第二章大型发电机进相运行课件

第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 第一节第一节 发电机的进相运行的必要性发电机的进相运行的必要性 随随着着电电力力系系统统的的不不断断发发展展，大大型型发发电电机机组组日日益益增增多多，同同时时输输电电线线路路的的电电压压等等级级越越来来越越高高，输输电电距距离离越越来来越越长长，加加之之许许多多配配电电网网络络使使用用了了电电缆缆线线路路，引引起起了了电电力力系系统统电电容容电电流流的的增增加加，增增大大了了剩剩余余无无功功功功率率。尤尤其其是是在在节节假假日日、午午夜夜等等低低负负荷荷情情况况下下，由由线线路路引引起起的的剩剩余余无无功功功功率率，使使电电网网的的电电压压上上升升，以以致致超超过过容容许许的的范范围围。过过去去一一般般是是采采用用并并联联电电抗抗器器或或利利用用调调相相机机来来吸吸收收此此部部分分剩剩余余无无功功功功率率，但但有有一一定定的的限限度度，且且增增加加了了设设备备投投资资。近近些些年年我我国国也也广广泛泛地地开开展展了了进进相相运运行行的的试试验验研研究究。实实践践说说明明，进进相相运运行行是是一一项项切切实实可可行行的的办办法法，不不需需要要额额外外增增加加设设备备投投资资，就就可可吸吸收收无无功功功功率率，进进行行电电压压调调整整。适适当当进进行行进进相相运运行行，能能降降低低电电压压，抑抑制制和和改改善善电电网网电电压压过过高高状状况况。该该项项技技术术措措施施易易于于实实现现，运运行行操操作作方方便便、灵灵活活，可获得显著的经济效益。可获得显著的经济效益。1第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 第二节第二节 发电机进相运行的分析发电机进相运行的分析 1.1.什么是同步发电机的进相运行状态？什么是同步发电机的进相运行状态？进相运行是相对于发电机迟相运行而言的，此时进相运行是相对于发电机迟相运行而言的，此时定子电流超前于端电压，发电机处于欠励磁运行状态。定子电流超前于端电压，发电机处于欠励磁运行状态。发电机直接与无限大容量电网并联运行时，保持其有发电机直接与无限大容量电网并联运行时，保持其有功功率恒定，调节励磁电流可以实现这两种运行状态功功率恒定，调节励磁电流可以实现这两种运行状态的相互转换。的相互转换。2第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 2.2.发电机进相运行的相量关系发电机进相运行的相量关系 实际并入电网的同步发实际并入电网的同步发电机是通过变压器、线路与电机是通过变压器、线路与电网相联的。发电机进相运电网相联的。发电机进相运行的相量关系如图行的相量关系如图1-15所示。所示。此时发电机的功角为此时发电机的功角为G，发电机电势与电网电压相发电机电势与电网电压相量之间的夹角为量之间的夹角为s。图图1-15 发电机进相运行相量图发电机进相运行相量图 3第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 发电机迟相运行时，供给系统有功功率和感性无发电机迟相运行时，供给系统有功功率和感性无功功率，其有功功率和无功功率表的指示均为正值；功功率，其有功功率和无功功率表的指示均为正值；而进相运行时供给系统有功功率和容性无功功率，其而进相运行时供给系统有功功率和容性无功功率，其有功功率表指示正值，而无功功率表则指示负值，故有功功率表指示正值，而无功功率表则指示负值，故可以说此时从系统吸收感性无功功率。可以说此时从系统吸收感性无功功率。发电机进相运发电机进相运行时各电磁参数仍然是对称的，并且发电机仍然保持行时各电磁参数仍然是对称的，并且发电机仍然保持同步转速同步转速，因而是，因而是属于发电机正常运行方式中功率因属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机通常的，只是拓宽了发电机通常的运行范围。同样，在允许的进相运行限额范围内，只运行范围。同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长时间运行的。要电网需要是可以长时间运行的。4第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 3.3.发电机进相运行特点发电机进相运行特点 发电机进相稳定运行是电网需要时采用的运行技术，其运发电机进相稳定运行是电网需要时采用的运行技术，其运行能力主要是由电机本体的条件确定。我国行能力主要是由电机本体的条件确定。我国1989年颁布的年颁布的发发电机运行规则电机运行规则第第47条指出：条指出：“发电机是否能进相运行应遵守发电机是否能进相运行应遵守制造厂的规定。制造厂无规定的应通过试验确定。进相运行的制造厂的规定。制造厂无规定的应通过试验确定。进相运行的可能性决定于发电机端部结构件的发热和在电网中运行的稳定可能性决定于发电机端部结构件的发热和在电网中运行的稳定性。性。”发电机进相运行时就其本体而言有发电机进相运行时就其本体而言有两个特点两个特点：1）发电机端部的漏磁较迟相运行时增大，会造成定子端部）发电机端部的漏磁较迟相运行时增大，会造成定子端部铁心和金属结构件的温度增高，甚至超过允许的温度限值；铁心和金属结构件的温度增高，甚至超过允许的温度限值；2）进相运行的发电机与电网之间并列运行的稳定性较迟相）进相运行的发电机与电网之间并列运行的稳定性较迟相运行时降低，可能在某一进相深度时达到稳定极限而失步。因运行时降低，可能在某一进相深度时达到稳定极限而失步。因此，发电机进相运行时容许承担的电网有功功率和相应允许吸此，发电机进相运行时容许承担的电网有功功率和相应允许吸收的无功功率值是有限制的。收的无功功率值是有限制的。5第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 4.发电机发电机进相运行所导致问题分析进相运行所导致问题分析 发电机机进相运行相运行,从理从理论上分析是可行的。但由于上分析是可行的。但由于发电机的机的类型、型、结构、冷却方式及容量有很大的差异，构、冷却方式及容量有很大的差异，发电厂的电气主发电厂的电气主接线各异，发电厂和系统连接的紧密程度不同等原因，接线各异，发电厂和系统连接的紧密程度不同等原因，在在进相相运行是容运行是容许发出发出多少有功功率和吸收多少无功功率，理多少有功功率和吸收多少无功功率，理论上的上的计算由于不考算由于不考虑电机的机的饱和及励磁方式的影响等，其和及励磁方式的影响等，其结果是近果是近似的，一般要通似的，一般要通过运行运行试验来决定。运行和来决定。运行和试验时应注意的注意的问题如下：如下：1）静态稳定性的降低静态稳定性的降低 当同步发电机的输入功率受到一些微小的扰动，发生瞬时当同步发电机的输入功率受到一些微小的扰动，发生瞬时的增大或减小时，如果不考虑调节器的作用，发电机能在这种的增大或减小时，如果不考虑调节器的作用，发电机能在这种瞬时扰动后很快恢复到原来的平衡运动状态，这称为发电机的瞬时扰动后很快恢复到原来的平衡运动状态，这称为发电机的静态稳定。反之，称为静态不稳定。静态稳定。反之，称为静态不稳定。6第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 以隐极发电机为例，设电势为以隐极发电机为例，设电势为Eq，电抗电抗xd=xq，端电压为端电压为UG，功率角为功率角为G，则发电机的功角关系可用下式表示则发电机的功角关系可用下式表示 （113）由上式可知看出，在由上式可知看出，在Eq、UG、xd不变的情况下，不变的情况下，PM的变化的变化会引起功角会引起功角的变化，在功角为的变化，在功角为90o时，时，PM达到最大输出功率达到最大输出功率（114）对式对式（1-14）求导得求导得（115）7第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 可以看出：可以看出：在在 时，发电机达到静态稳定极限；时，发电机达到静态稳定极限；在在 时，发电机能保持静态稳定；时，发电机能保持静态稳定；在在 时，发电机会失去静态稳定。时，发电机会失去静态稳定。因此，因此，可以做为发电机静态稳定的判据。可以做为发电机静态稳定的判据。设在迟相运行时，发电机的功角为设在迟相运行时，发电机的功角为1；进相运行时为进相运行时为2，在在运行方式由迟相逐渐过渡到进相时，由于运行方式由迟相逐渐过渡到进相时，由于If下降，引起下降，引起Eq下降下降（U也相应下降一些），而也相应下降一些），而xd基本保持不变，则功角基本保持不变，则功角必然要增加，必然要增加，即从即从1增到增到2 。此时最大功率点此时最大功率点Pmax会下移。在会下移。在=90时，时，PM=Pmax，达到静态稳定极限。此时若再减少励磁电流，则会失去稳达到静态稳定极限。此时若再减少励磁电流，则会失去稳定。定。8第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 例：例：N水厂一台水厂一台TS854/156-40型、型、75MW的水轮发电机，实测有功功率的水轮发电机，实测有功功率恒定时励磁电流和功角的关系如图。恒定时励磁电流和功角的关系如图。功角随励磁电流减小而增大。功角随励磁电流减小而增大。时，增加比较缓慢。时，增加比较缓慢。时，励磁电流稍有减小，时，励磁电流稍有减小，功角增加很快。功角增加很快。讨论：讨论：上述的功角特性是指发电机励磁系统不带自动电压调上述的功角特性是指发电机励磁系统不带自动电压调节器而言。如果发电机在运行时带上自动电压调节器，则功角特节器而言。如果发电机在运行时带上自动电压调节器，则功角特性会有一些不同，最大电磁输出功率性会有一些不同，最大电磁输出功率Pmax会会向右移动，使得向右移动，使得Pmax所所对应的功角对应的功角9090，实现发电机在人工稳定区域运行。，实现发电机在人工稳定区域运行。9第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 例例（1 1）一台一台TB-100-2TB-100-2型发电机型发电机，在手动励磁和投入自动励磁调节器两种条件下的实测结果列表：在手动励磁和投入自动励磁调节器两种条件下的实测结果列表：该机的自动励磁调节器投入运行后，在接近额定有功功率时，该机的自动励磁调节器投入运行后，在接近额定有功功率时，吸收的无功功率由手动励磁时的吸收的无功功率由手动励磁时的42.2Mvar增到增到63Mvar。当有功。当有功功率降低时，电机的运行功角已超过自然稳定极限进入人工稳功率降低时，电机的运行功角已超过自然稳定极限进入人工稳定运行区运行。定运行区运行。10第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 例例（2 2）一台）一台TQN-100-2TQN-100-2型发电机，型发电机，装有快速励磁调节器，在不投入或投入自动励磁调节器时进相装有快速励磁调节器，在不投入或投入自动励磁调节器时进相能力的实测数据见下表能力的实测数据见下表 进入人工稳定运行区运行，提高了进相运行的能力和进相进入人工稳定运行区运行，提高了进相运行的能力和进相运行工况下抗干扰的能力。运行工况下抗干扰的能力。11第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 P发电厂一台发电厂一台QFQS-200-2型发电机型发电机 。退退出自动励磁调节器进相运行时，实测励磁电流与功角和机端电出自动励磁调节器进相运行时，实测励磁电流与功角和机端电压的关系如图。压的关系如图。时，时，曲线变得很陡，曲线变得很陡，表明励磁电流降到此值以后，若再发表明励磁电流降到此值以后，若再发生微量的减少，都会引起功角有较大生微量的减少，都会引起功角有较大的增加，电机出现失步情况。的增加，电机出现失步情况。投入自动励磁调节器后，发电机投入自动励磁调节器后，发电机进相运行时的静态稳定大大提高，进相运行时的静态稳定大大提高，有功功率增大时，仍未失去稳定，有功功率增大时，仍未失去稳定，只是定子电流超过额定值使进相只是定子电流超过额定值使进相深度受到了限制。深度受到了限制。12第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 原因分析：原因分析：（1 1）发电机直接接在无限大电网上，即认为外部阻抗）发电机直接接在无限大电网上，即认为外部阻抗xs=0=0。由于带自动电压调节器后，在一定的励磁电流由于带自动电压调节器后，在一定的励磁电流If下，不是下，不是保持保持Eq不变而是保持暂态电势不变而是保持暂态电势 不变所致，此时不变所致，此时PM的表达式为：的表达式为：（116）式中：为瞬变电抗；为瞬变电抗；为暂态电动势。为暂态电动势。由于由于 ，所以功角特性曲线相当于一个与，所以功角特性曲线相当于一个与sin成比例成比例的部分和一个与的部分和一个与sin2成比例的部分的合成。成比例的部分的合成。13第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 （2）外部阻抗外部阻抗xs00从图从图1-15中的相量图可以导出：中的相量图可以导出：（117）（118）当进相运行时，在输出有功功率一定的条件下，随着励当进相运行时，在输出有功功率一定的条件下，随着励磁电流的减少，磁电流的减少，角就要增大，从而使静态稳定性降低。式角就要增大，从而使静态稳定性降低。式（1-16）是发电机直接接在无限大容量母线上而得出的。实际是发电机直接接在无限大容量母线上而得出的。实际系统中，发电机经变压器、线路接到系统，所以需要计及这些系统中，发电机经变压器、线路接到系统，所以需要计及这些元件的电抗（统称为外部电抗元件的电抗（统称为外部电抗xs ）。）。此时静态稳定性将进一步此时静态稳定性将进一步降低。降低。14第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 图图1-16 1-16 隐极发电机的可能出力曲线隐极发电机的可能出力曲线 图图1-16表表示示隐隐极极发发电电机机的的可可能能出出力力曲曲线线。图图中中，a的的部部分分受受定定子子绕绕组组温温升升限限制制，b的的部部分分受受转转子子绕绕组组温温升升的的限限制制，c的的部部分分受受定定子子端端部部温温升升的的限限制制，通通常常是是由由运运行行试试验验确确定定。d的的部部分分表表示示外外电电抗抗为为零零时时，进进相相运运行行的的静静稳稳定定极极限限。e的的部部分分表表示示外外电电抗抗不不为为零零时时，进进相相运运行行的的静静稳稳定极限。定极限。15第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 当当发发电电机机接接有有外外部部电电抗抗时时，由由图图1-151-15的的相相量量图图可可得出进相运行时的有功功和无功功率表达式得出进相运行时的有功功和无功功率表达式:（120）由相量图可知由相量图可知16第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 代入式代入式（1-19）和和（1-20）经运算整理得经运算整理得（121）（122）由由相相量量图图可可看看出出G与与s成成正正比比变变化化，所所以以P与与Q均均为为s的的函函数数。式式（1-21）和和（1-22）不不仅仅可可以以计计算算发电机功率的大小，还可以判断系统运行的稳定情况。发电机功率的大小，还可以判断系统运行的稳定情况。17第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 在在静静态态稳稳定定的的极极限限(s=9090时时)，式式中中coss项项为为零。将上两式整理得零。将上两式整理得（123）由由式式（1-23）可可以以看看出出，计计及及外外部部电电抗抗时时进进相相运运行行的的静静稳稳定定极极限限为为一一圆圆特特性性。其其圆圆心心在在Q轴轴上上距距原原点点0 0为为 单单位位的的点点上上，其其半半径径长长度度为为 ，如如图图1-16所所示示。此此部部分分是是进进相相运运行行时时由由静静稳稳定定决决定定的的理理论论上上的的最最大大容容许许值值，考考虑虑实实际际运运行行中中突突然然过过负负荷荷等等因素的影响，比最大容许值还要低些。因素的影响，比最大容许值还要低些。18第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 结论：结论：1 1）带自动电压调节器后，进相能力明显增加。）带自动电压调节器后，进相能力明显增加。2 2）发电机短路比大，即）发电机短路比大，即xd小，进相能力强。小，进相能力强。3）发电机与系统联接紧密时，则进相能力强，而边）发电机与系统联接紧密时，则进相能力强，而边 远地区远地区孤立的电厂，发电机进相能力小，甚至不能进相。孤立的电厂，发电机进相能力小，甚至不能进相。4）系统电压越高，无功储备越大，则发电机进相时）系统电压越高，无功储备越大，则发电机进相时 端电压端电压下降越少，发电机进相运行能力越强。下降越少，发电机进相运行能力越强。5）机机组所带的有功功率越多，则功角越大，静态稳定储备机机组所带的有功功率越多，则功角越大，静态稳定储备越低越低。19第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 由于大型内冷式汽轮发电机的电磁负荷设计值较一般外冷由于大型内冷式汽轮发电机的电磁负荷设计值较一般外冷式发电机明显增大，导致其端部漏磁明显加大。尽管在式发电机明显增大，导致其端部漏磁明显加大。尽管在设计中采设计中采用了一系列的技术措施，如定子压指、压圈，转子护环采用无磁用了一系列的技术措施，如定子压指、压圈，转子护环采用无磁性钢，定子铁心端部加电屏蔽和磁屏蔽，边段铁心做成阶梯形，性钢，定子铁心端部加电屏蔽和磁屏蔽，边段铁心做成阶梯形，端部小齿开槽等，来增加漏磁路的磁阻，以避免漏磁通集中，减端部小齿开槽等，来增加漏磁路的磁阻，以避免漏磁通集中，减少由漏磁场感应产生的涡流损耗，降低端部温度，以维持温升在少由漏磁场感应产生的涡流损耗，降低端部温度，以维持温升在允许的范围之内允许的范围之内，但是随着运行方式由迟相逐渐过渡到进相，端但是随着运行方式由迟相逐渐过渡到进相，端部合成磁通将会增大，引起发电机定子边段铁心及端部结构件上部合成磁通将会增大，引起发电机定子边段铁心及端部结构件上的感应涡流增大，而产生附加发热。的感应涡流增大，而产生附加发热。发电机端部的漏磁是由定子绕组端部漏磁与转子绕组端部漏发电机端部的漏磁是由定子绕组端部漏磁与转子绕组端部漏磁组成的合成磁通。定子端部铁心、结构件的过热主要是由于端磁组成的合成磁通。定子端部铁心、结构件的过热主要是由于端部漏磁引起的。它的大小除与发电机的结构、型式、材料、短路部漏磁引起的。它的大小除与发电机的结构、型式、材料、短路比等因素有关外，还与定子电流的大小、功率因数的高低等因素比等因素有关外，还与定子电流的大小、功率因数的高低等因素有关。有关。2）端部漏磁端部漏磁引起引起的的发热 20第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 发电机运行时，在其端部出现的定子绕组端部漏磁和转发电机运行时，在其端部出现的定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁，将尽可能通过磁阻最小的路径形成闭路。为子绕组端部漏磁，将尽可能通过磁阻最小的路径形成闭路。为此由磁性材料制成的定子端部铁芯、端部压板以及转子护环等此由磁性材料制成的定子端部铁芯、端部压板以及转子护环等部分便通过相当大的端部漏磁。它在空间与转子同速旋转，对部分便通过相当大的端部漏磁。它在空间与转子同速旋转，对定子有相对运动，因此在定子端部铁芯齿部、压指、压板等部定子有相对运动，因此在定子端部铁芯齿部、压指、压板等部件中要感应出涡流和磁滞损耗使之发热。特别是直接冷却的或件中要感应出涡流和磁滞损耗使之发热。特别是直接冷却的或者大型氢冷却的定子线负荷大的发电机，此种发热尤为显著。者大型氢冷却的定子线负荷大的发电机，此种发热尤为显著。在迟相运行时这种发热是在容许范围内的。而在进相运行在迟相运行时这种发热是在容许范围内的。而在进相运行时，随着进相功率的增大，发热越来越严重，这是因为端部合时，随着进相功率的增大，发热越来越严重，这是因为端部合成漏磁通随功率因数的变化而增大所致。成漏磁通随功率因数的变化而增大所致。分分析析：图图1-17（a）所所示示气气隙隙磁磁通通关关系系中中，各各磁磁通通全全部部都都通通过过气气隙隙，但但是是端端部部漏漏磁磁通通的的路路径径很很复复杂杂，定定子子端端部部漏漏磁磁通通与与转转子子端端部部漏漏磁磁通通不不取取共共同同的的途途径径。某某一一点点的的磁磁通通量量取取决决于于该该点点的磁阻，故磁通量因地而异。的磁阻，故磁通量因地而异。21第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 图图1-17 1-17 磁通相量图磁通相量图（a a）气势磁通相量图；（气势磁通相量图；（b b）端部漏磁通相量图端部漏磁通相量图 22第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 定定子子铁铁芯芯端端部部中中，由由定定子子磁磁势势引引起起的的漏漏磁磁的的漏漏磁磁通通ea易易于于通通过过，在在图图1-17（b）中中以以ACAC表表示示。转转子子磁磁势势引引起起的的漏漏磁磁通通经经过过气气隙隙进进入入定定子子端端部部的的部部分分e0则则较较小小，假假设设它它为为励励磁磁磁磁通通量量0的的倍倍（1随随铁铁心心端端部部位位置置而而定定），在在图图1-17（b）中中以以相相量量AD表表示示，其其值值为为a，AD=AB。此此时时端端部部的的合合成成漏漏磁磁通通e等等于于CD。保保持持定定子子电电流流不不变变的的情情况况下下（亦亦即即图图中中AC不不变变），当当功功率率因因数数由由迟迟相相转转为为进进相相运运行行时时，合合成成的的漏漏磁磁通通CD将将要要增增大大。如如图图1-18所示。所示。23第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 图图1-18 1-18 端部漏磁通与功率因数关系端部漏磁通与功率因数关系 24第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 在在图1-18中，中，电枢反枢反应磁磁势产生的漏磁通生的漏磁通AC不不变。随着功率。随着功率因数由因数由迟相相转为进相运行，由于励磁相运行，由于励磁电流的减小，所以励磁磁流的减小，所以励磁磁势产生的漏磁通生的漏磁通ADAD也相也相应地减少，其地减少，其值等于等于AB。而定子端部的合而定子端部的合成漏磁通成漏磁通e则增大，增大，e等于等于CD。D点点则在以在以O O点点为圆心（心（O O点到点到C点点的距离的距离OC=BC），），以以OD（OD=BDAC/AB=(1-)AC）为半径的半径的半半圆上移上移动。由由图1-18还可可看看出出，当当功功率率因因数数由由迟相相往往进相相变化化时，在在功功率率因因数数为1 1的的附附近近，合合成成漏漏磁磁势e的的变化化较显著著；随随着着进相相功功率率因因数数的的降降低低（由由1 1将将到到0 0），吸吸收收的的无无功功功功率率增增多多，e越越来来越越大大，致致使使定定子子端端部部发热越越来来越越严重重。如如取取功功率率因因数数等等于于1 1时的的e为1 1，则定定子子端端部部某某一一点点（其其为小小于于1 1的的定定值）的的合合成成漏漏磁通磁通e随功率因数而随功率因数而变化的关系如化的关系如图1-19所示。所示。25第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 图图1-191-19端部合成漏磁通随功率因数变化曲线端部合成漏磁通随功率因数变化曲线 26第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 当当功功率率因因数数一一定定时，端端部部漏漏磁磁通通约与与发电机机的的千千伏伏安安出出力力成成正正比比，如如图1-20所所示示。由由图中中可可以以看看出出，如如欲欲保保持持端端部部发热为一一定定值，亦亦即即端端部部漏漏磁磁通通为一一定定值，随随着着进相相程度的增大，千伏安出力程度的增大，千伏安出力应相相应降低。降低。图图1-20 1-20 端部漏磁通与发电机出力的关系端部漏磁通与发电机出力的关系 27第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 图图1-211-21表表示示大大型型机机组组功功率率因因数数变变化化时时的的容容许许出出力力(有有功功和和无无功功)。从从图图上上很很明明显显地地看看出出，当当发发电电机机申申迟迟相相转转入入进进相相运运行行时，随着功率因数的降低，发电机容许的出力剧烈下降。时，随着功率因数的降低，发电机容许的出力剧烈下降。图图1-21 功率因数变化时，发电机的容许有功功率和容许无功功率功率因数变化时，发电机的容许有功功率和容许无功功率 28第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 值值得得指指出出的的是是，目目前前大大型型发发电电机机已已采采取取多多种种措措施施来来减减少少端端部部发发热热，例例如如：采采用用非非磁磁性性钢钢的的转转子子护护环环、采采用用铜铜板板屏屏蔽蔽、开开槽槽分分割割以以限限制制涡涡流流通通路路等等等等。采采用用上上述述措措施施后后，可可降降低低进进相相运行时的端部温升，从而提高进相运行时的容许功率。运行时的端部温升，从而提高进相运行时的容许功率。思考题：思考题：1.发电机进相运行有何实际意义？发电机进相运行有何实际意义？2.发电机进相运行的特点是什么？发电机进相运行的特点是什么？29第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 5.发电机进相运行时端部漏磁与温度测量实例发电机进相运行时端部漏磁与温度测量实例发电机定子端部铁心和金属结构件的温度限值，我国规定见下发电机定子端部铁心和金属结构件的温度限值，我国规定见下表所示表所示30第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 1）汽轮发电机）汽轮发电机一台一台SQF-100-2型型汽轮发电机汽轮发电机，进相运行时，实测定子端部铁心进相运行时，实测定子端部铁心段轴向磁通密度段轴向磁通密度B，温升，温升与功与功率因数关系的曲线，如图率因数关系的曲线，如图该机带额定有功功率功率，在该机带额定有功功率功率，在迟相和进相运行时，定子第迟相和进相运行时，定子第36槽和槽和37槽铁心端部与阶梯齿的槽铁心端部与阶梯齿的温长升分布，见下图温长升分布，见下图31第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行（1）进相运行）进相运行（超前）时，定（超前）时，定子铁心端部各测子铁心端部各测点的温升值比工点的温升值比工况况 运运行时升高行时升高312C.（2）定子端部第五、）定子端部第五、六段铁心齿部的温度六段铁心齿部的温度最高，当进风温度为最高，当进风温度为34 C时，进相运行时时，进相运行时可达可达114 C，温升为，温升为80 C。额定有功功额定有功功率时不宜进相运行率时不宜进相运行.（3）进相运行时定子铁心各测点的温）进相运行时定子铁心各测点的温度互差度互差29 C（114-85）32第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 2）水轮发电机）水轮发电机一台一台TS425/125-12型型水轮发电机水轮发电机，进相运行时，实测定子端部铁心段轴向磁通密进相运行时，实测定子端部铁心段轴向磁通密度度B，温度，温度与功率因数关系的曲线，如图与功率因数关系的曲线，如图压指压指*端部铁心端部铁心1 1P=32MWP=32MW2 2P=40MWP=40MW3 3压指温压指温度限制线度限制线4 4端部铁端部铁心温度限制心温度限制线线定子第一段铁心齿部第定子第一段铁心齿部第7个个测点。测点。定子端部第一段铁心阶梯齿定子端部第一段铁心阶梯齿的温度的温度33第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 从第一图中可见，保持有功功率恒定，由迟相转为进相运从第一图中可见，保持有功功率恒定，由迟相转为进相运行时磁通密度行时磁通密度B增高，并且随着进相深度增加而增高很快。增高，并且随着进相深度增加而增高很快。从第二图可见，在额定有功功率从第二图可见，在额定有功功率40MW，（超（超前）运行时，该部位已达最高允许温度前）运行时，该部位已达最高允许温度105C，压指的温度达指的温度达129 C。所以该机带额定有功功率进相运行时，只能达到目的。所以该机带额定有功功率进相运行时，只能达到目的功率因数功率因数0.98（超前）运行。若降低有功功率到（超前）运行。若降低有功功率到32MW，可以，可以在在 （超前）运行，此时压指端头的温度已达温（超前）运行，此时压指端头的温度已达温度限值，也限制了进相深度。度限值，也限制了进相深度。34第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 进相相运行时，端部铁心、进相相运行时，端部铁心、压指和压圈温度的分布与变压指和压圈温度的分布与变化情况如图化情况如图35第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 第三节第三节 发电机运行容量图与进相限额发电机运行容量图与进相限额 发电机的运行容量图表达了发电机在端电压和冷却介质温度发电机的运行容量图表达了发电机在端电压和冷却介质温度为额定值的条件下，其为额定值的条件下，其有功功率和无功功率的关系有功功率和无功功率的关系。可表明发电。可表明发电机在功率因数变化的不同运行工况下，保证长期安全运行所允许机在功率因数变化的不同运行工况下，保证长期安全运行所允许的运行限额图。的运行限额图。一、发电机运行容量图一、发电机运行容量图（一）隐极发电机的运行容量图（一）隐极发电机的运行容量图1.功率图功率图额定容量额定容量极限功率极限功率P=0时发电机可吸收的最大时发电机可吸收的最大无功功率无功功率36第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 2.运行容量图运行容量图迟相运行范围迟相运行范围OEDACO进相运行范围进相运行范围OEDACO进相容量受定子铁心端进相容量受定子铁心端部过热、静稳定极限和部过热、静稳定极限和定子过电流三者中最小定子过电流三者中最小限值确定。限值确定。37第二章同步发电机的进相运行第二章同步发电机的进相运行 38