水轮发电机的运行课件

水轮发电机并列的方法和条件水轮发电机并列的方法和条件有功功率的调节和静态特性有功功率的调节和静态特性无功功率的调节和无功功率的调节和U形曲线形曲线水轮发电机的调相运行水轮发电机的调相运行第九章第九章 水轮发电机的并列运行水轮发电机的并列运行水轮发电机并列的方法和条件第九章 水轮发电机的并列运行引引 言言 并列操作：并列操作：在水电厂中，将水轮发电机用开关（断在水电厂中，将水轮发电机用开关（断路器）投入电力系统的操作。路器）投入电力系统的操作。并列操作是较为频繁的一项操作。并列操作是较为频繁的一项操作。并列运行：并列运行：水轮发电机出口开关处于闭合状态、使水轮发电机出口开关处于闭合状态、使其与电力系统相连、并与系统中其它发电机共同承其与电力系统相连、并与系统中其它发电机共同承担电力系统负荷的运行状态。担电力系统负荷的运行状态。引 言 并列操作：在水电厂中，将水轮发电机用开关（断水轮发电机的运行课件并联运行的优点并联运行的优点 1 1、提高供电的可靠性（互为备用）、提高供电的可靠性（互为备用）2 2、提高供电的经济性（水火调节、负荷经济分配）、提高供电的经济性（水火调节、负荷经济分配）3 3、提高电能的质量（大容量系统、主要是、提高电能的质量（大容量系统、主要是U U和和f f）4 4、减少机组的备用容量（热备用）、减少机组的备用容量（热备用）并联运行的优点 1、提高供电的可靠性（互为备用）无穷大电网：无穷大电网：1 1）容量）容量SS2 2）内阻抗）内阻抗Z0Z0 3 3）电压）电压U U =常数常数 4 4）频率）频率f=f=常数常数本节讨论机组并入无穷大系统的情况本节讨论机组并入无穷大系统的情况无穷大电网：本节讨论机组并入无穷大系统的情况 9.1 9.1 并联运行的条件和方法并联运行的条件和方法1.1.准同期法准同期法（正常并列时采用）（正常并列时采用）并列前发电机转子已励磁，并列操作复并列前发电机转子已励磁，并列操作复杂，需较长时间，但冲击电流小。杂，需较长时间，但冲击电流小。2.2.自同期法自同期法 （系统故障时采用）（系统故障时采用）并列前发电机转子未励磁，并列操作简并列前发电机转子未励磁，并列操作简单，迅速，但冲击电流大。单，迅速，但冲击电流大。9.1 并联运行的条件和方法1.准同期法 9.1 9.1 并联运行的条件和方法并联运行的条件和方法一、准同期法一、准同期法概念：概念：由水轮机将待并发电机转速升至额定转速附由水轮机将待并发电机转速升至额定转速附近后，再加励磁，通过调节发电机转速（近后，再加励磁，通过调节发电机转速（调速器调调速器调节水轮机流量节水轮机流量）和励磁（）和励磁（自动调节励磁装置调节转自动调节励磁装置调节转子电流子电流），使发电机端电压的大小、相位、频率与），使发电机端电压的大小、相位、频率与电网一致后，将发电机并入电网。电网一致后，将发电机并入电网。9.1 并联运行的条件和方法一、准同期法 9.1 9.1 并联运行的条件和方法并联运行的条件和方法（一）条件（一）条件1.1.待并发电机电压与系统待并发电机电压与系统电压大小相同电压大小相同，允许相，允许相差差55的额定电压值。的额定电压值。2.2.待并发电机电压与系统待并发电机电压与系统电压相位相同，电压相位相同，允许相允许相角差控制在角差控制在1010以内。以内。3.3.待并发电机频率与系统待并发电机频率与系统频率相同，频率相同，允许相差允许相差0.050.050.1HZ0.1HZ以内。以内。4.4.待并发电机相序与系统待并发电机相序与系统相序相同。相序相同。一、准同期法一、准同期法检修安装已能保证第检修安装已能保证第4个条件，实际运行操作中，个条件，实际运行操作中，只需要前面三个条件满足即可。只需要前面三个条件满足即可。9.1 并联运行的条件和方法（一）条件一（二）条件不满足时对电机的影响：（二）条件不满足时对电机的影响：1.1.电机和电网之间有冲击电流，定子绕组端部受电机和电网之间有冲击电流，定子绕组端部受力变形，严重时损坏发电机。力变形，严重时损坏发电机。2.2.电机和电网之间有冲击电流，定子绕组端部受电机和电网之间有冲击电流，定子绕组端部受力变形，严重时损坏发电机。力变形，严重时损坏发电机。3.3.产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡和产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡和机组的剧烈振动。机组的剧烈振动。容量较大的机组，如果并列时条件不满足，容量较大的机组，如果并列时条件不满足，甚至会危急电网的安全运行。甚至会危急电网的安全运行。一、准同期法一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：容量较大的机组冲击电流：冲击电流：通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电流的通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电流的5%-10%5%-10%冲击电流：通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电流的5%-冲击电流：冲击电流：通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电流的通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电流的5%-10%11冲击电流：通常要求，冲击电流不超过发电机出口短路电（二）条件不满足时对电机的影响：（二）条件不满足时对电机的影响：1.1.待并发电机电压与系统待并发电机电压与系统电压大小不等电压大小不等一、准同期法一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：（二）条件不满足时对电机的影响：2.2.待并发电机电压与系统待并发电机电压与系统电压相位不相同电压相位不相同 一、准同期法一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：（二）条件不满足时对电机的影响：3.3.待并发电机频率与系统待并发电机频率与系统频率不相同频率不相同一、准同期法一、准同期法（二）条件不满足时对电机的影响：一、准同期法 自整步：自整步：当发电机与系统的当发电机与系统的频率差较小频率差较小时，依靠拍振电时，依靠拍振电流产生的电磁转矩将机组拉入与系统同步的现象。流产生的电磁转矩将机组拉入与系统同步的现象。拍振电流有功分量拍振电流有功分量产生产生制动电磁转矩制动电磁转矩拍振电流有功分量拍振电流有功分量产生产生驱动电磁转矩驱动电磁转矩与与 相位差小于相位差小于90度度输出有功功率输出有功功率与与 相位差大于相位差大于90度度吸收有功功率吸收有功功率 自整步：当发电机与系统的频率差较小时，依靠拍振电流产生的拍振电压拍振电压拍振电压（三）准同步并列方法（三）准同步并列方法一、准同期法一、准同期法电压表电压表PVlPVl和和PV2PV2分别监视电网和待并发电机的电压，分别监视电网和待并发电机的电压，调节待并调节待并发电机的励磁电流，可使发电机电压与电网电压相等。发电机的励磁电流，可使发电机电压与电网电压相等。频率表频率表PFlPFl和和PF2PF2分别监视电网和待并发电机的频率，分别监视电网和待并发电机的频率，调节待并调节待并发电机的水轮机转速，可使发电机的频率与电网频率相等。发电机的水轮机转速，可使发电机的频率与电网频率相等。待并发电机的电压相位与电网电压相位可由同步表待并发电机的电压相位与电网电压相位可由同步表PSPS监视，监视，同同步表指针向步表指针向“快快”的方向摆，表明待并发电机的频率高于电网频的方向摆，表明待并发电机的频率高于电网频率，反之亦然。率，反之亦然。灯光法灯光法同步表法同步表法（三）准同步并列方法一、准同期法电压表PVl和PV2分别监（三）准同步并列方法（三）准同步并列方法 调节待并发电机的励磁电流和原动机的转速，使调节待并发电机的励磁电流和原动机的转速，使仪表读数仪表读数PV2PV2、PF2PF2和和PVlPVl、PFlPFl分别相同，同步表分别相同，同步表PSPS指指针针偏转缓慢偏转缓慢。当。当同步表指针由同步表指针由“慢慢”向向“快快”的方向的方向接近接近“快快”与与“慢慢”之间的红线之间的红线时，表示待并发电机时，表示待并发电机与电网已达同步，满足了并列条件，可迅速合上断路与电网已达同步，满足了并列条件，可迅速合上断路器器QFQF，完成并列操作。，完成并列操作。（三）准同步并列方法 调节待并发电机的励磁电流和原动机的 准同步并列手段准同步并列手段 手动准同步、自动准同步、半自动准同步手动准同步、自动准同步、半自动准同步 规程规定：规程规定：发电机并列应以自动准同步并列方发电机并列应以自动准同步并列方式为基本操作方式，如自动准同步并列方式不良式为基本操作方式，如自动准同步并列方式不良应改为手动准同步并列方式。应改为手动准同步并列方式。准同步并列手段微机自动准同期装置的组成微机自动准同期装置的组成微机自动准同期装置的组成 9.1 9.1 并联运行的条件和方法并联运行的条件和方法二、自同步法二、自同步法 准同步并列法可以避免过大的冲击电流。但是操准同步并列法可以避免过大的冲击电流。但是操作复杂，并列时间长。作复杂，并列时间长。当电网发生故障时当电网发生故障时，电压、，电压、频率波动大，采用准同步法并列较为困难。此时发频率波动大，采用准同步法并列较为困难。此时发电机可采用自同步法将发电机电机可采用自同步法将发电机迅速迅速投入电网，以利投入电网，以利于电网的稳定运行。于电网的稳定运行。概念：概念：由水轮机将待并发电机转速升至额定转速后，由水轮机将待并发电机转速升至额定转速后，合上发电机出口断路器将发电机并入电网，然后迅合上发电机出口断路器将发电机并入电网，然后迅速加励磁电流，利用速加励磁电流，利用“自整步自整步”的作用将发电机拉的作用将发电机拉入电网同步。入电网同步。9.1 并联运行的条件和方法二、自同步法 9.1 9.1 并联运行的条件和方法并联运行的条件和方法二、自同期法二、自同期法 1 1、合上、合上QF2QF2将电阻串入发将电阻串入发电机的励磁绕组回路（电机的励磁绕组回路（为为什么？什么？）；）；2 2、启动发电机，使其转速、启动发电机，使其转速升高到接近同步转速时合升高到接近同步转速时合上上QF1 QF1，将发电机并入电，将发电机并入电网；网；3 3、立即进行直流励磁、立即进行直流励磁（QF2QF2倒向左侧）。倒向左侧）。4 4、利用、利用“自整步自整步”电磁转电磁转矩矩把转子自动投入同步。把转子自动投入同步。9.1 并联运行的条件和方法二、自同期法9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节一、有功功率的调节 1、功率平衡和转矩平衡、功率平衡和转矩平衡 2、功角特性、功角特性 3、有功功率的调节、有功功率的调节二、静态稳定二、静态稳定9.2 有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有过功率的调节一、有过功率的调节1、功率平衡和转矩平衡、功率平衡和转矩平衡9.2 有功功率的调节和静态稳定一、有过功率的调节9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节一、有功功率的调节1、功率平衡和转矩平衡、功率平衡和转矩平衡水轮机输出转矩（驱动性质）水轮机输出转矩（驱动性质）发电机空载转矩（制动性质）发电机空载转矩（制动性质）发电机电磁转矩（制动性质）发电机电磁转矩（制动性质）机械机械角速度角速度9.2 有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节水轮机输 定义：定义：并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率恒定、参数（压和频率恒定、参数（x xd d、x xq q）为常数、空载电势）为常数、空载电势E E0 0不变（不变（即即 I If f 不变不变）时，）时，P PM M=f()=f()为有功功率功角特为有功功率功角特性。性。后面还要介绍后面还要介绍Q QM M=f()=f()为无功功率功角特性。为无功功率功角特性。9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节一、有功功率的调节2、有功功率功角特性、有功功率功角特性 定义：并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率恒定忽略忽略d轴轴q轴轴忽略d轴q轴水轮发电机（凸极机）的有功功率功角特性水轮发电机（凸极机）的有功功率功角特性：汽轮发电机（隐极机）的有功功率功角特性汽轮发电机（隐极机）的有功功率功角特性 基本电磁功率（基本分量）基本电磁功率（基本分量）磁阻功率（附加分量）磁阻功率（附加分量）水轮发电机（凸极机）的有功功率功角特性：汽轮发电机（功率极限功率极限PM.max条件条件0900PMPM.max1800发电机有功功率功角特性曲线发电机有功功率功角特性曲线PM18000900PM.max 隐极机隐极机 凸极机凸极机功率极限PM.max条件0900PMPM.max1800发两种电机功角特性的区别两种电机功角特性的区别水轮发电机水轮发电机汽轮发电机汽轮发电机电动机运行状态电动机运行状态两种电机功角特性的区别水轮发电机汽轮发电机电动机运行状态功角功角的双重物理意义的双重物理意义1 1、是电动势、是电动势 和电压和电压 间的时间相间的时间相角差角差2 2、是励磁磁势、是励磁磁势 和合成磁势和合成磁势 间的间的空间相角差空间相角差功角的双重物理意义1、是电动势 和电压 间的时间相忽略忽略d轴轴回顾：时空向量图回顾：时空向量图时轴时轴/q轴轴忽略d轴回顾：时空向量图时轴/q轴忽略忽略功角功角的示意图的示意图A忽略功角的示意图ANSFRNSFfM1nMn1功角功角意义的图示意义的图示B B功角功角是转子磁极轴线和是转子磁极轴线和记及定子漏磁势后气隙合记及定子漏磁势后气隙合成磁势成磁势F FR R轴线的空间夹角。轴线的空间夹角。F FR R转速不变。转速不变。（类弹簧效应类弹簧效应 ：励磁电：励磁电流不变时，在静态稳定条流不变时，在静态稳定条件下，件下，越大磁拉力越大，越大磁拉力越大，电磁功率和电磁转矩也越电磁功率和电磁转矩也越大）大）NSFRNSFfM1nMn1功角意义的图示B功角是转子9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节一、有功功率的调节3、有功功率的调节、有功功率的调节NSM1nNSFRNSFfM1nM+M0n1Ff=FRE0=U.M0SN=0.E0.UPM18000900PM.maxI&空载空载输出有功输出有功n19.2 有功功率的调节和静态稳定一、有功功率的调节NSM19.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定一、有过功率的调节一、有过功率的调节3、有功功率的调节、有功功率的调节PM18000900PM.max说明：说明：（1 1）励磁电流不变，）励磁电流不变，励磁磁动势也不变，故空载励磁磁动势也不变，故空载电动势也不变。电动势也不变。（2 2）改变水轮机的功率可以）改变水轮机的功率可以改变功角，使发电机输出功改变功角，使发电机输出功率改变，但不能无限制地增率改变，但不能无限制地增加水轮机的输出功率，因为加水轮机的输出功率，因为发电机有一个发电机有一个极限功率极限功率，或，或发电机有一个发电机有一个静态稳定静态稳定的问的问题。题。9.2 有功功率的调节和静态稳定一、有过功率的调节PM19.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定二、发电机的静态稳定1、静态稳定的概念、静态稳定的概念PM1800 指电网或水轮机指电网或水轮机方面出现某些微小扰方面出现某些微小扰动时，发电机运行状动时，发电机运行状态将发生改变，但在态将发生改变，但在这种干扰消失后，发这种干扰消失后，发电机将回到原来的运电机将回到原来的运行状态。行状态。稳定稳定不稳定不稳定900009.2 有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定PM9.2 9.2 水轮发电机有功功率的调节和静态稳定水轮发电机有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定二、发电机的静态稳定1、静态稳定的概念、静态稳定的概念PM1800稳定稳定不稳定不稳定90000原工作于原工作于a a点：点：干扰发生：干扰发生：平衡于平衡于c c点：点：干扰消失：干扰消失：回到回到a a点点工作于稳定极限的左侧工作于稳定极限的左侧9.2 水轮发电机有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定二、发电机的静态稳定1、静态稳定的概念、静态稳定的概念PM1800稳定稳定不稳定不稳定90000原工作于原工作于b b点：点：干扰发生：干扰发生：不会平衡于不会平衡于b b点以下的某点点以下的某点e e：干扰消失：干扰消失：不会回到不会回到b b点点工作于稳定极限的右侧工作于稳定极限的右侧9.2 有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定PM9.2 9.2 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定二、发电机的静态稳定2、静态稳定判据与稳定储备系数、静态稳定判据与稳定储备系数PM1800稳定稳定不稳定不稳定90000静态稳定判据静态稳定判据静态过载能力静态过载能力（稳定储备系数）（稳定储备系数）比整步功率比整步功率9.2 有功功率的调节和静态稳定二、发电机的静态稳定PM说明：说明：1、Km越大发电机稳定性越好。越大发电机稳定性越好。2、增大、增大Km的方法：的方法：励磁绕组温度升高励磁绕组温度升高电机尺寸增大、造电机尺寸增大、造价增大价增大说明：1、Km越大发电机稳定性越好。励磁绕组温度升高电机尺寸汽轮发电机（隐极机）静态稳定简介汽轮发电机（隐极机）静态稳定简介静态稳定判据静态稳定判据静态过载能力静态过载能力（稳定储备系数）（稳定储备系数）比整步功率比整步功率0900PMPM.max1800稳定稳定不稳定不稳定即即条件：相同励磁电流。条件：相同励磁电流。汽轮发电机（隐极机）静态稳定简介静态稳定判据静态过载能力（稳例题例题 16-1 16-1例题 16-19.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定一、无过功率的功角特性一、无过功率的功角特性二、无功功率的调节二、无功功率的调节三、同步发电机的三、同步发电机的U形曲线形曲线 水轮发电机并网运行时，不仅要向系统发送水轮发电机并网运行时，不仅要向系统发送有功功率，而且还要发送无功功率。有功功率，而且还要发送无功功率。如果如果系统无系统无功功率功功率不足时，会导致不足时，会导致系统电压下降系统电压下降。9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定一、无过功率的功角一、无功功率的功角特性一、无功功率的功角特性 定义：定义：并联于无穷大电网的同步发电机当电网并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（电压和频率恒定、参数（x xd d、x xq q）为常数、空载电）为常数、空载电势势E E0 0不变（即不变（即 I If f 不变）时，不变）时，Q=f()Q=f()为无功功率功为无功功率功角特性角特性。9.3 9.3 水轮发电无功功率的调节和静态稳定水轮发电无功功率的调节和静态稳定一、无功功率的功角特性 定义：并联于无穷大电网的同步发忽略忽略d轴轴q轴轴忽略d轴q轴凸极发电机无功功率的功角特性凸极发电机无功功率的功角特性 隐极发电机无功功率的功角特性隐极发电机无功功率的功角特性凸极发电机无功功率的功角特性 隐极发电机无功功率的功角特凸极发电机无功功率的几个特殊点凸极发电机无功功率的几个特殊点凸极发电机无功功率的几个特殊点励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功功率功角特性功率功角特性PM1800900001 1、调节水轮机的输、调节水轮机的输出，会引起有功功率出，会引起有功功率的变化，也会引起无的变化，也会引起无功功率的变化。功功率的变化。汽轮发电机类似汽轮发电机类似励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功功率功角特性PM18励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功功率功角特性功率功角特性PM1800900002 2、调节励磁电流会、调节励磁电流会引起无功功率的变化，引起无功功率的变化，但不会引起有功功率但不会引起有功功率的变化的变化（能量守恒）（能量守恒）汽轮发电机类似汽轮发电机类似励磁电流改变时的水轮发电有功功率和无功功率功角特性PM18二、无功功率的调节二、无功功率的调节 1 1、不带有功功率时，无功功率的调节、不带有功功率时，无功功率的调节忽略忽略正常励磁正常励磁过励磁过励磁欠励磁欠励磁汽轮发电机类似汽轮发电机类似二、无功功率的调节 1、不带有功功率时，无功功率的调节忽略正结论：发电机不带有功负载情况下结论：发电机不带有功负载情况下A A、正常励磁时，输出电流为零，也不输出无功；、正常励磁时，输出电流为零，也不输出无功；B B、过励磁时，发感性无功，过励越多，则发出的、过励磁时，发感性无功，过励越多，则发出的感性无功和电流越大；感性无功和电流越大；C C、欠磁时，发容性无功，欠励越多，则发出的容、欠磁时，发容性无功，欠励越多，则发出的容性无功和电流越大。性无功和电流越大。发电机发容性无功时发电机发容性无功时 ，相当于从系统吸收感，相当于从系统吸收感性无功，会性无功，会增加系统感性无功的负担增加系统感性无功的负担；同时由于；同时由于空载电动势减少，也会导致系统有功功率极限减空载电动势减少，也会导致系统有功功率极限减少，少，降低发电机运行的静态稳定降低发电机运行的静态稳定。反之，发电机。反之，发电机发感性无功时，不仅不增加系统感性无功的负担，发感性无功时，不仅不增加系统感性无功的负担，还能增加发电机运行的静态稳定。还能增加发电机运行的静态稳定。所以，所以，发电机一般不运行在欠励状态，而工作发电机一般不运行在欠励状态，而工作在过励状态。在过励状态。结论：发电机不带有功负载情况下二、无功功率的调节二、无功功率的调节 2 2、带有有功功率时，无功功率的调节、带有有功功率时，无功功率的调节PM180090000汽轮发电机类似汽轮发电机类似二、无功功率的调节 2、带有有功功率时，无功功率的调节PM三、同步发电机的三、同步发电机的U U形曲线（也称形曲线（也称V V型特性曲线）型特性曲线）定义：定义：在保持有功功率不变的情况下，定子电在保持有功功率不变的情况下，定子电流随励磁电流变化的关系曲线形似流随励磁电流变化的关系曲线形似U U形字母，故称形字母，故称为为U U形曲线。形曲线。9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定三、同步发电机的U形曲线（也称V型特性曲线）定义：在假设系电压假设系电压U U不变和发电机输出有功功率不变和发电机输出有功功率P PM M不变，以汽不变，以汽轮发电机（隐极）为例：轮发电机（隐极）为例：假设系电压U不变和发电机输出有功功率PM不变，以汽轮发电机（隐极同步发电机不同隐极同步发电机不同运行方式时的相量图运行方式时的相量图1 1、正常励磁、正常励磁2 2、过励磁、过励磁3 3、欠励磁、欠励磁4 4、欠励磁并且、欠励磁并且处于稳定极限处于稳定极限滞后滞后超前超前隐极同步发电机不同运行方式时的相量图1、正常励磁2、过励磁3可见：对于隐极发电机可见：对于隐极发电机1、过励磁时、过励磁时 滞后滞后2、正常励磁时、正常励磁时 ,I最小最小3、欠励磁时、欠励磁时 超前超前4、欠励磁并且、欠励磁并且 时，处于稳定极限，电流达时，处于稳定极限，电流达静态稳定允许电流静态稳定允许电流可见：对于隐极发电机2、正常励磁时 U形曲线:并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流不变时，表示电枢电流 I 和励磁电流和励磁电流 If 的关系曲线的关系曲线 I=f（If）水轮发电机水轮发电机有类似的结有类似的结论论U形曲线:并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，进相进相迟相迟相进相迟相水轮发电机的运行课件 由图可见，与与无线电容量电网并联的发动由图可见，与与无线电容量电网并联的发动机，调节其励磁电流的大小，机，调节其励磁电流的大小，则可改变发动机则可改变发动机输出的无功功率的大小和性质：输出的无功功率的大小和性质：（1 1）当过励磁时，定子电流是滞后电流，发）当过励磁时，定子电流是滞后电流，发电机输出感性无功功率；电机输出感性无功功率；（2 2）当欠励磁时，电枢电流是超前电流，发）当欠励磁时，电枢电流是超前电流，发电机输出容性无功功率。电机输出容性无功功率。由图可见，与与无线电容量电网并联的发动机，调节其励磁 发电厂运行管理人员利用发电厂运行管理人员利用 U U形曲线有助于了解形曲线有助于了解定子电流与励磁电流之间的关系，从而控制发电机定子电流与励磁电流之间的关系，从而控制发电机的运行状况：的运行状况：（1 1）根据负荷大大小，给定励磁电流，就可以）根据负荷大大小，给定励磁电流，就可以得知定子电流的大小以及功率因数的数值；得知定子电流的大小以及功率因数的数值；（2 2）也可以在励磁电流不变时，了解负荷变化）也可以在励磁电流不变时，了解负荷变化对定子电流和功率因数的影响；对定子电流和功率因数的影响；（3 3）若要维持功率因数不变，当负荷变化后，）若要维持功率因数不变，当负荷变化后，可根据可根据U U形曲线正确地调节发电机的励磁电流。形曲线正确地调节发电机的励磁电流。发电厂运行管理人员利用 U形曲线有助于了解定子电流与四、水轮发电机的四、水轮发电机的P-QP-Q功率极限图功率极限图概念：概念：水轮发电机的水轮发电机的P-QP-Q功率极限图反映了发电机功率极限图反映了发电机安全运行的功率极限。发电机功率极限受以下几个安全运行的功率极限。发电机功率极限受以下几个运行极限的限制：运行极限的限制：（1 1）转子发热运行极限）转子发热运行极限（2 2）定子发热运行极限）定子发热运行极限（3 3）水轮机输出功率极限）水轮机输出功率极限（4 4）静态稳定运行极限）静态稳定运行极限（5 5）最小允许励磁极限）最小允许励磁极限9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定四、水轮发电机的P-Q功率极限图概念：水轮发电机的P-Q功率PQ定子发热极限定子发热极限转子发热限制转子发热限制最小励磁极性最小励磁极性水轮机输出功率极限水轮机输出功率极限理论稳定极限理论稳定极限实际稳定极限实际稳定极限LGFKBEN为额定工作点为额定工作点DOPQ定子发热极限转子发热限制最小励磁极性水轮机输出功率极限理四、水轮发电机的四、水轮发电机的P-QP-Q功率极限图功率极限图1 1、转子发热运行极限、转子发热运行极限 转子发热正比于转子的铜损，而铜损又与励磁转子发热正比于转子的铜损，而铜损又与励磁电流平方成正比。在额定运行情况下，励磁电流为电流平方成正比。在额定运行情况下，励磁电流为IfN。允许的最大励磁电流允许的最大励磁电流为为Imax=IfN，对应的电动，对应的电动势为势为E0max。9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定四、水轮发电机的P-Q功率极限图1、转子发热运行极限9.3 四、水轮发电机的四、水轮发电机的P-QP-Q功率极限图功率极限图2 2、定子发热运行极限、定子发热运行极限 定子发热正比于定子的铜损，而铜损又与定子定子发热正比于定子的铜损，而铜损又与定子电流平方成正比。在额定运行情况下，定子电流为电流平方成正比。在额定运行情况下，定子电流为IN。允许的最大定子电流为允许的最大定子电流为Imax=IN。9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定四、水轮发电机的P-Q功率极限图2、定子发热运行极限9.3 四、水轮发电机的四、水轮发电机的P-QP-Q功率极限图功率极限图3 3、水轮机输出功率极限、水轮机输出功率极限 电厂为了保证机组的安全运行，对水轮机也规电厂为了保证机组的安全运行，对水轮机也规定了额定功率定了额定功率PmN。水轮机的额定功率稍大于发电。水轮机的额定功率稍大于发电机额定功率。发电机连续运行时的有功功率极限为：机额定功率。发电机连续运行时的有功功率极限为：9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定四、水轮发电机的P-Q功率极限图3、水轮机输出功率极限9.3四、水轮发电机的四、水轮发电机的P-QP-Q功率极限图功率极限图4 4、静态稳定运行极限、静态稳定运行极限 当发电机工作于第二象限时，发电机进入调相当发电机工作于第二象限时，发电机进入调相运行状态（运行状态（Q为负值），功率角为负值），功率角较大，发电机有较大，发电机有可能进入静态不稳定区域。可能进入静态不稳定区域。设稳定极限功率角为设稳定极限功率角为max.Lmax.L，则理论静态稳定，则理论静态稳定极限为：极限为：9.3 9.3 水轮发电机无功功率的调节和静态稳定水轮发电机无功功率的调节和静态稳定四、水轮发电机的P-Q功率极限图4、静态稳定运行极限9.3 但考虑到稳定储备系数的要求，通常要求实际但考虑到稳定储备系数的要求，通常要求实际的功率极限为理论功率极限的的功率极限为理论功率极限的10-15%10-15%，与此对应的，与此对应的功率角为功率角为max.Smax.S，则功率极限为：，则功率极限为：但考虑到稳定储备系数的要求，通常要求实际的功率极限为5 5、最小允许励磁极限、最小允许励磁极限 机组可能在无励磁或甚至在较小的反向励磁下机组可能在无励磁或甚至在较小的反向励磁下运行，但此种状况下运行机组将极不稳定。为了使运行，但此种状况下运行机组将极不稳定。为了使发电机始终保持正向励磁，通常最小励磁电流是以发电机始终保持正向励磁，通常最小励磁电流是以Ifmin=0.1IfN为极限，设此时的电动势为为极限，设此时的电动势为E Eminmin。则功。则功率极限为：率极限为：5、最小允许励磁极限水轮发电机的运行课件 例题例题 9-2 9-2（不讲）（不讲）改为水轮发电机改为水轮发电机 例题 9-2（不讲）忽略忽略d轴轴q轴轴忽略d轴q轴水轮发电机的运行课件忽略忽略d轴轴q轴轴1、求虚拟电势、求虚拟电势2、确定、确定q轴和轴和d轴轴4、电流分解、电流分解3、求内功率因数角、求内功率因数角5、求空载电动势、求空载电动势忽略d轴q轴1、求虚拟电势2、确定q轴和d轴4、电流分解3、9.4 9.4 水轮发电机的调相运行水轮发电机的调相运行 系统中由于负荷（主要是异步电动机）、变压系统中由于负荷（主要是异步电动机）、变压器、甚至部分线路均要器、甚至部分线路均要吸收吸收或或消耗消耗感性无功感性无功。如果。如果向系统提供的无功不足或剩余，系统电压将偏移规向系统提供的无功不足或剩余，系统电压将偏移规定的额定电压。定的额定电压。电压电压偏移偏移的危的危害害 电压降低电压降低 电压过低电压过低 电压过高电压过高会使网络中功率和能量的损耗加大会使网络中功率和能量的损耗加大有可能危及电力系统运行稳定性有可能危及电力系统运行稳定性各种电气设备的绝缘可能受到损各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等晕损耗等 9.4 水轮发电机的调相运行 系统中各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果备在额定电压下运行才能取得最佳效果35KV35KV及以上：及以上：5510KV10KV及以下：及以下：77低压照明：低压照明：+5+5，-10-10农村电网：农村电网：+7.5+7.5，-10-10 (+10(+10，-15-15)l允许电压偏移指标l允许电压偏移指标各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运 9.4 9.4 水轮发电机的调相运行水轮发电机的调相运行系统系统无功无功功率功率电源电源 同步发电机同步发电机:送出送出P+P+送出或吸收送出或吸收Q Q 同步调相机：同步调相机：吸收吸收P0+P0+送出或吸收送出或吸收Q Q 静电电容器：静电电容器：送出送出Q Q 静止无功补偿器静止无功补偿器:送出或吸收送出或吸收Q Q 静止无功发生器静止无功发生器:送出或吸收送出或吸收Q Q 同步电动机同步电动机:吸收吸收P+P+送出或吸收送出或吸收Q Q同步电机从原理上可逆。同步电机从原理上可逆。9.4 水轮发电机的调相运行系统无功功率电源 同步一、同步电机的可逆原理一、同步电机的可逆原理NSFRNSFfnn1NSFR=0NSFfnn1NSFR NSFfnn1同步发电状态同步发电状态同步电动状态同步电动状态有功空载状态有功空载状态一、同步电机的可逆原理NSFRNSFfnn1NSFR=0上述的三种情况，调节励磁电流，均可使发电机处于上述的三种情况，调节励磁电流，均可使发电机处于以下三种状态：以下三种状态：过励磁：过励磁：发电机将向系统发送感性无功发电机将向系统发送感性无功正常励磁：正常励磁：发电机将不会向系统发送无功发电机将不会向系统发送无功欠励磁：欠励磁：发电机将从系统吸收感性无功或发送容性发电机将从系统吸收感性无功或发送容性 无功无功上述的三种情况，调节励磁电流，均可使发电机处于以下三种状态：NSFR NSFfnn1同步电动状态同步电动状态NSFR NSFfnn1同步调相状态同步调相状态NSFRNSFfnn1同步电动状态NSFRNSFfnn1二、水轮发电机的调相运行二、水轮发电机的调相运行水轮发电机的调相运行：水轮发电机的调相运行：并入系统运行的水轮发电机并入系统运行的水轮发电机不向系统发送有功功率，仅从电网不向系统发送有功功率，仅从电网吸收少量的有功功吸收少量的有功功率率以克服空载损耗以维持其旋转，通过调节励磁电流以克服空载损耗以维持其旋转，通过调节励磁电流以调节发电机向系统发送的以调节发电机向系统发送的无功功率的大小和方向无功功率的大小和方向，从而改善系的从而改善系的功率因数和电压质量功率因数和电压质量。二、水轮发电机的调相运行忽略忽略正常励磁正常励磁过励磁过励磁欠励磁欠励磁汽轮发电机类似汽轮发电机类似调相运行时的向量图（设调相运行时的向量图（设P=0）忽略正常励磁过励磁欠励磁汽轮发电机类似调相运行时的向量图（设几点说明：几点说明：1、在电网、在电网负荷较重负荷较重时，感性无功负荷需求较大，时，感性无功负荷需求较大，系统功率因数和电压较低，所以通常应采用系统功率因数和电压较低，所以通常应采用过励磁过励磁调调相。在电网相。在电网负荷较轻负荷较轻时，感性无功负荷需求较小，系时，感性无功负荷需求较小，系统功率因数和电压较高，所以通常应采用统功率因数和电压较高，所以通常应采用欠励磁欠励磁调相。调相。2、水电厂部分水轮发电机组通常安排在枯水期调、水电厂部分水轮发电机组通常安排在枯水期调相。相。3、水轮发电机组调相时，为了减少有功消耗，除、水轮发电机组调相时，为了减少有功消耗，除了将了将导水叶关闭导水叶关闭外，还用外，还用压缩空气压缩空气（从顶盖或尾水管（从顶盖或尾水管进入）将水轮机转轮室的水位压离转轮，使转轮脱离进入）将水轮机转轮室的水位压离转轮，使转轮脱离水体旋转。水体旋转。4、设计专门用来调相的同步电动机称为、设计专门用来调相的同步电动机称为调相机调相机。几点说明：压缩压缩空气空气压缩空气 9.6 9.6 水轮发电机的电气制动简介水轮发电机的电气制动简介机械制动机械制动电气制动电气制动 9.6 水轮发电机的电气制动简介机械制动 9.6 9.6 水轮发电机的制动简介水轮发电机的制动简介一、一、机械制动机械制动优点：优点：运行可靠，使用方便，运行可靠，使用方便，通用性强，用气压、油压操作通用性强，用气压、油压操作所消耗能源较少，在制动过程所消耗能源较少，在制动过程中对推力瓦的油膜有保护作用。中对推力瓦的油膜有保护作用。既用来既用来制动机组制动机组，又用来，又用来顶转顶转子子，故具有双重功能。故具有双重功能。缺点：缺点：制动中产生的粉尘会堵制动中产生的粉尘会堵塞冷却风道，塞冷却风道，影响发电机的冷影响发电机的冷却效果却效果；粉尘与油雾结合会污；粉尘与油雾结合会污浊定子绕组，妨碍其散热、浊定子绕组，妨碍其散热、降降低绝缘水平低绝缘水平。9.6 水轮发电机的制动简介一、机械制动优点：运行可靠 9.6 9.6 水轮发电机的电气制动简介水轮发电机的电气制动简介二、二、电气制动电气制动 9.6 水轮发电机的电气制动简介二、电气制动水轮发电机的运行课件电气制动基本原理和过程电气制动基本原理和过程 将水轮发电机组与系统解列；将水轮发电机组与系统解列；将导水机构关闭将导水机构关闭;将发电机灭磁将发电机灭磁;机组在转轮水阻力矩、转子风阻力矩以及轴承机组在转轮水阻力矩、转子风阻力矩以及轴承摩擦力矩的共同作用下，转速迅速下降摩擦力矩的共同作用下，转速迅速下降;当转速下降到一定数值时（通常为额定转速的当转速下降到一定数值时（通常为额定转速的4060%4060%），合上发电机定子绕组出线端的），合上发电机定子绕组出线端的制动短路制动短路开关开关，给，给转子绕组加制动电流转子绕组加制动电流;依据同步发电机的依据同步发电机的电枢反应原理电枢反应原理，电枢反应的，电枢反应的交轴分量（交轴分量（定子绕组有电阻定子绕组有电阻）产生）产生电磁转矩电磁转矩，其方，其方向与原有速度方向相反，为向与原有速度方向相反，为制动性质制动性质。利用该制动。利用该制动电磁转矩将机组迅速停下来。电磁转矩将机组迅速停下来。电气制动基本原理和过程 将水轮发电机组与系统解列；电气制动电流及电气机械制动混合使用电气制动电流及电气机械制动混合使用 电气制动电流电气制动电流:对大中容量的机组，定子制动对大中容量的机组，定子制动电流一般采用定子额定电流的电流一般采用定子额定电流的1.0-1.21.0-1.2倍，偏小倍，偏小会使电气制动力矩较小而延迟制动时间，偏大虽会使电气制动力矩较小而延迟制动时间，偏大虽可缩短制动时间可缩短制动时间,但对发电机不利。但对发电机不利。混合制动：混合制动：对大中容量的机组，一般在电气制对大中容量的机组，一般在电气制动投入成功后，当转速降至动投入成功后，当转速降至20%-25%20%-25%额定转速时，额定转速时，再投入机械制动，如果推力轴承润滑性较好，转再投入机械制动，如果推力轴承润滑性较好，转速可降至速可降至15%-20%15%-20%额定转速，再投入机械制动。额定转速，再投入机械制动。机械制动也作为一种后备手段。机械制动也作为一种后备手段。电气制动电流及电气机械制动混合使用 电气制动电流:对大