3.2同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值ppt課件

1、大型發(fā)電機與變壓器運行大型發(fā)電機與變壓器運行主講教師：武玉才主講教師：武玉才郵箱：郵箱：wuyucaincepu1631l了解大型發(fā)電機及變壓器運行的基本情況l掌握同步發(fā)電機正常運行的概念及運行特性l掌握同步發(fā)電機非正常運行的原因、現(xiàn)象及危害l掌握同步發(fā)電機的不對稱運行、異步運行的分析方法l掌握同步發(fā)電機的進相運行、過勵磁運行時的運行性能l了解汽輪發(fā)電機扭動穩(wěn)定、扭動振蕩及次同步諧振的概念l了解變壓器的冷卻系統(tǒng)及發(fā)熱計算。l了解變壓器的絕緣老化及過負荷能力的確定依據(jù)l掌握自耦變壓器的特點及運行方式l了解分裂繞組變壓器的特點l掌握三繞組變壓器并聯(lián)運行的分析方法l了解變壓器的常見故障與故障檢測技術(shù)

2、本課程的教學(xué)內(nèi)容2本章所討論的內(nèi)容：本章所討論的內(nèi)容：介紹同步發(fā)電機參數(shù)的特點，以及對系統(tǒng)運行介紹同步發(fā)電機參數(shù)的特點，以及對系統(tǒng)運行的影響的影響根據(jù)發(fā)熱限度，通過根據(jù)發(fā)熱限度，通過PQ圖和相量圖，分析圖和相量圖，分析發(fā)電機在不同情況下的容許負荷發(fā)電機在不同情況下的容許負荷結(jié)合大系統(tǒng)、大機組的特點，分析發(fā)電機正常結(jié)合大系統(tǒng)、大機組的特點，分析發(fā)電機正常運行、運行、 非正常運行、特殊運行方式包括非正常運行、特殊運行方式包括進相運行、過勵磁等的性能進相運行、過勵磁等的性能介紹汽輪發(fā)電機軸系扭振和次同步諧振的概念，介紹汽輪發(fā)電機軸系扭振和次同步諧振的概念，發(fā)電機故障診斷技術(shù)發(fā)電機故障診斷技術(shù)1 1同

3、步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 31.1 同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1X、Y、Z引出線；2電流互感器；3A、B、C引出線；4永磁副勵磁機；5主勵磁機；6勵磁機軸承；7出線盒；8汽體冷卻器；9碳刷架隔音罩；10端部；11機殼；12測溫引線盒； 一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)圖1-1 QFSN3002型汽輪發(fā)電機組側(cè)視圖 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 41)定子結(jié)構(gòu)：機座、定子鐵心、端蓋、定子繞組及氫氣冷卻器。2)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、護環(huán)、滑環(huán)及風(fēng)扇等。 一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)一、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 5二、同

4、步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值二、同步發(fā)電機的參數(shù)及其額定值1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 型號型號QFSN-300-2-20QFSN-300-2QFSN-300-2QFS-300-2QFSN-300-2生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家東方電機廠哈爾濱電機廠上海電機廠上海電機廠上海電機廠額定功率額定功率300MW300MW300MW300MW300MW額定電壓額定電壓20KV20KV20KV18KV20KV額定電流額定電流10190A10190A10190A11320A10190A額定功率額定功率因數(shù)因數(shù)0.850.850.850.850.85額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速3000r/m3000r/m3000r/m300

5、0r/m3000r/m額定氫壓額定氫壓0.3MPa0.3MPa0.31MPa0.2Mpa(水壓)0.4Mpa效率效率98.898.8298.898.6198.6短路比短路比0.5560.6560.50.470.5冷卻方式冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水水空氫氫氫62. 2. 運行參數(shù)不同于額定參數(shù)時發(fā)電機的運行運行參數(shù)不同于額定參數(shù)時發(fā)電機的運行 發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定了運行時發(fā)電機的端電壓、運行頻率、冷卻介質(zhì)溫度的容許變化范圍。同時也規(guī)定了各個運行參數(shù)不同于額定值時，發(fā)電機的容許出力或容許電流。 (參照耒陽電廠300MW機組電氣運行規(guī)程)規(guī)定的原則： 在運行中不要發(fā)生電氣損壞、機械故障和縮短壽命，即

6、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯溫度都不超過容許值，各部分產(chǎn)生的應(yīng)力都不超過容許限度等。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 71 1冷卻介質(zhì)不同于額定值時對容量的影響冷卻介質(zhì)不同于額定值時對容量的影響1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 81 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 91 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 101 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 111 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 12分析：發(fā)電機定子繞組的溫度 由幾部分決定：1冷卻介質(zhì)的溫度 ；2通風(fēng)摩擦損耗而引起的溫升 ；3鐵耗引起的溫升 ；4銅耗引起的溫升 。s0ftFetCut220)()(NNCuNNFeNf

7、sIItUUtt（11）1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 假定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，可認為通風(fēng)損耗保持不變，鐵耗與電壓平方成正比，銅耗與電流平方成正比。 運行中的發(fā)電機，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時，其容許負荷可隨冷卻介質(zhì)溫度變化而增減。決定容許負荷的原則：定、轉(zhuǎn)子繞組溫度都不超過容許值。 13 在額定狀態(tài)時，即額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定冷卻介質(zhì)溫度時（12）0NsNNfNFeNCuttt 假定冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值，發(fā)電機在額定電壓下運行，根據(jù)定子繞組溫度不超過 的原則，令式(11)中 ， ，由式(1-2)減式(1-1)，則得發(fā)電機的電流容許倍數(shù)為 NssNsNUU 00NCuNNN

8、CutIIt（13）1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 14轉(zhuǎn)子繞組的溫度（14）式中: 轉(zhuǎn)子繞組的溫度； 周圍介質(zhì)的溫度； 轉(zhuǎn)子繞組在額定負荷時的溫升； 轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子額定電流之比。 20)(NrrNrrIItr0Nrt)(NrrII 冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時，轉(zhuǎn)子繞組的溫度也要發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子繞組溫度不超過額定值的轉(zhuǎn)子容許負荷由下式?jīng)Q定，即（15）0rNrNrNrIIt1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 15例：以某一臺發(fā)電機為例，定子繞組用瀝青云母絕緣， =105， =40， =25， =40。轉(zhuǎn)子繞組用B級絕緣， =130， =90，將上列數(shù)值代入式(1-3)和式(1-5)，求

9、得不同冷卻介質(zhì)溫度下定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù)，列于表1-2。 NS0NNFetNCutNrNrt表1-2不同冷卻介質(zhì)溫度時發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子電流容許倍數(shù) （）202030304040505060601.221.221.221.221.001.000.870.870.710.711.111.111.051.051.001.000.950.950.880.880NIINrrII1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 1620304050600.80.70.91.01.11.2轉(zhuǎn)子定子)( co,NIIrIINr圖1-2 冷卻介質(zhì)變化時的容許出力 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 17結(jié)論：結(jié)論：

10、當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度高于額定值時，應(yīng)降低的定子電流倍數(shù)比轉(zhuǎn)當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度高于額定值時，應(yīng)降低的定子電流倍數(shù)比轉(zhuǎn)子電流為多，所以應(yīng)按定子電流限制來減小出力，轉(zhuǎn)子繞組子電流為多，所以應(yīng)按定子電流限制來減小出力，轉(zhuǎn)子繞組溫度此時不會超過容許值；溫度此時不會超過容許值；當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度低于額定值時當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度低于額定值時, ,定子電流可以提高的倍數(shù)比轉(zhuǎn)定子電流可以提高的倍數(shù)比轉(zhuǎn)子多，所以應(yīng)按轉(zhuǎn)子電流容許增大的倍數(shù)來提高出力，此時子多，所以應(yīng)按轉(zhuǎn)子電流容許增大的倍數(shù)來提高出力，此時定子繞組溫度不會超過容許值。定子繞組溫度不會超過容許值。雖然各臺發(fā)電機的溫升數(shù)據(jù)不盡相同，但圖雖然各臺發(fā)電機的溫升數(shù)據(jù)不盡相同，但

11、圖1-21-2所表明的基本所表明的基本特性，即冷卻介質(zhì)溫度比額定值每低特性，即冷卻介質(zhì)溫度比額定值每低11所能增加的電流倍數(shù)，所能增加的電流倍數(shù)，較之冷卻介質(zhì)比額定值每高較之冷卻介質(zhì)比額定值每高11所應(yīng)降低的電流倍數(shù)小。這個所應(yīng)降低的電流倍數(shù)小。這個原則對一般外冷發(fā)電機都適用。發(fā)電機運行規(guī)程中規(guī)定的電原則對一般外冷發(fā)電機都適用。發(fā)電機運行規(guī)程中規(guī)定的電流容許變化便是依據(jù)這一原則確定的。不過規(guī)程從普遍安全流容許變化便是依據(jù)這一原則確定的。不過規(guī)程從普遍安全考慮，規(guī)定的數(shù)據(jù)較嚴?？紤]，規(guī)定的數(shù)據(jù)較嚴。 對于具體某臺發(fā)電機，可以根據(jù)其溫升試驗曲線，計算對于具體某臺發(fā)電機，可以根據(jù)其溫升試驗曲線，計算

12、出在不同冷卻介質(zhì)溫度出在不同冷卻介質(zhì)溫度( (進口氣溫進口氣溫) )下的容許電流值。下的容許電流值。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 182)端電壓不同于額定值時發(fā)電機的運行端電壓不同于額定值時發(fā)電機的運行 發(fā)電機正常運行的端電壓，容許在額定電壓5%范圍內(nèi)變動，此時發(fā)電機可保持額定出力不變。當(dāng)定子電壓降低5%時，定子電流可增加5%；當(dāng)電壓升高5%時，電流也就降低5%。在這樣的變化范圍內(nèi)，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的溫度不會超過容許值。 當(dāng)電壓低于95%以下運行時，定子電流不應(yīng)超過額定值的5%，此時，發(fā)電機要降低出力，否則，定子繞組的溫度要超過容許值。 發(fā)電機運行電壓的下限，可根據(jù)穩(wěn)定要求確定，一

13、般不應(yīng)低于額定值的90。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 19 發(fā)電機運行電壓高于額定值，升高到105以上時其出力須相應(yīng)降低。因為電壓升高，鐵芯內(nèi)磁密度增加，鐵耗增加，引起鐵芯溫度和定子繞組溫度增高。除此之外電壓增高，如維持有功出力不變，就要增加勵磁電流，致使轉(zhuǎn)子繞組的溫度超過容許限度。 發(fā)電機運行的最高容許電壓，應(yīng)遵照制造廠的規(guī)定，最高值不得超過額定值的110。 現(xiàn)代大容量發(fā)電機，都是按相當(dāng)高的飽和程度設(shè)計的，當(dāng)運行電壓超過510時。就會由于過度飽和，定子旋轉(zhuǎn)磁場的漏磁部分大大增加，使定子本體機架回路感應(yīng)出很大電流(有時可達幾萬安)，在機架的一些接縫處造成局部發(fā)熱，甚至引起火花，使機

14、器損壞。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 203)3)運行頻率不同于額定值時發(fā)電機的運行運行頻率不同于額定值時發(fā)電機的運行 按照規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機運行頻率容許變動范圍是0.5Hz。 運行頻率比額定值高時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子承受的離心力增大，可能使轉(zhuǎn)子某些部件損壞，因此頻率增高主要是受轉(zhuǎn)子機械強度的限制。同時，頻率增高，轉(zhuǎn)速增加，通風(fēng)摩擦損耗也要增大，雖然在一定電壓下，磁通可以小些，鐵耗也可能有所降低，但總的來說，此時發(fā)電機的效率是下降的。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 21 運行頻率比額定值低，也有很多不利影響。例如頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，使兩端風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量降低，其后果使發(fā)電機的

15、冷卻條件變壞，各部分溫度升高。 頻率降低，為了維持額定電壓不變，就得增加磁通，如同電壓增高時的情況一樣，由于漏磁增加會產(chǎn)生局部過熱。頻率降低還可能使汽輪機葉片損壞，廠用電動機也可能由于頻率下降，使廠用機械出力受到嚴重影響。 由于上述原因，不希望發(fā)電機頻率在偏離額定值的情況節(jié)運行。在系統(tǒng)運行頻率變化0.5Hz的容許范圍內(nèi)，由于設(shè)計有裕度，可不計上述影響，容許保持額定出力不變。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 224 4功率因數(shù)不同于額定值時發(fā)電機的運行功率因數(shù)不同于額定值時發(fā)電機的運行 發(fā)電機容許在不同的功率因數(shù)下運行，但受下列條件的限制。 1)高于額定功率因數(shù)時，定子電流不應(yīng)超過容許值。

16、 2)低于額定功率因數(shù)時，轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過容許值。 3)在進相功率因數(shù)運行時，應(yīng)受到穩(wěn)定極限的限制。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 23三、大型同步發(fā)電機參數(shù)的特點和發(fā)展趨勢三、大型同步發(fā)電機參數(shù)的特點和發(fā)展趨勢 大型發(fā)電機的參數(shù)與中、小型發(fā)電機有很多不同之處，汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機也有所不同。 由于大型發(fā)電機有效材料利用率提高，采用的是直接冷卻系統(tǒng)，所以總的趨勢是阻抗增大，機械時間常數(shù)降低。這可解釋如下: 從電機理論中可知 BAxd式中：A線負荷； 極距； B氣隙磁密； 氣隙長度。 （16）孫麗玲制作1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 24 從式1-6可以看出，機組的阻抗與線負

17、荷成正比，而與氣隙長度成反比。氣隙長度越大，磁導(dǎo)和阻抗越小。但是長度如果增大，轉(zhuǎn)子繞組中的磁通勢就要增加，轉(zhuǎn)子繞組中的電流和匝數(shù)要相應(yīng)增大。這樣，會促使轉(zhuǎn)子重量和價格增加。所以，從簡化電機結(jié)構(gòu)出發(fā)，都希望選取較小的氣隙。 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 大型機組的特點是：氣隙磁密受到飽和限制，不能選擇過大，同時線負荷較大，所以大型機組的xd值顯得較大。 對于同容量的汽輪發(fā)電機組和水輪發(fā)電機組，雖然汽輪發(fā)電機的氣隙較大，但它的線負荷和極距都較大，所以汽輪發(fā)電機的xd值(0.92.0)仍較水輪發(fā)電機的均值(0.71.6)大。25 暫態(tài)阻抗 和次暫態(tài)阻抗 值，由轉(zhuǎn)子和定子的漏磁通決定，次暫態(tài)

18、阻抗還決定于阻尼繞組的漏磁通。大型機組中由于A值較大，漏磁通也較大，所以 和 值也要增大。 同容量的汽輪發(fā)電機的漏磁系數(shù)和漏磁路徑較水輪發(fā)電機小，極距比水輪發(fā)電機大，汽輪發(fā)電機的 值(0.140.34)較水輪發(fā)電機的 值(0.20.5)小。 dxdxdxdx dx dx1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 261 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 同步電機定子非周期電流衰減時間常數(shù): aarxT2（17）式中: ra為定子繞組的有效電阻，x2為電機的負序電抗，為角頻率。 同容量的汽輪發(fā)電機的 、 值較水輪發(fā)電機稍小，但它的ra值遠較水輪發(fā)電機的值小，所以汽輪發(fā)電機的Ta值(0.020.5s

19、)比水輪發(fā)電機的Ta值(0.030.35s)稍大。dxdx 27 大型機組的 ， 和 值與阻抗及電阻有關(guān)，雖然阻抗值稍大，但由于加強冷卻，采用的電流密度較大，所以電阻值遠較一般機組大， ， 和 的數(shù)值顯得較小。 dTdTdT dT aT 機械時間常數(shù)Tm與轉(zhuǎn)動慣量J及轉(zhuǎn)速n的平方成正比，而與容量成反比。同容量水輪發(fā)電機的J、n值較汽輪發(fā)電機大，所以水輪發(fā)電機的Tm值(510s)較汽輪發(fā)電機的Tm值(34s)大。 大型機組的機械時間常數(shù)隨著單機容量的增大而減小，由于加強了冷卻，大型機組的轉(zhuǎn)動慣量幾乎沒有多大變化。1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 aT282.2.阻抗增大和時間常數(shù)減小對電力系統(tǒng)運行的影響阻抗增大和時間常數(shù)減小對電力系統(tǒng)運行的影響 阻抗增大將使系統(tǒng)中短路電流減小(雖然絕對值仍很大)，這是有利因素。但在沒有勵磁控制(包括自動電壓調(diào)節(jié)器)的情況下，阻抗增大，機械時間常數(shù)減小，將使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。例如，單機對無窮大容量系統(tǒng)中，發(fā)電機的靜穩(wěn)定極限功率: 1 1同步發(fā)電機的運行同步發(fā)電機的運行 sdqxxUEPmax式中