节无功功率，对有功功率不会产生影响，这是符合能量守恒的。但
24、调节无功功率将改变功率极限值和功角的大小，从而影响静态稳定度,励磁电流越小，发电机静态稳定度越差；调节有功功率时，由于功角大小发生变化，无功功率也随之有所改变。另外单机运行或并入有限大容量系统时，调节励磁电流可改变发电机或系统的电压。,（3）同步发电机的V形曲线,进相,迟相,九、同步发电机的进相运行 1、进相运行的概念及应用减小励磁电流，使发电机电动势减小，功率因数角变为超前的，发电机向系统输送有功功率，但同时吸收感性无功功率，这种运行状态称为进相运行。进相运行的目的：当夜间或节假日时，线路所产生的无功功率过剩，使系统的电压升高，有时超过允许范围，这时，发电机采用进相运行，吸收过剩的无功功率。
25、,实际上同步电机，可以具有四种运转状态：,发电,进相,电动,调相,静态不稳定,2、进相运行注意事项进相运行时，会有三个不良影响：（1）系统的静态稳定性会下降；（2）发电机端部漏磁引起定子端部过热（3）发电机端电压下降因此应采取相应的措施：（1）随着进相运行的深入，限制机组的出力，见下图；（2）改进发电机的结构；（3）注意在常用支路发生短路故障恢复供电时，是否影响重要电动机的自启动。,发电机进相运行的允许范围主要受发电机静态稳定和定子铁心端部构件发热两个因素的限制，发电机在结构上能满足在超前功率因数为0.95和额定功率的情况下稳定运行.,十、同步发电机的不对称运行 1、不对称运行的概念电力系统的
26、不对称运行是指组成电力系统的电气元件三相对称状态遭到破坏时的运行状态，如三相负荷不对称、三相阻抗不对称等。而非全相运行是属于不对称运行的特殊情况，即输电线或其它电气设备断开一相或两相运行。发电机的不对称运行一般是在电力系统不对称运行时发生的。不对称运行将导致电压和电流对称性的破坏，出现负序电流，甚至零序电流。,正序分量,负序分量,零序分量,合成,2、负序电流对发电机的危害（1）造成定子绕组过热负序电流，与正序电流叠加使定子绕组电流可能超过额定值，而使该相绕组发热超过允许值。 （2）引起转子表面发热负序磁场旋转方向与发电机转子旋转方向相反，将以2n1 的转速切割转子，会在转子铁芯表面，槽锲、励磁
27、绕组以及转子的其它金属构件中感应出100Hz的电流。该电流除在励磁绕组中引起附加损耗外，还会在转子表面及金属构件中引起损耗，可能引起转子局部过热，将槽契与小齿的某些接触处或护环与齿的搭接处烧伤。,（3）引起发电机振动负序电流产生的负序磁场以2 n1的速度相对于转子旋转，它与正序磁场相互作用，将在转子轴上产生两倍定子电流频率的脉动转矩。这个转矩将使机组产生振动和噪音。根据上面分析可知，产生这些不良影响的原因是存在负序电流产生的负序磁场。要减小这些不良影响，一是要减小负序电流，二是要削弱负序磁场。在转子上装阻尼绕组可显著地削弱负序磁场。,3、发电机不对称负荷的容许范围 同步发电机不对称负荷容许范围
28、的确定主要决定于下面三个条件：（1）负荷最重相的定子电流，不应超过发电机的额定电流。（2）转子任何一点温度，不应超过转子绝缘材料等级和金属材料的容许温度。（3）机械振动不超过允许的范围。通常规定：A、在额定负荷下连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，不得超过10，或负序电流不超过额定电流的6，同时任何一相电流不得大于额定值。B、发电机短时间容许的不平衡电流值，应满足,十一、同步发电机的失磁运行1、失磁运行的概念是指同步发电机失去励磁后，仍带有一定的有功功率，以稍高于同步转速的状态与电网继续并联运行的一种运行方式。2、失磁的原因（1）励磁回路开路，如灭磁开关被误碰跳闸，晶闸管元件损坏等；（2）励磁
29、回路短路；（3）励磁调节系统故障。,3、失磁的物理过程当失磁后，转子磁场消失，电磁力矩减小，出现过剩力矩，发电机将被拖出同步，转子磁场与定子磁场间有了相对速度，定子磁场以转差速度切割转子表面，使转子表面感应出电流来，这个电流与定子旋转磁场作用就产生了一个力矩，称异步力矩，它是一个阻力矩，起制动作用，发电机转子克服这个力矩做功，把机械能变成电能，继续向系统送出有功，发电机的转速不会无限制的升高，因为转速越高，这个异步力矩越大，同时原动机也在关小汽门开度，这样，同步发电机相当于变成了异步发电机。,在异步状态下，发电机从系统吸收无功，供定子和转子产生磁场，向系统送出有功（通常应减少），如果发电机在很
30、小的转差下就能产生很大的异步力矩，那么失磁状态下还能带较大的负荷，甚至所带负荷不变，这种状态要注意两点：一是定子电流不能超过额定值；二是转子部分温度不能超过允许值。,4、发电机失磁的危害对发电机的危害，主要表现在以下几个方面：（1）由于出现转差，在转子表面将感应出差频电流，使转子发热，（2）失磁发电机转入异步运行后，由系统向发电机送入的无功功率增大，失磁前带的有功功率越大，由系统送来的无功也越大，因此在重负荷下失磁，由于定子绕组过电流，将使发电机定子过热。（3）异步运行中，发电机的转矩有所变化，因而有功功率要发生严重的周期性变化，使发电机转子和机座受到异常的机械力冲击，使机组的安全受到威胁。（
31、4）失磁运行时，定子端部漏磁增大，使端部的部件和边段铁芯过热。（5）如果在失磁状态下，励磁回路处于开路状态，那么励磁绕组中将会感应出一个过电压，危及转子绝缘。,发电机失磁后，对系统的影响如下：（1）失磁后的发电机，将从电力系统吸取相当于额定容量的无功功率，引起电力系统的电压下降，如果电力系统无功功率储备容量不足，将使邻近失磁发电机的部分系统电压低于允许值，威胁负载及各电源之间的稳定运行，甚至导致系统的电压崩溃而瓦解。（2）一台发电机失磁引起系统的电压下降，将使邻近的发电机励磁调节器动作而增大其无功输出，从而将引起这些发电机、变压器和线路过电流，导致大面积停电，扩大故障的波及范围。一般汽轮发电机
32、在一定的条件下，可以无励磁运行一段时间（一般不大于0.5h），以便消除故障，恢复励磁。,同步发电机允许失磁运行的时间和功率，受到如下条件的限制： （1）定子和转子发热的限制； （2）机组振动的限制； （3）电力系统无功功率的限制。因为失磁运行的发电机从送出无功功率转换为吸收无功功率，这样在系统无功功率不足时，将造成系统电压大幅度下降。,5、发电机失磁的现象( 1 ）转子电流表指示等于或接近于零。 ( 2 ）定子电流表摆动且指示增大。 ( 3 ）有功功率表指示减小，并且发生摆动。 ( 4 ）无功功率表指示负值，功率因数指示进相。 ( 5 ）机端电压显著下降，并且随定子电流摆动。 ( 6 ）转子各
33、部分温度升高。,6、发电机失磁后的处理对于允许失磁运行的发电机，应按无励磁运行规定操作（降低有功功率、并注意定子电流不超过额定电流），在规定无励磁运行的时间内，仍不能使机组恢复励磁，则应将发电机解列。 某厂发电机失磁运行规定：在未进行应有的试验，并将试验结果与制造厂商定之前，不规定发电机异步运行能力。但在事故条件下，发电机允许短时失磁异步运行（见下面发电机失磁异步运行曲线）。当励磁系统故障，且电网条件允许时，失磁运行的持续时间不得超过15 min。发生失磁时，在最初的60 s 时间内将负荷降至额定值的60%，在其后的90 s 时间内降至额定值的40%。,十二、发电机的许可运行方式1、发电机长期
34、连续运行发电机在额定频率、额定电压、额定功率因数和额定冷却介质条件时，机端可连续输出额定功率，且与汽轮机额定出力相匹配。发电机最大连续输出功率与汽轮机最大进汽量工况的出力相匹配，且其功率因数和氢压等均与额定值相同。长期连续运行时各部分温升，不超过有关规定。,2、发电机视在功率与电压、电流的关系当功率因数与频率为额定值,电压在其额定值的95105范围内变动时,发电机视在功率与电压和电流的关系（）见表。,3、发电机频率与电压的变化范围发电机在额定功率因数下,电压偏离额定值5,频率偏离额定值+2-3时能连续输出额定功率；发电机在额定功率因数下,电压偏离额定值5,频率偏离额定值+3-6时，输出额定功率
35、时,允许发电机偏频运行时间限值见表。,4、发电机变功率因数运行发电机允许变功率因数运行，当降低功率因数时，转子励磁电流不允许大于额定值，而且视在功率应减少。当增大功率因数时，发电机的视在功率不能大于其额定值。发电机功率因数变化时的允许运行负荷见发电机 V 型曲线。,5.发电机不平衡电流。发电机负载不平衡时，负序电流不得超过额定电流的8%,且每相电流不大于额定电流,允许发电机长期运行。发电机发生不平衡短路时，负序电流标么值的平方与事故时间的乘积不许大于10s，即（I2/IN）2t10s。事故负序电流允许值和相应的时间见下表。,6、发电机氢系统运行（1）发电机运行氢压发电机正常运行时，机内氢压必须
36、高于定子内冷水的水压。特殊情况下需要降低氢压运行时，须与制造厂协商，且运行时间不应超过4 h ，此时发电机允许负荷应根据温升试验确定。,（2）氢气温度与负荷关系当发电机冷氢温度为额定值时，其负载应不高于额定值的 1 . 1 倍；当冷氢温度低于额定值时，不允许提高发电机出力；当发电机冷氢温度高于额定值时，每升高 1 时，定子电流相应减少 2 。但冷氢温度超过 48 不允许发电机运行。,（3）氢气冷却器与负荷关系 发电机正常运行时须投入两组、共四台氢气冷却器（每组两台），以维持机内冷氢温度恒定。当断开一台氢气冷却器时，发电机的负荷须降至额定负荷的80%或以下运行。 氢气冷却器进水温度超过额定值时，
37、可根据运行氢压和氢温调节负载运行，详见下图发电机负载与氢气冷却器进水温度、氢气压力关系曲线。,7、发电机短时断水运行当定子绕组冷却水中断时：（1）允许发电机满载，并在100%的额定电流下运行5 s，此刻备用泵必须立即投入运行。（2）如果备用泵在5 s 内不能投入运行，定子电流须在2 min 内以每分钟50%额定电流的速率下降到额定值的15%，在冷却水电导率没有明显恶化的前提下，发电机可以在15%额定定子电流下运行1 h。（3）在电网上运行 1 h 后，若此时仍未能恢复供水，发电机应与电网解列，并将励磁电流降为零。具体见下图发电机短时断水运行运行曲线。,8、发电机短时过负载运行在系统故障状态下，
38、为了避免破坏电网系统的静态稳定，允许发电机短时过负载运行。某厂右如下规定：（1）此时发电机的氢气参数、定子绕组内冷水参数、定子电压均应为额定值。（2）定子绕组能承受下表中规定的短时过电流运行，而不产生有害变形及接头开焊等情况。这种运行工况每年不得超过2次，时间间隔不少于30 min。（3）转子绕组能承受下表的短时过电压运行，而不产生有害变形及接头开焊等情况。这种工况每年亦不得超过2次，时间间隔不少于30 min。,9、发电机调峰运行当电网需要时，发电机允许调峰运行。发电机每年起、停机允许 330 次，即在整个发电机使用寿命期限内，起、停机次数不超过 1 0000 次。发电机负荷增减率，一般每分
39、钟为额定负荷的 5 % ，但紧急状态下取决于汽轮机。,10、运行时监测和注意事项为确保发电机的正常运行，除了设置各种必要的保护装置以外，还需为发电机配备各种必要的监视测量仪表及其信号装置、控制装置和自动化装置等，用于监控和记录有关机组运行状态、电气参数、冷却介质参数及机械参数。如有功功率、无功功率、定子电压、定子电流、转子电压、定子绕组温度、定子绕组内冷水压力和流量及进出温度、定子铁芯温度、机内氢气压力和温度及湿度、氢气冷却器水温度和压力及流量、轴承和密封油温度和压力及流量、轴承合金温度、轴振动和漏氢量等。而且须用自动记录仪表或指示仪表测量这些量值，并记录到相应的报表内。其他参数亦应定期记录到
40、相应的报表内。,十四、发电机维护1、氢气置换氢气与空气的混合物当氢气含量在4-74.2%范围内，均为可爆性气体。与氧接触时，极易形成具有爆炸浓度的氢、氧混合气体。因此,在向发电机内充入氢气时，应避免氢气与空气接触。为此，必须经过中间介质进行置换。中间介质一般为惰性气体CO2。,（1）机组启动前的置换 机组启动前，先向机内充入15-20kPa的压缩空气，并投入密封油系统。 然后利用 CO2瓶提供的高压CO2气体，从发电机机壳下部引入，驱赶发电机内的空气，当从机壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验CO2的含量超过95（均指容积比）后，停止充CO2，期间保持气体压力不变。 开始充氢，氢气经供氢
41、装置进入机壳内顶部的汇流管向下驱赶CO2。当从底部原CO2母管和气体不易流动的死区取样检验，氢气纯度高于95时，停止排气，并升压到工作氢压。升压速度不可太快，以免引起静电。,（2）机组停机时的置换 机组排氢时，降低气体压力至 15-20KPa，降压速度不可太快，以免引起静电。 然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。 当CO2含显超过95时，方可引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%，才可终止向发电机内输送压缩空气。,2、氢气冷却器的维护a ）氢气冷却器投入工作时，必须根据其技术数据及技术要求保持额定的运行方式。 b ）运行中不允许受到水的冲击。c ）不允许发生冷却水温的急剧变
42、化。 d ）不允许超过冷却器使用标准的腐蚀性化学物质及任何颗粒进入冷却器中。 e ）为防止腐蚀或脏污，每年应清理一次水室、盖板和管板的内表面（并涂防腐层）。 f ）根据冷却水的状况定期清理冷却管内表面。 g ）发电机拆开检修时，应将冷却器抽出进行外部检查和清理，检查密封件、冷却管散热片的状况。必时应将冷却器用蒸气和热水清洗散热片，随后用干燥空气吹干。,h）每次检修和清理之后，应进行0.8Mpa (表压）的耐水压试验，历时30min 。 i）发电机长期停机且不需要投入冷却器时（超过 5 昼夜），应将冷却器内部的水排净。30 min 。 j）发电机长期停机且不需要投入冷却器时（超过 5 昼夜），应
43、将冷却器内部的水排净。,3、定子绕组冷却水内部供水管路的维护当拆下发电机端盖时，应对发电机内部定子绕组供水管路进行检查，尤其是金属软管和波纹补偿器，这些部件若存在缺陷应及时更换。否则会留下故障隐患。,十五、同步发电机的启动、停止操作流程1、启动前的检查 1)确认下列辅助系统处于良好状态： 氢气系统 密封油系统 定子冷却水系统 氢气冷却器水系统 轴承润滑油系统 顶轴油系统 集电环通风管道,2) 检查发电机组的机械连接，确认无任何松动现象且机械连接可靠。3) 检查电气连接，确认发电机组的主开关及发电机转子回路开关处于断开位置。4) 下列冷却介质应满足技术数据汇总表的规定。 机内氢气 定子冷却水 氢
44、气冷却器水 5）检查定子绕组、转子绕组及励端轴瓦的绝缘电阻: 定子绕组 R绝缘 5M ( 2500 V 摇表) 转子绕组 R绝缘 1M ( 500 V 摇表) 励端轴瓦 R绝缘 1M ( 1000 V 摇表),6）确认检温计(埋入式检温计及就地直读式温度表)的读数是合理的。这些读数应接近环境温度或机内温度。7) 滑环、电刷应清洁完整，电刷应能在刷盒内上下自由移动，电刷压力正常。,8) 安全注意: a) 因为在运行中可能有少量氢气泄漏出来，所以在发电机周围十米范围内应严格禁止抽烟、电焊及气焊以防止火灾及爆炸。“严禁烟火”警告牌必须放在显眼的地方。 b) 由于少量氢气可能通过油密封混入轴承润滑油中
45、，所以轴承润滑油系统中的抽氢气装置必须处于连续运行状态。 c) 从发电机出线套管漏出的氢气可能在封闭母线中汇集起来，因而封闭母线应设置漏氢在线监测。 d) 当对发电机充氢或排氢、或提取氢气样品时，操作过程应严格按照氢油水控制系统说明书进行。,2、同步发电机的启动操作,4、发电机并网后的工作（1） 发电机并入系统后，立即将有功升至8-30MW，以免逆功率保护动作跳闸，其有功负荷增加的速度取决于汽机的升负荷的规定。（2） 发电机并列后，可适当增加其无功出力，以保持发电机定子电压正常。（3） 加负荷时必须监视发电机及励磁机各部温度上升情况。（4） 并网后应对发电机-变压器组全面检查一次，复归有关信号
46、。,冷态汽轮机组起动并网后，其有功增加速度不宜过快，原因如下：A、对汽轮机而言：会使汽轮机进汽量增加过快，汽轮机内部各金属部件受热不均，膨胀不匀，产生过大的热应力、热变形，引起动静摩擦。B、对锅炉而言：有功增加太快，锅炉运行参数来不及调节，使汽温、汽压下降，造成汽轮机内部金属部件疲劳损坏，甚至使主蒸汽带水，严重时发生对汽轮机水冲击而损坏叶片。,C、对发电机而言：定转子线棒和铁芯间会产生过大温差，从而损坏定子线棒绝缘。若有功增加太快，相应转子励磁电流增加也快（调有功时必须相应调无功），转子绕组受热膨胀不能自由伸展，使转子绕组绝缘损坏和残余变形。发电机的电磁负荷较大，有功增加太快，对定子端部绕组造成过大冲击力，影响端部固定。有功增加时，定子端部的周期性振动也增加。有功增加太快，定子端部突然产生振动，易使定子水接头焊缝裂开而漏水。,所以：（1）冷态机组起动并网后，应按一定速度带初始有功。按汽轮机要求，先进行初负荷暖机和不同负荷段暖机，再逐步带上额定负荷。参考规定如下：初始负荷为：8-30MW，之后每分钟升4MW/min，初始暖机时间不少于30分钟。（2）发电机在热态（定子绕组与铁芯温度高于额定值的50%）或事故情况下，并网后有功增加的速度不受限制。,4、同步发电机的停机操作,
