電氣專業(yè)資料

1、第一章 汽輪發(fā)電機第一節(jié) 概述同步發(fā)電機是生產電能的基本設備，是電網的心臟，它的運行可靠性直接影響電網運行及向用戶安全、經濟地供電。運行中的發(fā)電機，繞組和鐵芯都要發(fā)熱，所產生的熱量和電機的輸出功率有著密切的關系。電機的輸出功率越大，其發(fā)熱量也越多，當超過額定值時，便會使電機的溫度過高而超過絕緣允許值。反之，人為地提高和增大冷卻的效果，使冷卻劑在相同時間內帶走更多的熱量，則發(fā)電機輸出的功率就越大。由此可見，電機的冷卻能力在一定程度上影響了發(fā)電機出力的大小。當今世界上大容量發(fā)電機組采用的冷卻方式通常有三種：全氫冷方式、定子線圈水冷其余為氫冷（水氫氫）方式、雙水內冷（水水空）方式。我國目前生產的30

2、0MW發(fā)電機多采用后兩種；表3-1-1給出了目前我國三大電機廠所生產的300MW汽輪發(fā)電機的主要額定參數。該表表明，FSN-300-2型汽輪發(fā)電機都是水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水內冷，轉子繞組為氫內冷，定子鐵芯為氫表冷的冷卻方式。FS-300-2型汽輪發(fā)電機采用的是雙水內冷（水水空）方式，即定子繞組、轉子繞組均為水內冷，定子鐵芯為空冷的冷卻方式。雙水內冷發(fā)電機，為我國首創(chuàng)。水內冷技術的應用，為提高發(fā)電機容量開辟了一條新的道路。由于水的冷卻能力比空氣大50倍，因此發(fā)電機的定子和轉子采用了水內冷后，可以大幅度地提高發(fā)電機的出力。但相對于全氫冷和水氫氫冷卻的發(fā)電機來說，定、轉子絕緣引水管漏水而導致

3、的故障較多；對全氫冷和水氫氫發(fā)電機來說，由于其轉子采用氫內冷，不會發(fā)生因水內冷轉子的絕緣引水管漏水而導致的故障，所以運行的可靠性較之水冷轉子為高。因為目前新建和擴建的火電廠單機容量均采用300MW及以上的發(fā)電機組、尤其以300MW機組居多，所以，本篇以東方電機股份有限公司所設計制造的FSN-300-2-20型三相同步交流發(fā)電機為主，介紹300MW汽輪發(fā)電機組的結構、原理及運行維護知識，對其它機型做簡要介紹。 表3-1-1 國產300MW汽輪發(fā)電機主要參數型號QFSN-300-2-20QFSN-300-2QFSN-300-2QFS-300-2QFSN-300-2生產廠家東方電機廠哈爾濱電機廠上海

4、電機廠上海電機廠上海電機廠額定功率300MW300MW300MW300MW300MW額定電壓20KV20KV20KV18KV20KV額定電流10190A10190A10190A11320A10190A額定功率因數0.850.850.850.850.85額定轉速3000r/m3000r/m3000r/m3000r/m3000r/m額定氫壓0.3MPa0.3MPa0.31MPa0.2Mpa(水壓)0.4Mpa效率98.898.8298.898.6198.6短路比0.5560.6560.50.470.5冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水水空氫氫氫第二節(jié) 汽輪發(fā)電機組的基本結構和主要參數一、同步發(fā)電機的基本

5、結構FSN-300-2-20型發(fā)電機通常采取臥式軸，軸系上帶有三臺同步發(fā)電機：發(fā)電機、主勵磁機、副勵磁機。發(fā)電機定子線圈及其連接線、出線采用水內冷，轉子繞組、定子鐵芯及端部采用氫冷，密封系統(tǒng)采用雙環(huán)流式油密封。發(fā)電機的勵磁采用同軸交流勵磁機帶靜止硅整流的勵磁方式；交流勵磁機的勵磁采用同軸交流勵磁機靜止可控硅整流勵磁方式；副勵磁機為稀土鈷永磁交流發(fā)電機的副勵磁機、主勵磁機、發(fā)電機三機同軸有刷勵磁系統(tǒng)。就發(fā)電機而言，其最基本的組成部件為定子和轉子。定子主要由定子鐵芯、定子繞組（也叫電樞繞組）、機座、端蓋及擋風裝置等部件組成；轉子主要由轉子鐵芯、轉子繞組（也叫勵磁繞組）、滑環(huán)、轉軸等部件組成。定子鐵

6、芯是電機磁路的一部分，同時也嵌放定子繞組；定子繞組是定子的電路部分，是實現機電能量轉換的重要部件。定子機座主要用于固定定子鐵芯，并和其它部件一起形成密閉的冷卻系統(tǒng)。轉子鐵芯是電機磁路的一部分，又是固定勵磁繞組的部件，大型汽輪發(fā)電機的轉子一般采用導磁性能好、機械強度高的合金鍛成，并和軸鍛成一個整體。轉子繞組是轉子的電路部分，直流勵磁電流一般是通過電刷和集電環(huán)引入轉子繞組，形成轉子的直流電路。二、主要參數 發(fā)電機型號為FSN-300-2-20，其中表示汽輪，F表示發(fā)電機，S表示定子繞組水內冷，N表示轉子繞組氫內冷，300表示發(fā)電機額定有功功率為300MW，2表示有2個磁極，20表示發(fā)電機額定端電壓

7、為20KV。其主要參數有：額定容量： SN=353MVA （發(fā)電機連續(xù)運行時，所能輸出的最大視在功率）額定功率： Pn=300MW （發(fā)電機正常運行時，所能輸出的最大有功功率）額定定子電壓： Un=20KV （發(fā)電機額定運行時，機端定子三相繞組的線電壓）額定定子電流： In=10190A （發(fā)電機連續(xù)運行時，定子繞組允許通過的最大線電流）額定功率因數： cosn=0.85(滯后) （同步發(fā)電機的額定功率和額定容量的比值）額定頻率： fn=50Hz額定轉速： Nn=3000r/min定子線圈接線方式： 雙Y（并聯）額定勵磁電壓： UfN=463V額定勵磁電流： IfN=2203A額定氫壓： 0.

8、3MPa定子繞組直流電阻（15）：0.001917/相轉子繞組直流電阻（15）：0.1561定子每相對地電容A、B、C三相各為：0.2242F直軸同步電抗Xd: 204.7%橫軸同步電抗Xq： 193直軸瞬變電抗Xd：26.61橫軸瞬變電抗Xq：37直軸超瞬變電抗Xd：16.18橫軸超瞬變電抗Xq：17.50負序電抗X2: 19.74%零序電抗X0：7.37短路比SCR 0.552各參數之間關系：額定功率PN=1.732UNINcosN；額定轉遞：nN=60f/p （其中：f為電網頻率，p為同步發(fā)電機磁極對數，本機磁極對數P為1）第三節(jié) 發(fā)電機的工作原理及工作特性一、同步發(fā)電機的工作原理、同步

9、發(fā)電機的工作原理是利用電磁感應原理將機械能轉變?yōu)殡娔?。按照電磁感應定律，導線切割磁力線能產生感應電動勢，將導線連成閉合回路，就有電流流過，這就是發(fā)電機的基本工作原理。 圖3-1-1所示為同步發(fā)電機的工作原理示意圖。在同步發(fā)電機的定子鐵芯內，對稱地安放著AX、BY、CZ三相繞組。所謂對稱三相繞組，就是每相繞組匝數相等，三相繞組的軸線在空間互差120O電角度。汽輪發(fā)電機轉子直接與汽輪機轉子連接，當蒸汽推動汽輪機高速旋轉時，發(fā)電機轉子隨著轉動，在同步發(fā)電機的轉子上裝有勵磁繞組，當直流電通過勵磁繞組時會產生主磁場，它隨著汽輪發(fā)電機轉子旋轉，其磁通如圖中虛線所示。自轉子的一個極發(fā)出來，經過空氣隙進入轉子

10、、另一個極（S極）構成回路。發(fā)電機轉子旋轉一周在定子繞組內感應的電動勢正好變化一次，所以電動勢每秒鐘變化的次數恰好等于磁極每秒鐘的旋轉次數。所以，當原動機帶動轉子旋轉時，就得到一個在空間按正弦規(guī)律分布的旋轉磁場。定子三相繞組在空間互差120O電角度。因此，三相感應電動勢在時間上也互差120O電角度，發(fā)電機發(fā)出的就是對稱三相交流電，即： 圖3-1-1 同步發(fā)電機工作原理圖 1定子鐵芯；2轉子；3集電環(huán) eA=Emsint eB=Emsin(t-120O) （3-1-1） eC=Emsin(t-240O) 感應電動勢的頻率取決于發(fā)電機磁極對數p和轉子轉速n。發(fā)電機轉子為一對磁極時，轉子旋轉一周，定

11、子繞組中的感應電動勢正好交變一次，即一個周期；假如發(fā)電機轉子有p對磁極時，轉子旋轉一周，感應電動勢就交變了p個周期。設轉子的轉速為n（r/min）則感應電動勢每秒鐘交變pn/60次，即感應電動勢的頻率為 f=pn/60 (Hz) （3-1-2） 式（3-1-2）表明，當同步發(fā)電機的極對數p、轉速n一定時，則定子繞組感應電動勢的頻率一定，即轉速與頻率保持不變的關系。 我國電力系統(tǒng)的標準頻率規(guī)定為50Hz，因此，當n=3000r/min時，發(fā)電機應為一對極；當n=1500r/min時，發(fā)電機應為兩對極，依次類推。 當同步發(fā)電機的三相繞組與負載接通時，對稱三相繞組中流過對稱三相電流，并產生一個旋轉磁

12、場（定子磁場），定子旋轉磁場的轉速n1=60f/p。即定子磁場與轉子磁場以相同的方向、相同的速度轉速旋轉，故稱為同步發(fā)電機。二、同步發(fā)電機的工作特性 同步發(fā)電機帶對稱負載運行時，主要有負載電流I、功率因數cos、端電壓Ú勵磁電流IL等幾個互相影響的變量，這些物理量每兩個量之間的關系，稱為同步發(fā)電機的運行特性。1、 空載特性圖3-1-2 步發(fā)電機的空載特性 ILE0 同步發(fā)電機的空載特性，是指發(fā)電機轉速等于額定轉速nN，定子繞組開路（I=0）時空載電動勢E0與勵磁電流IL的關系曲線，如圖3-1-2示。 由圖3-1-2可見，空載特性曲線與發(fā)電機磁路的磁化曲線相同?？蛰d特性是發(fā)電機的基本特

13、性之一，它表征了發(fā)電機磁路的飽和情 況，利用它可以求得同步發(fā)電機的參數，在實際生產中還可利用該 曲線判斷發(fā)電機的一些故障情況。例如，勵磁繞組有無匝間短路故 障情況。例如，勵磁繞組有無匝間短路故障，如果勵磁繞組有匝間短路，在相同的勵磁電流下，勵磁磁通勢減小，曲線下降。2、短路特性所謂短路特性，是指發(fā)電機在額定轉速下，定子三相繞組短路時，定子穩(wěn)態(tài)短路電流I與勵磁電流IL的關系曲線，即I=f(IL)如圖3-1-3。圖3-1-3 同步發(fā)電機 短路特性曲線 ILI在做短路特性試驗時，要先將發(fā)電機三相繞組的出線端短路。然后，維持轉速不變，增加勵磁，讀取勵磁電流及相應的定子電流值，直到定子電流I達到額定電流

14、值時為止，在試驗過程中，調整勵磁電流時不要往返調整。 在做短路特性試驗時，要先將發(fā)電機三相繞組的出線端短路。然后，維持轉速不變，增加勵磁，讀取勵磁電流及相應的定子電流值，直到定子電流達到額定電流值時為止，在試驗過程中，調整勵磁電流時不要往返調整。 短路試驗測得的短路特性曲線，不但可以用來求取同步發(fā)電機的重要參數：飽和的同步電抗與短路比。在實際工作中，也常用它來判斷勵磁繞組有無匝間短路等故障。顯然，勵磁繞組存在匝間短路時，因安匝數的減少，短路特性曲線是會降低的。3、負載特性123UNU圖3-1-5 同步發(fā)電機的外特性曲線1感性負載；2電阻性負載；3容性負載 負載特性是當轉速、定子電流為額定值，功

15、率因數cos=常數時，發(fā)電機電壓與勵磁電流之間的曲線，即U=f(IL)。如圖3-1-4所示為不同功率因數時的負載特性曲線。圖3-1-4 同步發(fā)電機的負載特性曲線cos=0; >0cos=0.8; >0cos=1.0; >0cos=0.8；<0E0=f(IL)cos=0；<0 當cos值不同，我們即可得到不同負荷種類的特性曲線。 用負載特性曲線、空載特性曲線、短路特性，可以測得發(fā)電機的基本參數，這是發(fā)電機設計、制造的主要技術數據。4、外特性圖3-1-6 同步發(fā)電機的調整特性曲線1感性負載；2電阻性負載；3容性負載123IINILNIL同步發(fā)電機的外特性，是指發(fā)電機在

16、額定轉速下，保持勵磁電流和功率因數不變時，端電壓U與負載電流I之間的關系曲線。圖3-1-5所示為發(fā)電機帶不同功率因數負載時的外特性曲線。曲線1為感性負載時的外特性曲線，它是隨I增大而下降的曲線，這是因為，當感性負載電流增加時，由于電樞磁場對轉子磁場呈去磁作用，同時漏抗壓降隨之增大，所以端電壓隨之下降；曲線2是純電阻負載時的外特性曲線，這是一條略有下降的曲線，這是因為， 當cos=1時，負載電流I仍滯后于E0，其電樞磁場也有去磁作用，但去磁程度較??；曲線3是容性負載時的外特性曲線，它是隨I增大而上升的曲線，這是因為，容性負載電流增加時，電樞磁場對轉子磁場呈助磁作用，電樞磁場的助磁作用隨電流增加而

17、增強，感應電動勢增大，所以端電壓隨之上升。5、調整特性圖3-1-7 同步發(fā)電機的簡化相量圖調整特性是指同步發(fā)電機在額定轉速下，端電壓和負載功率因數不變時，勵磁電流與負載電流的關系曲線，圖3-1-6是同步發(fā)電機在不同功率因數時的調整特性曲線。 圖中曲線1和曲線2分別是感性負載和電阻性負載時的調整特性，可見為保持發(fā)電機端電壓不變，隨著負載電流的增加，必須相應地增大勵磁電流，以補償負載電流所產生的電樞磁場的去磁作用。因此這兩種情況下的調整特性曲線都是上升的。而容性負載時，為了抵消電樞磁場的助磁作用，保證電壓不變，隨負載的增加，需要相應地減小勵磁電流，因此這種情況下的調整特性是下降的，如曲線3所示。6

18、、同步發(fā)電機并于無限大系統(tǒng)的功角特性 功角特性是指同步發(fā)電機接在電網上穩(wěn)態(tài)運行時，發(fā)電機的電磁功率與功角之間的關系。所謂功角是指發(fā)電機的空載電勢E0和端電壓U之間的相位角。由圖3-1-7所示同步發(fā)電機的相量圖可得 (3-1-3) 式中 PG發(fā)電機一相的電功率；U發(fā)電機的相電壓；發(fā)電機的相電流；E0發(fā)電機的空載電勢；Xd發(fā)電機的同步電抗；功率因數角；功角。P00圖3-1-8 同步發(fā)發(fā)電機的功角特性曲線式（3-1-3）表明，在發(fā)電機的端電壓及勵磁電流不變時，電磁功率PG的大小決定于角的大小。所以稱角為功角。電磁功率隨著功角的變化曲線，稱為功角特性曲線，如圖1-8所示。從功角特性曲線可知，同步發(fā)電機

19、的電磁功率PG與功角成正弦函數關系。當功角從零逐漸增加到90O時，電磁功率達到最大值，即 Pmax=E0U/Xd 當功角從90O繼續(xù)增加到180O時電磁功率隨功角的增加而減??；當>180O時，電磁功率由正變負，說明發(fā)電機不再向電網輸送有功功率，而從電網吸收有功功率，即電機從發(fā)電機運行狀態(tài)變成電動機或調相機運行狀態(tài)。功角是同步發(fā)電機運行的一個重要變量。它不僅決定了發(fā)電機輸出功率的大小，而且能表明電機的運行狀態(tài)。第四節(jié) 同步發(fā)電機的正常運行方式和調整操作一、同步發(fā)電機的正常情況下的運行 同步發(fā)電機的正常運行方式屬于允許長期連續(xù)的工作狀態(tài)。它的特點是：發(fā)電機的有功功率、無功功率、電壓、電流等都

20、在允許范圍以內，因而它是一種穩(wěn)定的、對稱的工作狀態(tài)。在正常情況下，300MW汽輪發(fā)電機組由于熱力參數高、能源消耗小,大部分時間都在額定負荷運行，也就是按機組的銘牌值運行。此時，發(fā)電機具有損耗小、效率高、轉矩均勻等性能。但是，由于電力系統(tǒng)的特點是連續(xù)供電和供需平衡，因而不可能所有機組在所有時段全部按額定工況運行。因此，當要求發(fā)電機的運行工況不符合額定要求時，電氣運行人員仍應保證機組的連續(xù)正常運行。 運行中的發(fā)電機工況通常發(fā)生如下的變化：1、功率因數不在額定值運行因為運行中發(fā)電機的有功、無功負荷是不可能始終不變的，所以功率因數也相應發(fā)生變化。功率因數的大小由運行的有功和無功負荷決定，即式中P-有功

21、功率； Q一無功功率；S-視在功率。圖3-1-9示出了發(fā)電機的有功功率P、無功功率Q和功率因數cos之間的關系 Q 0.85 Qe COS=0.7 0.9 P Pe 圖3-1-9 發(fā)電機有功P、無功Q和功率因數cos關系曲線由圖3-1-9可見，無功負荷越小，功率因數越高。發(fā)電機的額定功率因數一般為滯后085。最低值不作限制，但最高值則取決于機組和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在AVR投入且情況良好的情況下，一般可允許升高至遲相0.90.95(在經過高功率因數專門試驗證實且系統(tǒng)允許時，還可再適當提高)。在低功率因數運行時，應注意控制發(fā)電機的定、轉子電流不超過當時冷卻條件下所允許的數值。在高功率因數運行時，由

22、于發(fā)電機的電勢低，發(fā)電機的端電壓及靜態(tài)穩(wěn)定性下降，因此，必須加強監(jiān)視以避免發(fā)電機失步。2、發(fā)電機定子電流不在額定值 即使發(fā)電機運行在額定有功功率和功率因數情況下，由于電網電壓的不斷變化，發(fā)電機的定子電流也要發(fā)生變化。當定子電壓運行在額定值的95-105范圍內時，只要發(fā)電機各部位的溫度不超限，發(fā)電機可以按額定容量運行。例如當定子電壓為95額定值時，定子電流可升至105額定值。反之，定子電壓達額定值的105時，定子電流應相應降為額定值的95。但是如定子電壓低于額定值的95時， 則定子電流不允許超過額定值的105。也就是必須降低發(fā)電機的容量。因為發(fā)電機的額定容量為在容量不變的前提下，定子電流隨電壓的

23、降低而相應升高，電壓降低越多，電流也升高越大，實際上，在電壓降低5而電流升高5時，發(fā)電機的視在功率S已經略低于額定值，不難理解，定子繞組的承載能力不可能滿足電壓繼續(xù)下降時的電流相應升高。它理所當然地受到限制，也就是說，105額定定子電流值就是正常運行時允許的最高值。 事故情況下，允許發(fā)電機的定子繞組在短時間內過負荷運行。同時也允許轉子繞組相應過負荷。300MW機組的定子絕緣一般采用B級絕緣。其最高容許溫度為130，但具體應遵照制造廠的規(guī)定來執(zhí)行決定。發(fā)電機事故過負荷允許的時間應按制造廠規(guī)定執(zhí)行，無規(guī)定時，可參照表3-1-2所列值。表3-1-2 發(fā)電機事故過負荷允許的時間事故過負荷電流值/額定電

24、流值1.151.281.52.2事故過負荷允許時間（秒）120603010 事故過負荷運行時，應密切注意發(fā)電機各部位的溫度不超過規(guī)定值，否則應降低發(fā)電機負荷3、發(fā)電機定子電壓不在額定值 電力系統(tǒng)和發(fā)電機的端電壓因外界因素的變化而經常變化。如前所述，當發(fā)電機電壓在額定值的±5%范圍變化時，允許按額定容量長期運行。 當電壓過高時，可能引起轉子繞組溫度升高，如超過允許值則易造成絕緣損壞，使轉子端部繞組變形；也可能引起鐵芯溫度升高，使定子的結構部件產生局部高溫；甚至引起繞組匝間絕緣受損。當電壓過低時，降低了并列運行機組和電壓調節(jié)的穩(wěn)定性，同時，在同樣的功率下由于定干電流升高而引起定子繞組溫度

25、升高；對廠用電動機也有影響，如因過負荷發(fā)熱和機械力矩降低等。因此，發(fā)電機連續(xù)運行的最高電壓允許為額定值的105，最低電壓一般不得低于額定值的90，否則應考慮改變主變壓器分接頭的檔數，對廠用電壓也應采取措施，維持其正常運行。4、頻率偏離額定值由于汽輪機對頻率的要求較高，在頻率過低時，還要影響發(fā)電機本身的正常運行，如因通風效果降低使繞組和鐵芯溫度升高，因感應電勢下降而導致電流增加等。因此對頻率變動的規(guī)定為一般不超過±0.2赫茲，在頻率變動時，各發(fā)電廠應按系統(tǒng)要求和規(guī)定適當調整機組出力。如頻率過高或過低時，則應按事故處理規(guī)定進行處理。5、 同步發(fā)電機的進相運行 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，輸電

26、線路的電壓也越來越高，輸電線路越來越長，因此，線路對地電容越來越大，從而引起系統(tǒng)的電容電流及容性無功功率也越來越大。如果不能有效地吸收剩余的無功功率，就會使電力系統(tǒng)的電壓上升，甚至超過容許范圍。采用并聯電抗器和同步調相機來吸收剩余的無功功率，一是有一定的限度，二是增加了設備投資。因此，最好利用部分發(fā)電機進相運行以吸收過剩的無功功率并斷電壓調整。 發(fā)電機進相運行，從理論上分析是可行的，實際中一般要通過研究和運行試驗來決定，進相運行對發(fā)電機造成的影響主要有以下幾方面： 1.靜態(tài)穩(wěn)定性的降低:由于功角=90O時所對應的電磁功率是靜態(tài)穩(wěn)定理論上的最大值，也即靜態(tài)穩(wěn)定極限。當進相運行時，在輸出有功功率一

27、定的條件下，隨著勵磁電流的減少，角就要增大，向90O方向逐漸靠近，從而使靜態(tài)穩(wěn)定性降低。 2、端部漏磁的發(fā)熱：發(fā)電機端部的漏磁是由定子端部與轉子端部漏磁迭加而成的合成磁通。當發(fā)電機進相運行時，定子端部鐵芯、端部壓板以及轉子護環(huán)等部分，通過相當大的端部漏磁。由于轉子端部漏磁對定子有相對運動，所以在定子端部鐵芯齒部、壓板、壓指等部件中感應渦流，引起渦流損耗和磁滯損耗，從而使發(fā)電機端部發(fā)熱。 3、廠用電電壓的降低：廠用電通常引自發(fā)電機出口。發(fā)電機進相運行時，隨著發(fā)電機勵磁電流的降低，發(fā)電機無功功率的倒流，發(fā)電機端電壓降低，廠用電電壓會隨之降低。 發(fā)電機從遲相轉為進相運行時，靜態(tài)穩(wěn)定儲備下降，端部發(fā)熱

28、嚴重、廠用電電壓下降。這些影響都和發(fā)電機的出力密切相關。發(fā)電機在進相運行時，出力越大，靜態(tài)穩(wěn)定性能越差。在一定功率因數下，端部漏磁通約與發(fā)電機的出力成正比。因此，欲保持一定的靜態(tài)穩(wěn)定儲備和端部發(fā)熱為一定值，隨著進相程度的增大，出力應相應降低。發(fā)電機正常運行時，端電壓允許在額定值的正負5%范圍內變動，此時欲保持額定出力不變，定子電流可在額定值的正負5%范圍內變動，在這樣的范圍內變化，發(fā)電機定子和轉子溫度不會超過允許值。二、發(fā)電機運行中的調節(jié) 發(fā)電機運行中的調節(jié)對象包括有功負荷和無功負荷，目前機組采用的多是機爐電集中控制方式，即一臺鍋爐、一臺汽輪機、一臺發(fā)電機為一個獨立的系統(tǒng)，有功負荷的調節(jié)由機爐

29、協(xié)調完成，無功負荷的調節(jié)則由電氣部分完成。1.發(fā)電機運行中的調節(jié)原則（1）有功負荷：正常運行時，值長根據上級調度命令，通知運行人員相應調整燃料量、給水量、風量和汽機汽門開度。這一過程中運行人員要嚴密監(jiān)視電氣儀表，以保證發(fā)電機的正常運行。事故時，運行人員可根據具體情況直接進行有功負荷的調整。（2）無功負荷：正常情況下，運行人員根據電網給定的電壓曲線要求，通過改變AVR的工作點進行調節(jié)。事故時，根據事故處理要求進行調整。例如，發(fā)電機失步時應增加無功負荷，三相定子電流不平衡超過規(guī)定時降無功負荷等。2. 調節(jié)過程中的注意事項（1）調節(jié)過程中必須嚴密監(jiān)視表計的變化情況，要注意各參數不能超過允許值。（2）

30、調節(jié)幅度應控制得小一些，要注意被調參數的升降速度不能太大。三.發(fā)電機的起、停和運行中的維護 （一）發(fā)電機起動前的準備發(fā)電機安裝或檢修完畢，就可將其起動并投入運行。為了保證發(fā)電機的安全可靠，在起動前必須對有關設備和系統(tǒng)進行系列的檢查和試驗，只有當這些檢查、測量和試驗都合格時，方可起動機組。 1需要檢查的項目 (1)發(fā)電機、變壓器組及勵磁系統(tǒng)的一、二次回路的安裝或檢修工作終結后，在起動前應將工作票全部收回，詳細檢查各部分及其周圍清潔情況，各有關設備和儀表必須完好，短路線和接地線必須撤除，工作人員已撤離現場。 (2)檢查發(fā)電機組各部件之間是否安裝連接可靠，有無松動及不牢固的現象。 (3)檢查匯流管位

31、于機座下部進出水管法蘭處的接地片可靠接地。 (4)發(fā)電機通水前檢查水系統(tǒng)設備是否完好，水質的導電率、硬度、pH值是否達到要求。 (5)定子充水情況良好，壓力正常，無泄漏 (6)檢查主變壓器一切良好，符合起動條件 2需要測量的項目(1)在冷態(tài)下測量轉子繞組直流電阻和交流阻抗。 (2)測量定子繞組和轉子繞組的絕緣電阻，定子繞組絕緣電阻5M (2500V兆歐表)，轉子繞組絕緣電阻l M(500V兆歐表) (3)各有關一次設備絕緣測量均合格。 3需進行的試驗 (1)試驗發(fā)電機系統(tǒng)的所有信號正確。 (2)安裝、大修后，應檢查勵磁系統(tǒng)有關動、靜態(tài)試驗合格。 (3)做主斷路器、滅磁開關、勵磁系統(tǒng)各開關、6K

32、V廠用分支斷路器的跳、合閘試驗、聯動試驗及保護傳動試驗，均應合格。 (4)勵磁系統(tǒng)聯鎖試驗合格。 (5)定子水泵聯鎖試驗及斷水保護試驗合格。(6)安裝、大修后的發(fā)電機，應做水壓、定子水反沖洗及氣密試驗。4啟動前應完成的有關操作 (1)發(fā)電機氫、油、水系統(tǒng)投入，參數正常。在充氫過程中，應嚴格遵循中間氣體置換法。充氫的過程是：先用二氧化碳充滿氣體系統(tǒng)，以驅出空氣；再用氫氣充滿氣體系統(tǒng)，以驅出二氧化碳，從而將發(fā)電機轉換至氫氣冷卻狀態(tài)運行。反之，停機后，置換程序為氫氣一二氧化碳一空氣。采用中間氣體置換法可以防止在系統(tǒng)管道和機內氫氣與空氣直接接觸，從而保證了置換過程的安全。 (2)依據規(guī)程投退有關保護壓

33、板及熔斷器 (二)汽輪發(fā)電機的起動與升壓 1啟動 充氫后，當發(fā)電機內的氫純度和內冷凝結水水質、水溫、壓力及密封油壓等均符合規(guī)程規(guī)定，氣體冷卻器通水正常，高壓頂軸油壓大于規(guī)定值時，即可起動轉子，在轉速超過1200rmin時，可以停止頂軸。發(fā)電機開始轉動后，即應認為發(fā)電機及其全部設備均已帶電。 對安裝和檢修后第一次起動的機組，應緩慢升速并監(jiān)聽發(fā)電機的聲音，檢查軸承給油及振動情況，在確認無摩擦、碰撞之后，迅速增加轉速。在通過臨界轉速時，應注意軸承振動及集電環(huán)上碳刷是否有跳動、卡澀或接觸不良現象， 如無異常即可升至額定轉速3000rmin。 2升壓 當汽輪發(fā)電機升速至額定轉速且冷卻系統(tǒng)已投運的情況下，

34、就可以加勵磁升高發(fā)電機定子繞組電壓，升壓過程應平穩(wěn)緩慢進行。注意事項有： 1)升壓操作應緩慢、謹慎，并密切注視三相定子電流為零；此外，轉子電流、電壓及定子電壓應均勻上升。當定子電壓升至額定值后，應核對并記錄轉子額定空載勵磁電流、電壓值，這一數據在每次升壓至額定定子電壓時，通過對空載勵磁電流、電壓的核對分析比較，可以判斷發(fā)電機轉子繞組有無匝間短路現象。正常情況下，歷次數值相近，但如果發(fā)現空載電流升高，勵磁電壓下降時，必須查明原因。 2)及時測量發(fā)電機轉子勵磁回路有無接地現象。 待發(fā)電機升壓至額定值，并檢查一切正常后，即可進行并列操作 (三)發(fā)電機的并列并列操作是電力系統(tǒng)中很經常、很重要的一項操作

35、，必須認真對待，以便在并列操作以后，能很快達到同步運行的目的；如操作不正?；虬l(fā)生誤操作，將會對電力系統(tǒng)帶來極其嚴重的后果，可能發(fā)生巨大的沖擊電流，甚至比機端短路電流還大得多，會引起系統(tǒng)電壓嚴重下降，使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至瓦解。為了使并列操作后發(fā)電機迅速進入同步運行，一般采用準同期并列。 在實際操作過程中應符合下列規(guī)定： 1)發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓差不大于10額定電壓。 2)發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率差小于0.2Hz。 3)發(fā)電機與系統(tǒng)相位相同。 4)安裝或大修后的發(fā)電機還應檢查與系統(tǒng)的相序一致。 5)同步表轉動太快、跳動、停滯時禁止合閘。 6)同步表連續(xù)運行時間不應超過15min。 7)禁止其他同期回

36、路的操作。 (四)機組帶負荷 機組并網后，自動帶上15MW的負荷，之后負荷的升降依值長命令執(zhí)行。在變更機組有功負荷的時候，同時調整機組無功負荷，以控制發(fā)電機功率因數，增加有功由機爐協(xié)調裝置或DEH控制，電氣值班人員負責監(jiān)視有功、調整無功，以維持機端電壓。當負荷增至規(guī)定值時，且運行穩(wěn)定，應按值長命令倒廠用電。發(fā)電機增加負荷時，必須監(jiān)視發(fā)電機氫氣溫升、定子水溫、鐵芯溫度、繞組溫度及電刷勵磁裝置工作情況。當發(fā)電機加滿負荷時，應對發(fā)電機及二次回路作一次詳細檢查、接頭無發(fā)熱，電刷無跳動、冒火，引水管無抖動、無滲水及振動過大等現象。 (五)發(fā)電機解列停機在接到電力系統(tǒng)調度員命令以后，操作人員應按照值長命令

37、填寫操作票，經審核批準后執(zhí)行。在停機之前，應逐步降負荷，待負荷降至規(guī)定值時，將廠用電倒換至由起備變供電，在減有功負荷的同時，注意相應減少無功負荷，保持功率因數大于085(滯相)。對于正常停機，應在機組負荷降至15MW、無功降到接近零時，才能進行解列操作。解列后，拉開發(fā)電機出線隔離開關，停運主變及冷卻裝置，拉開主變中性點接地刀閘。在解列與機組停止轉動這一惰走時間內，定子的冷卻水系統(tǒng)應繼續(xù)運行，直到汽輪機完全停止轉動為止。對停用時間較長的發(fā)電機，應將定子繞組和定子端部冷卻元件中的存水全部放掉、吹干，冷卻水系統(tǒng)管道內的積水也應放掉，并注意使發(fā)電機各部分的溫度不低于+5，以防止凍壞設備。 停機之后，若

38、要將機內氫氣置換為空氣，應采用中間氣體置換法，以保證安全。若短時停機，機內仍有氫氣壓力，則應保持密封油系統(tǒng)繼續(xù)運行；對于發(fā)電機已運行兩個月以上的停機，應對發(fā)電機的水回路進行反沖洗，以確保水回路通暢。 解列之后，還應根據操作票做好相應的安全措施。 (六)汽輪發(fā)電機運行中的檢查和維護 1.對發(fā)電機的一般檢查與維護： 1)發(fā)電機正常運行時，定子冷卻水質、進水壓力溫度、氫壓必須符合參數規(guī)定值；其振動值，在額定轉速時，軸承座三方面(水平、軸向、垂直)允許值小于0.025mm。 2)發(fā)電機絕緣電阻應符合規(guī)定值，定子繞組在無存水且干燥后接近工作溫度時，其對地和相間絕緣電阻應5 M(2500V兆歐表測量)；轉

39、子繞組冷卻狀態(tài)絕緣電阻應1M (500V兆歐表測量)，各電阻檢慍計冷態(tài)絕緣電阻應5M(2500V兆歐表測量)；定子匯流管及定子出線進水管絕緣電阻，無存水時100k(1000V兆歐表測量),通水時30k(用1000V兆歐表測量)；勵端軸承油密封，內外擋油蓋絕緣電阻應)1M(用1000V兆歐表測量)。 3)嚴密監(jiān)視運行中發(fā)電機的各種表計，如電壓、電流、周波、各種溫升等不得超過規(guī)定值，每小時應記錄一次發(fā)電機的工況參數，如有計算機打印值，可與之對照。如果發(fā)現個別溫度測點顯示異常，應對這個部位溫度加強監(jiān)視，縮短其記錄間隔時間。 4)察看發(fā)電機各部，應無異狀、異音、無焦味、放電、火星、臭味、滲水、漏水及結

40、露等，用手拭觸發(fā)電機無異常振動、過熱等。 5)監(jiān)視發(fā)電機嚴格按規(guī)定負荷運行。 2.對發(fā)電機水冷系統(tǒng)的檢查與維護： 1)定期檢查定子冷卻水系統(tǒng)的水箱水位、水質導電率。例如：在運行中發(fā)現定子繞組漏水，應盡快停機檢查；若發(fā)現冷卻水量減少，要密切監(jiān)視定子繞組的溫升是否超過允許值，如未超過則仍可繼續(xù)運行。 1)氫氣冷卻器進水溫度應在2033度之間，出水溫度38，進水壓力在0.10.2MPa之間。一臺氫氣冷卻器停用時，發(fā)電機可帶80%額定負荷。 3)應密切監(jiān)視定子冷卻水的流量，進出水溫度、壓力和進出水溫差等，如有異常，應立即檢查進出水溫度，不得超過允許值。 3.對供氣系統(tǒng)的檢查和維護： 1)對氣體質量進行

41、經常性的監(jiān)視，應以氫氣純度指示儀和差壓表的指示為根據，要求機內氫氣純度97，低于此值時，應進行排污和補氫，以恢復氫氣純度。在一定的轉速下，氫冷發(fā)電機風扇前后的壓差與冷卻氣體的密度成正比。如果冷卻氣體的壓力和溫度不變，則當氣體的含氫量降低時，氣體的密度就會增加，此時差壓表所指示的壓差亦增加。 2)運行中應維持氫壓在額定值，若發(fā)現運行中氫壓有所降低，應查明原因，必要時手動補氫。 3)保持冷氫溫度在3046之間。 4.對軸密封的檢查與維護： 1)當發(fā)電機充滿氫氣時，應監(jiān)視密封瓦中的供油連續(xù)不中斷。 2)油密封壓力表指示正常，油的流量正常，回油溫度70。 3)主油箱上的排煙風機必須經常投入運行，定期檢

42、查出油管和主油箱中氫氣含量，氫氣含量大于2時，應查明原因，加以消除。 5.對集電環(huán)和電刷的檢查與維護：集電環(huán)與電刷的檢查與維護由運行人員負責，其內容主要有以下幾項： 1)檢查電刷在刷框內有無搖動或卡澀現象，接觸是否良好，有無發(fā)熱和冒火情況。 2)各電刷的電流分但是否均勻，電刷和連線是否過熱。 3)按照電刷的磨損程度，調整電刷的壓力。 4)發(fā)電機停車后，必須清理集電環(huán)的通風孔，因為這些孔會逐漸被灰塵阻塞而失去通風作用。 5)應定期用干布擦拭集電環(huán)及其周圍零件，因為如果碳粉弄臟了集電環(huán)表面會降低轉子的絕緣電阻。 6)檢查集電環(huán)時，可順序將其由刷框內抽出。一般情況下更換電刷時，在同一時間內，每個刷架

43、上只許換一個電刷，換上的電劇需先研磨良好，且新舊牌號應一致。 7)為了使滑環(huán)磨損均勻，在23個月內必須更換一次集電環(huán)的極性。 發(fā)電機運行中，在勵磁回路上進行調整工作時，工作人員應站在絕緣墊上，并應穿絕緣靴，將衣袖扎緊，切不可戴手套，工作時應有專人在場監(jiān)護。 6發(fā)電機正常運行時的一些技術要求： 1).氫氣濕度4g/m3(額定氫壓下)；冷卻器進水溫度33，出風溫度為3046。 2)定子繞組冷卻水水質要求：導電率(20)為0.51.5Scm，酸堿度為6.58，硬度2gNl允許攢量氨(NH3)，定子繞組進水溫度45±3。 3)發(fā)電機不允許用空氣冷卻運行。在油密封和氫氣冷卻器投入運行的情況下，

44、允許短時間空氣冷卻無勵磁空轉，作機械檢查 4)最大連續(xù)出力時：氫壓o，3Mpa（表壓）；氫氣冷卻器進水溫度20，廠房環(huán)境溫度30以下。第二章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)第一節(jié) 概 述同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調節(jié)器兩個部分組成，如圖所示： 圖3-2-1 勵磁原理圖勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉子提供直流電流，即勵磁電流，勵磁調節(jié)器根據輸入信號和給定的調節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構成的一個反饋控制系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在正常運行時，發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間無功功率的分配。因此，勵磁控制系統(tǒng)的任務主要有以下幾個

45、方面：1在正常運行條件下，供給同步發(fā)電機的勵磁電流，并根據發(fā)電機所帶負荷的情況，相應地調整勵磁電流，以維持發(fā)電機機端電壓在給定水平上；2使并列運行的各同步發(fā)電機所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理地分配；3增加并入電網運行的同步電機的阻尼轉矩，以提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性及輸電線路的有功功率傳輸能力；4在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成發(fā)電機機端電壓嚴重下降時，進行強勵，將勵磁電流迅速增到足夠的頂值，以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；5在同步發(fā)電機突然解列，甩掉負荷時，進行強減，將勵磁電流迅速降到安全數值，以防止發(fā)電機電壓的過分升高；6在發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時，進行快速滅磁，將勵磁電流迅速減到零值以減小故障損壞程度；

46、.在不同運行工況下，根據要求對發(fā)電機實行過勵磁限制和欠勵磁限制，以確保同步發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。為了很好地完成上述各項任務，勵磁系統(tǒng)應滿足以下基本要求： （一） 對功能方面的要求： 1. 應具備能穩(wěn)定和調節(jié)機端電壓的功能； 2. 應具備能合理分配或轉移機組間的無功功率的功能； 3. 能迅速反映本系統(tǒng)故障，并有必要的勵磁限制、滅磁及自我保護功能； 4. 能迅速反應電力系統(tǒng)故障，具備強勵等控制功能以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善電力系統(tǒng)運行條件。（二） 對性能方面的要求： 1.具有足夠的調節(jié)容量，以滿足各種運行工況要求。 2.具有足夠的勵磁頂值電壓、勵磁頂值電流及電壓上升速度。勵磁頂值電壓和勵磁頂值電

47、流是指勵磁功率單元在強行勵磁時，可能提供的最高輸出電壓值和電流值，該值與額定工況下的勵磁電壓、勵磁電流之比為強勵倍數；將強勵動作后勵磁電壓在最初0.5S內上升的平均速率定義為勵磁電壓響應比，它是衡量勵磁單元動態(tài)行為的一項指標，運行要求勵磁系統(tǒng)應有較高的強勵倍數和快速的響應能力，以滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件的需要。3.應運行穩(wěn)定、調節(jié)平滑及有足夠的電壓調節(jié)精度。 4.反應靈敏、迅速，時間常數小，無失靈區(qū)。 5.運行可靠，維護方便。第二節(jié) 同步發(fā)電機組主要勵磁方式對300MW火電機組勵磁方式通常采用他勵交流勵磁機系統(tǒng)、自勵或自復勵靜止式勵磁系統(tǒng)。 一、他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)通

48、常稱為三機勵磁方式，其勵磁功率電源取自發(fā)電機以外的獨立的并與其同軸旋轉的交流勵磁機，故稱之為他勵。他勵交流勵磁機系統(tǒng)按功率整流器是靜止還是旋轉可分為他勵交流勵磁機靜止整流器勵磁方式（有刷）和他勵交流勵磁機旋轉整流器勵磁方式（無刷），如圖所示。 圖3-2-2 交流勵磁機靜止硅整流器勵磁系統(tǒng)原理圖圖3-2-3 交流勵磁機旋轉整流器勵磁系統(tǒng)原理圖在他勵交流勵磁機靜止整流器勵磁方式中，交流副勵磁機（永磁機）輸出電壓經可控硅整流后給主勵磁機勵磁，而交流主勵磁機輸出電壓經靜止的硅整橋整流后通過電刷和滑環(huán)給發(fā)電機勵磁。隨著發(fā)電機運行參量的變化勵磁調節(jié)器（AVR）自動地改變交流勵磁機勵磁回路中可控硅的控制角，

49、以改變交流勵磁機的磁場電流，改變交流勵磁機的輸出電壓，達到調節(jié)發(fā)電機電壓的目的。為減少勵磁系統(tǒng)時間常數，加快系統(tǒng)的響應，通常將交流勵磁機和副勵磁機的頻率設計得高些，以減小其勵磁繞組的電感及時間常數，交流勵磁機頻率一般為100HZ，副勵磁機的頻率一般為400500HZ。 該勵磁方式勵磁電源可靠，不受電力系統(tǒng)和發(fā)電機端短路故障的影響，且勵磁機的容量不受限制。但同步發(fā)電機的勵磁電流必須通過轉子滑環(huán)和電刷引入轉子勵磁繞組，目前由于炭刷材料和壓力的影響，當勵磁電流超過800010000A時，就要取消滑環(huán)和電刷，即采用無刷勵磁系統(tǒng)。 無刷勵磁系統(tǒng)中交流勵磁機的交流繞組和整流設備隨同主軸旋轉，而其直流繞組（

50、勵磁繞組）則是靜止的，亦即他勵交流勵磁機旋轉整流器勵磁系統(tǒng)，其優(yōu)點是省去了炭刷的維護工作，此系統(tǒng)適用于不同容量的發(fā)電機，但也存在旋轉部分整流器設備強度要求高，轉子電流、電壓、溫度和絕緣不便測量，控制以及滅磁不便的缺點。 值得注意的是三機勵磁系統(tǒng)存在以下主要問題： 1.旋轉部件多，出故障的幾率高。 2.機組軸系長，軸承座多，運行時軸振和瓦振值較大甚至超標，對軸系穩(wěn)定和機組安全運行不利。 3.機械設備多，時間常數大。4.廠房占地大，造價高。二、自勵或自復勵勵磁系統(tǒng)（靜止勵磁）自勵系統(tǒng)的基本特點是勵磁電源取自發(fā)電機自身，經勵磁變壓器（或勵磁變流器）供給靜止整流裝置，整個勵磁裝置沒有旋轉部分，因此又稱

51、為靜態(tài)勵磁，靜態(tài)勵磁方式根據勵磁電源單獨取發(fā)電機電壓或電流或同時取發(fā)電機電壓和電流不同分為自并勵、自串勵和自復勵。如圖所示為三種典型的靜態(tài)勵磁方式。 圖3-2-4 自并勵靜止可控硅勵磁系統(tǒng) 圖3-2-5 交流側串聯自復勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)圖3-2-6 直流側并聯自復勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)靜態(tài)勵磁方式中最具代表最簡單的是自并勵勵磁方式，其勵磁電源取自發(fā)電機電壓，經靜止的勵磁變壓器及靜止的可控整流器供給發(fā)電機轉子繞組勵磁，該勵磁方式由于沒有旋轉部件，減小了機組軸系長度，因而結構簡單，可靠性高，軸系穩(wěn)定性好，勵磁響應快，機組占地少，但也存在機組短路時不能提供強勵，影響繼電保護的正確動作和暫態(tài)穩(wěn)定性的缺點。但近年來

52、由于繼電保護的完善和發(fā)展，動作速度加快，因此自并勵勵磁方式與繼電保護的配合方面除發(fā)電機后備保護需改進外，已不影響繼電保護的正確動作，也由于短路時間短，發(fā)電機端電壓恢復較快，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的廣泛應用，使得自并勵勵磁系統(tǒng)的暫、靜態(tài)穩(wěn)定性已相當于或高于強勵倍數相同的他勵交流勵勵磁方式勵磁系統(tǒng)。因此靜態(tài)勵磁方式已趨成熟，并開始廣泛應用，八、九十年代我國主力火電機組勵磁方式基本上是三機勵磁系統(tǒng)，而近年來則大量采用靜態(tài)勵磁方式。本章我們將以襄樊電廠300MW機組勵磁系統(tǒng)（三機勵磁系統(tǒng)）和益陽電廠300MW機組勵磁系統(tǒng)（靜態(tài)勵磁方式）為例，對三機勵磁系統(tǒng)和靜態(tài)勵磁系統(tǒng)進行詳細介紹。第三節(jié) 整流

53、電路 在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中通常采用不可控橋式整流回路和可控晶閘管組成的橋式整流回路，在三機勵磁系統(tǒng)中整流回路將主勵磁機（或副勵磁機）輸出的交流電轉換為直流電，作為發(fā)電機（或勵磁機）勵磁電流，在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中將勵磁變壓器（或變流器）輸出的交流電轉換為直流電，作為發(fā)電機勵磁電流。 （一）不可控橋式整流回路具體接線及工作原理不可控整流橋具體接線如圖3-2-7，A、B、C三相輸入正弦交流電，經整流回路后，從4、5兩端輸出直流電，直流輸入輸出電壓波形如圖3-2-8所示，輸出直流電壓均值為： （E1為交流側線電壓有效值）。（二）可控橋式整流回路具體接線及工作原理 利用晶閘管的可控單向導電特性構成的三相橋式全控整流電路如圖3-2-9。晶閘管（可控硅）在承受正向電壓，且具有控制角為的正向脈沖觸發(fā)時才會導通，在同一交流輸入電壓作用下，通過改變施加正向脈沖的時機來改變輸出直流平均電壓的大小和方向，起到可控直流電源的作用。觸發(fā)脈沖的順序是T1-T2-T3