发电机运行课件

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1、,同步发电机的运行,任涛 2014.8 威海,同步发电机的运行,一、同步发电机原理概述 二、发电机的正常监视 三、发电机的正常运行 四、发电机非正常运行 五、发电机运行特性,一、同步发电机原理概述,同步发电机的工作原理（加动画） 图示，在同步发电机的定子铁芯内，对称地安放着A-X、B-Y、C-Z三相绕组。每相绕组匝数相等，三相绕组的轴线在空间互差120电角度。 在同步发电机的转子上装有励磁绕组，直流电通过时会产生主磁场，其磁通如图中虚线所示。磁极的形状决定了气隙磁密在空间基本上按正弦规律分布。所以，当原动机带动转子旋转时，就得到一个在空间按正弦规律分布的旋转磁场。定子导线固定不动，旋转磁场磁力

2、线切割定子导线时，导线内感应产生了电动势e，如右图,二、发电机的正常监视,1、正常运行监视项目（电气量、非电量 ） 1.1、非电量： 1.1.1、氢温、氢压、氢纯、湿度 1.1.2、内冷水压、温度、流量 1.1.3、各部温度：定子线棒、层间温度（如果存在温差说明堵塞或泄漏）、定子铁芯温度 1.1.4、漏水、局放、微正压装置、轴承温度、振动 注意：温升的意义，一方面过低的温升可能是冷却介质短路；另一方面温升上限反应发热密度与冷却能力的极限。,1.2、电气量 1.2.1、电压：电压变化范围为5%，最高不超过10% 电压过高磁密增加，增加铁损。 1.2.2、电流： 1）当发电机的电压低于额定值的95

3、%时，定子电流长期运行时不得超过额定值的105%； 2）负序电流与额定电流之比不允许超过8%，且最大一相电流不超过额定值 。 电流过高发热、电动力增加； 负序电流会使发电机定子产生100Hz的振动，并在转子的励磁绕组以及转子本体中感应出两倍工频的电流。,1.2.3、频率：发电机频率应保持在50Hz运 行，其变化范围不超过0.2Hz ，最高不超过0.5Hz。 过高的频率增加通风损耗，离心力增加；过低的频率一方面降低冷却效果，一方面使汽机叶片落入共振区而降低寿命。 1.2.4、励磁系统：额定励磁电压、额定励磁电流、空载励磁电压、空载励磁电流。 空载即发电机出口开路，只加励磁。,7,1.2.4、其他

4、监测数据 1监测发电机定子各部温度 2监测定子绕组冷却水总进出水管水温 3监测氢冷却器的氢温 4监测轴承温度 5监测轴系振动 6发电机漏水监测 7监测机内局部放电的无线射频装置 8监测机内氢气的含湿量,2、一般问题（运行中可能经常遇到的问题）,*第一原则是尽量少的干预机组运行（相对于机炉来说） 2.1、DCS方面 2.1.1、电压原则：包括母线、发电机、高压厂用电压、低压厂用电压及直流系统电压变化范围应为5%，最高不超过10% ，且启动高负荷设备前应首先提高系统电压。如果可能超过许可的范围，首先检查系统有无异常（如报警、系统频率、三相不平衡等），在许可范围内调节励磁系统改变机端电压，如果是备用

5、变压器带厂用电可以调节有载分接头。若仍无法恢复可尝试适当提高临机电压，或联系值长申请调整负荷分配。,2.1.2、电流原则：当发电机的电压低于额定值的95%时，定子电流长期运行时不得超过额定值的105%；负序电流与额定电流之比不允许超过8%，且最大一相电流不超过额定值 。 定子电流主要取决于有功负荷与定子电压； 转子电流主要是无功功率调整时的一个限制因素。,2.1.3、有功、无功： 有功由汽轮机决定，无功一般不是太严格，因此如果发电机温度过高首先降低无功功率，温度仍然较高时，申请值长减有功。 调整无功时，有功不变；调整有功时，无功略有变化。,2.1.4、功率因数：电压与电流之间的相位差()的余弦

6、叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S. 在实际中，提高功率因数意味着： 1)提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。 2)可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。 3)能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。 4)可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。 5)因发电机的发电容量的限定，故提高cos也就使发电机能多出有功功率。 2.1.5、功角：发电机电动势Eq与端电压U的夹角。另一个物理意义是发电机主磁通（转子产生）与定子磁通的夹角。,13,1监测发电机定子各部温度：线棒温度，铁

7、芯齿部、轭部温度，磁屏蔽 2监测定子绕组冷却水总进出水管水温 3监测氢冷却器的氢温 注意氢温必须低于定冷水温度，以防止氢中的水结露。同时不能太低，太低也会发生结露。水压大于氢压。 4监测轴承温度 5监测轴系振动 6绝缘电阻：监测轴承座、轴承止动销、轴瓦绝缘衬块、密封支座、中间环、高压进油管及外挡油盖的绝缘电阻 7发电机漏水监测 8监测机内局部放电的无线射频装置及绝缘过热监测装置（投停步骤） 9监测机内氢气的湿度,2.2、现场运行 2.2.1、漏风（氢）：从机壳、窥视孔、轴端等漏出氢气。 漏氢不但有爆炸的危险，还可能使冷却风未经过发热体而漏出机外使机内冷却效果降低，尤其夏天时可能使局部超温。 漏

8、氢包括漏入封闭母线，此种情况由于环境封闭更易产生爆炸。,2.2.2、漏液：使机组短路，破坏绝缘 漏液首先可能表现为窥视窗上有液体，一方面可能是结露（停机时），另一方面，运行时微量的漏水形不成水的集聚，但是在窥视孔处与低温空气接触而结露； 还有一种液体是轴承油封失效而将油甩入机内，这种液体对绝缘材料有较高的腐蚀性。油在窥视孔上相对水的粘度较大、较浑浊，或者机内能呈黄色、黑色的污泥状。 所有的漏液会汇集到检漏计中。 另外，漏液应与白色或透明水滴状的胶质不流动物质相区分，此物质为发电机制造过程中使用的一种胶，其特点是固定不流动。,2.2.3、绑带松动：绑带是用来绑扎端部部件和线棒的，其松脱、断裂使线

9、棒之间由于振动而摩擦，可能使绝缘磨损而造成短路（思考：为什么会松动？） 2.2.4:、黄粉：黄粉为发电机定子线棒摩擦严重时产生的物质。（对于有窥视孔的发电机正常运行中可检查，必须注意） 2.2.5、电晕：简单的说就是尖端放电现象，因此多发于端部、槽口。黑暗情况下为微弱蓝光（极难发现），但是可以从放电部分电场吸附的白色粉末来判断。 当有白色粉末附着端部线棒时，说明机内局部电压过高，应及时汇报，待停机后处理。,2.2.6:、碳刷：碳刷冒火是励磁电流在碳刷间分配不均匀的表现。原因有弹簧紧力不均匀、碳刷过度磨损、刷握接触不良、滑环脏污、滑环损坏等 碳刷冒火大体分为打火、局部环火、环火、着火等阶段。20

10、10.4.15 某厂#5发电机整个刷架烧毁 发生冒火应及时汇报处理。链接图 另外，大轴接地碳刷（现场位置？）的作用：导走由于汽机叶片与蒸汽摩擦产生的静电；并用于转子接地保护。因此如果接触不良，首先转子接地保护将失效；另一方面，大轴集聚过多电荷，当电压足够高时将通过油膜对轴承座放电，此时油膜被破坏轻则化瓦，重则飞车。,2.2.7、母线微正压装置：防止共箱封闭母线内集聚粉尘、水汽等，如果失灵可能时共箱封闭母线内接地、短路。 2.2.8、局部放电检测装置：检测因放电而产生的气体， 2.2.9、绝缘过热装置： 2.2.8、钢构件：所有靠近裸露导线的钢构架（尤其是穿墙套管）以及封闭母线的外壳温度都不应超

11、过70 ，否则说明构件接地不良，最终可能造成封母破损、甚至短路。（可用短路环，运行中测温）,三、发电机的正常运行（详见后文）,1、正常运行范围（稳定运行范围） 1.1、发电机稳定运行范围 1.1.1、原动机输出功率限制 1.1.2、发电机额定容量，即定子电流（发热、电动力、定子铁芯发热*） 1.1.3、发电机最大励磁电流，即转子电流（发热、电动力、转子铁芯发热） 1.1.4、进相运行时的稳定度 *E=BLv ，Q=I2Rt，F=BIL,铁损主要与B、f有关,四、发电机非正常运行,1、频率异常 1.1、危害： 1）大型机组对运行频率有着严格限制。如果在运行时，汽轮机叶片、轴系自振频率与转速发生机

12、械谐振，那么叶片、轴系所承受的应力可能比正常运行条件下大若干倍，极易造成疲劳而损坏。 2）频率降低，一会严重降低厂用电动机出力，特别是锅炉给水泵、循环水泵、送引风机等；二会使发电机通风系统冷却效率降低，最大连续出力随之而降低。,2、不对称运行 不对称运行，三相电流、电压大小不相等，相位不是120。 对于同步发电机，负序电流会使发电机定子产生100Hz的振动，并在转子的励磁绕组、阻尼绕组以及转子本体中感应出两倍工频的电流。由于这个电流频率较高(100Hz)，集肤效应较大，故不易穿人转子深处，只在转子表面的薄层中流过，所以相同情况下产生更高的热量。,3、失磁 汽轮发电机的失磁运行，是指这种发电机失

13、去励磁后，仍带有一定的有功功率，与系统继续并联运行，即进入失励后的异步运行。（同步发电机突然部分的或全部的失去励磁） 试验资料表明，发电机失磁后吸收的无功功率，相当于失磁前它所发出的有功功率的数量，所以对系统的影响比较大，所以大型发电机一般不允许无励磁运行，在失磁后，通过失磁保护动作于跳闸，将发电机与电网解列。 由于失磁后发电机转变成吸收无功功率，发电机定子端部发热增大，可能引起局部过热，往往成为异步运行的主要限制因素。,4、进相 发电机向系统输送有功功率和无功功率，这种运行状态称为迟相运行。发电机向系统输送有功功率，但吸收无功功率，这种运行状态称为进相运行*。 *失磁与进相的区别就在于励磁电

14、流是否正常。,5、振荡与失步 5.1、振荡：即发电机负荷、电压、电流周期性波动。振荡有两种类型：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡;另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。 失步：即发电机与系统失去同步。,25,五、发电机运行特性（了解） 一、汽轮发电机的功率和功角关系 设发电机与无限大容量系统母线并联运行(U=常数)，在略去发电机定子电阻，并假设发电机处于不饱和状态，则其等值电路如图41(b)所示。 从等值电路可写出电压方程,26,当发电机端电压不变时

15、，Xd亦不变。若励磁电流不变，则发电机电动势Eq也不变。因此，由式可知，当发电机端电压U和励磁电流都不变，而只改变原动机转矩时，发电机的输出功率P与功角之间的关系为一正弦函数变化关系，其关系曲线称为同步发电机的功角特性，如图42所示。 当90时，电磁功率达最大值，其值为,27,二、静态稳定概念 发电机与无限大容量系统并联运行，汽轮机输出功率为P1时，电磁功率Pe即发电机的输出功率P。与功角之间的关系为一正弦函数变化的功角特性曲线。它们有两个交点，即a点和b点(见图4-2)。相应的功角分别为a和b。,在这两个功率平衡点是否都能稳定工作呢?如果在某一点工作时受到小的扰动(如负荷、电压、励磁、原动机

16、等的波动)后，能恢复到原来的工作点，人们就称这一工作点是静态稳定的；反之，如果在某一工作点工作时，受小的扰动后，不能回到原来的工作点，人们就称这一工作点是静态不稳定的。,28,1）在图中，发电机运行于a点，此时输入输出相等即汽轮机功率与发电机输出功率平衡P1=Pe。假设某原因引起功角产生微小增量 ，则发电机输出功率增加P，即发电机电磁转矩大于汽轮机转矩，因此转子减速，从而Eq与U的功角变小，最终回到a点；当 为负值时， P减小，汽轮机转矩大于电磁转矩，因此转子加速， 将增大，最终也回到a点。综上，a点是稳定工作点。 2）在图中，发电机运行于b点。若产生微小增量 ，发电机输出功率减小P，即电磁转矩小于汽机转矩，转子加速，功角增大，从而使发电机工作点进一步远离b点，最终失去同步；当 为负值时， P增加，电磁转矩大于汽机转矩，转子减速，功角进一步减小最终回到a点而平衡。但是实际运行随时功角都可能减小，所以b点不是稳定工作点。,综上， 90时发电机不能稳定工作，为非稳定区。 所以，在实际运行中要运行于稳定极限