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1、同步发电及结构原理、运行维护及试验一、水轮机发电机的工作原理、结构、基本参数及相关知识1、工作原理同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的；定子和转子是构成发电机的最基本部分；转子上为励磁绕组；在励磁绕组通电后，会形成磁场，转子在原动机的拖动下旋转，该磁场跟着旋转，旋转的磁场不断切割定子的电枢绕组，所以定子绕组就感应出电势，在定子绕组接通后，就形成回路，从而将机械能转变为电能即所谓发电。2、同步发电机基本结构导线放在空心圆筒形铁芯槽里，铁芯是固定不动的，称为定子。磁力线由磁极产生，磁极是转动的，称为转子。定子和转子是构成发电机的最基本部分。为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔l
2、20。分别安放着三相绕组Ax、BY、Cz，转子上有励磁绕组(也称转子绕组) RL。 同步发电机示意图1一定子铁芯；2-转子；3一滑环；4一电刷；5一磁力线通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。当转子被原动机带动旋转后，定子绕组(也称电枢绕组)不断切割磁力线，就在其中感应出电动势来。 感应电动势的方向由右手定则确定。由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应出的是交流电动势。3、同步的概念当发电机带上负荷以后，三相定子绕组中的定子电流(电枢电流)，将合成产生一个旋转磁场。该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫“同步”。转速与频率间有严格的关系，即：
3、f=pn/604、水轮发电机的型号水轮发电机的型号，是其类型和特点的简明标志。 其表示法为： 我国水轮发电机型号部分由汉语拼音组成，表示符号为： SF一立式空冷水轮发电机； SFS一立式水内冷水轮发电机； sFW一卧式水轮发电机； SFD一水轮发电一电动机；SFG一贯式水轮发电机。4、水轮发电机的基本参数额定电流In水轮发电机正常的连续运行的最大工作线电流，其单位是A或kA。.额定电压Un水轮发电机长期工作的最高线电压，单位为kv。额定容量Sn水轮发电机长期安全运行的最大允许输出视在功率，表达式为Sn=3SnIn，单位通常用kVA、MVA。如果用有功功率表示，即用额定线电流的有功分量与电压所做
4、的功表示，其表达式为P=3UnIncos。单位通常用MW表示。 额定功率因数cos。额定有功功率与额定视在功率的比值。其表达式为cos=PnSn 额定转速Nn水轮发电机的主轴旋转次数，单位为rmin。Nn=60fp飞逸转速Nf水轮发电机组在最高水头下带满载负荷运行时，突然甩去负荷，又逢调速系统失灵，导水机构位于最大开度下，机组可能达到的最高转速，称为机组的飞逸转速。转动惯量J所谓水轮发电机的转动惯量，是指转子刚体内各质点的质量与其到旋转轴距离平方的乘积之总和。效率水轮发电机的效率为发电机向电网输送的有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比。5、水轮发电机的损耗水轮发电机的损耗可分为电磁损耗和机
5、械损耗两大类。电磁损耗一般分为基本损耗和附加损耗两类。基本损耗主要包括铜损耗、铁损耗及励磁损耗。附加损耗包括附加铜损耗和附加铁损耗，机械损耗主要包括发电机的通风损耗、风摩损耗、滑环损耗以及轴承损耗等。附加损耗亦称杂散损耗，在总损耗中所占比例很小，所以是次要损耗。而水轮发电机的主要损耗通常由铜损耗、铁损耗、风损耗及推力轴承损耗所构成。铁损耗 铁损耗是指发电机定子铁芯在交变主磁通的作用下而产生的涡流损耗和磁分子阻力的摩擦所引起的磁滞损耗。铁损耗的大小主要取决于磁通密度的平方和频率。铜损耗 铜损耗是指发电机的负荷电流通过定子绕组所产生的电阻损耗。铜损耗在数值上主要取决于发电机负荷电流的平方，其次还与
6、铁芯的尺寸以及额定电压等因素有关。 励磁损耗 励磁损耗是指转子的励磁电流通过磁极绕组时的电阻损耗以及电刷与滑环的接触损耗。励磁损耗在数值上主要与励磁电流的平方有关。 通风损耗 所谓通风损耗是指水轮发电机通风冷却系统中风道和风洞中的损耗，而风摩损耗是指转子表面以及风扇克服空气阻力摩擦的能量损耗。 轴承损耗 水轮发电机的轴承损耗，主要包括推力轴承的摩擦损耗和油槽中的油流扰动损耗以及导轴承的摩擦损耗。 水轮发电机的效率为发电机向电网输送的有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比。也可以表示为，由1减去发电机的总损耗占发电机输入功率的百分数。它的表达式为 式中 P。发电机向电网输送的有功功率，kW；
7、pi输入到发电机的水轮机轴出力，kW； p水轮发电机的总损耗，kW。 水轮发电机的效率高，说明它的内部损耗少；效率低，说明它的内部损耗多。一般在机组转速相同的条件下，其效率将随着发电机容量的增大而提高；在机组容量相同的条件下，高速水轮发电机的效率要高于低速水轮发电机的效率。6、水轮发电机的类型水轮发电机组的布置方式，水轮发电机有立式装置、卧式装置和斜式装置三种。立式装置的水轮发电机，按其推力轴承的装设位置不同，分为悬式和伞式两大类。悬式水轮发电机的推力轴承位于上部机架上；在转子上方，通过推力头将机组整个旋转部分的重量悬挂起来，由此而得名。伞式水轮发电机的推力轴承，装在转子下方的下部机架上或者装
8、在位于水轮机顶盖上推力支架上。（伞式水轮发电机又可分为半伞式和全伞式）所谓半伞式水轮发电机，装有上部导轴承而不装下部导轴承，即有上无下；所谓全伞式水轮发电机装有下导而没有上导，即有下无上。乌江渡发电厂水轮发电机属半伞式。7、水轮发电机基本结构组成：水轮发电机主要由定子、转子、推力轴承、下机架、上机架、上导轴承、制动和除尘系统、通风冷却系统、防油雾和消防系统组成。定子和转子是发电机产生电磁作用的主要部件，其它部件仅起支持或辅助作用。半伞式水轮发电机1一受油器；2一上导轴承；3一上机架；4-上端轴；5一中心体；6一推力轴承； 7_油冷却器；8一支臂；9一水轮机主轴；l0一水轮机顶盖支架；11一制动
9、器； 12一磁轭；l3一磁极：l4一铁芯；l5-绕组；16一机座；l7一空气冷却器、定子 定子是水轮发电机的固定部件之一。它主要由机座、铁芯，绕组、上下齿压板、端箍支架、端箍、基础板及引出线等部件组成。 定子机座 定子机座俗称定子外壳。主要作用是承受定子自重；承受上部机架以及装置在机架上的其他部件的重力；承受电磁扭矩和不平衡磁拉力；承受绕组短路时的切向剪力；定子机座必须具有足够的强度，防止定子变形和振动。 定子铁芯 定子铁芯是水轮发电机磁路的主要通道。由于定子铁芯中存在着交变磁通，才在定子绕组中感应出交变电流，因此，把定子铁芯称为磁电交换元件，在铁芯齿槽中固定定子绕组。发电机运行时，铁芯要受到
10、机械力、热应力及电磁力的综合作用。定子铁芯一般由O.35/0.5mm的扇形硅钢片叠压而成。定子绕组定子绕组的作用是，当交变磁场切割绕组时，便在绕组中产生交变电动势和交变电流，从而完成水能一机械能一电能的最终转换。、转子转子是水轮发电机的旋转部件，位于定子里面，与定子之间保持一定的空气间隙。转子通过主轴与下面的水轮机连接。它的作用是产生磁场并通过与定子的相互作用，将水轮机产生的机械能转换成电能，由定子绕组输出。.主轴 a.主轴的作用。视不同机组类型稍有区别，可概括为以下几点：1)起中间连接作用，下部与水轮机主轴相连，上部与励磁机轴或与端轴相连2)承受机组在各种工况下的转矩。3)立式装置的机组，发
11、电机主轴承受由于推力负荷引起的拉应力。4)承受单边磁拉力和转动部分的机械不平衡力。5)如果发电机主轴与转子轮毂采用热套结构，还要承受径向配合力等。b.主轴的结构型式。主轴有一根轴和分段轴两种型式。 1)一根轴结构有两种情况，一种是发电机自身共一根轴；另一种是整个机组共一根轴(无下机架的二导伞式机组)。2)所谓分段轴结构，通常由上端轴、转子支架中心体和下端轴三部分组成。.转子支架(1)转子支架是连接主轴和磁轭的中间部件，并起到固定磁轭和传递转矩的作用。(2)磁轭 磁轭也叫轮环。它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一部分。磁轭在运转时承受扭矩和磁极与磁轭本身离心力的作用。磁极磁极是产生
12、磁场的部件。磁极由磁极铁芯、励磁绕组、阻尼绕组与极靴压板等组成。、机架 .机架的类型与作用机架是水轮发电机不可缺少的重要部件之一。按所安放的位置不同，分为装在发电机定子上部的为上机架，下部的为下机架；按照机架的承载情况，分为负荷机架和非负荷机架；按照机架的支臂结构型式可分为辐射型、井字型和桥型等。负荷机架亦称为荷重机架，即由装置推力轴承而得名。其作用是承受机组的全部推力负荷和装在机架上的其他荷重以及机架的自重；非负荷机架亦称为非荷重机架，即由不承受机组的主要轴向力而得名。它的主要作用是装置导轴承并承受水轮发电机的径向力及其自重，还要承受由于不同机组型式所决定的不同轴向力；伞式水轮发电机的非负荷
13、机架要承担励磁机、受油器以及盖板等的重量。 、推力轴承 推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的重量以及水轮发电机的轴向水推力的滑动轴承。按液体润滑理论，在镜板与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为01mm左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将这些力传递给水轮发电机的荷重机架。它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行。推力轴承的类型: 类型主要按推力轴承的支撑结构型式来分，若按推力轴承油的循环冷却及推力瓦的冷却方式来分类，有多种方式。.按推力轴承的支撑结构划分，目前主要有刚性支柱式、液压支柱式、平衡块支柱式三种。.油循环冷却
14、方式的种类 推力轴承是一种稀油润滑的滑动轴承，其油循环方式十分重要，它不仅起润滑作用，还起着带走推力瓦面摩擦损耗所产生的热量的作用。常见的推力轴承油循环方式有内循环和外循环两种方式。所谓内循环，就是将油冷却器和推力轴承装在同一个油槽内，借推力头与镜板旋转的粘滞泵作用和冷热油的对流作用形成循环油路。所谓外循环，就是将油冷却器装于推力油槽的外部，用管路及有关装置与推力油槽相连，形成油循环回路。外循环方式分为外加泵外循环和镜板泵外循环两种。. 推力瓦直接冷却 为了提高推力瓦的冷却效果，减少其热变形，提高推力瓦的承载能力，出现了直接冷却的水冷瓦。水冷瓦又有钻孔式、铸管式和排管式三种。推力轴承结构 推力
15、轴承有许多型式，但其主要组成部分基本相同，即:由推力轴承主要由推力头、镜板、推力瓦、轴承座、油槽和冷油器组成。推力头是发电机承受轴向负荷和传递转矩的结构部件，有足够的强度和刚度。镜板为固定在推力头下面的转动部件，它使推力负荷传递到推力瓦上，是推力轴承的关键部件之一。镜板有较高的精度和光洁度，决不允许镜板有伤痕、硬点和灰尘，否则容易造成推力瓦的磨损和烧瓦事故。同时，镜板还应有很高的刚度，防止运行时产生有害的波浪变形。 推力轴瓦是推力轴承中的静止部件，是推力轴承的主要部件之一，一般做成扇形钨金瓦。推力瓦上都开有温度计孔，用于安装温度计，便于运行人员监视轴瓦温度和温度升高报警跳闸。现代发展采用一种塑
16、料瓦轴承，应用在发电机推力轴承上，如广西大化、青海龙羊峡等水电厂已采用。塑料瓦是在钨金瓦的基础上产生的，表面是塑料，在瓦基与塑料之间有一层弹簧层。其优点为：不需要高压油顶起装置及水内冷却设备，可以提高机组的启动灵活性及运行可靠性。它的缺点是：由于是瓦基表面测温，靠固体传热，且塑料的传热性差，所反映的温度不是实际瓦温，带来保护动作的滞后，容易发生烧瓦现象，轴瓦损坏会导致弹簧层刮伤镜板，只有扩修时才能处理。 轴承座是支承轴瓦的机构，通过它能调节推力瓦的高低，使各轴瓦受力基本均匀。 油槽主要用于存放起冷却和润滑作用的润滑油，整个推力轴承即安装在密闭的油槽内，它可为单独油槽，也可以与导轴承共用一个油槽
17、的结构。机组运行时，推力轴承摩擦时所产生的热量是很大的，因此，油槽内的润滑油除起润滑作用外，还起散热作用，即润滑油将吸收的热量借助通水的油槽冷却器将油内的热量吸收带走。推力油槽的冷却方式，主要有两种，一种是内循环，另一种是外循环。所谓内循环，是指将推力轴承和油冷却器均浸于同一个油槽内，靠在油槽中旋转的镜板促使润滑油在冷却器与轴承之间循环。所谓外循环是指在推力油槽外部的适当位置专门装置一个油槽，油槽内同样放有冷却器，润滑油通过油泵强行循环，并通过镜板径向孔或者镜板上装泵叶轴承自身泵的方式迫使润滑油的循环。轴电流概念和绝缘垫 在发电机运行中，在主轴上会产生一定数值的电压，轴电压以交流成分为主。其产
18、生的原因是由于发电机定子铁芯有合缝，定子铁片有接缝，定子、转子不圆造成空气间隙不均匀以及励磁绕组匝间短路等，这就使发电机在运行时各部分磁通不均匀，磁力线就不完全平衡，这些不完全平衡的磁力线与转轴相切割就产生了轴电压。轴电压通过主轴、轴承、机座而接地，形成环形短路电流。 由于这种轴电流的存在，它在轴领(或镜板)和轴瓦间产生小电弧的侵蚀，使轴承合金逐渐粘吸到轴领(或镜板)上去，破坏轴瓦工作面，引起轴承过热甚至烧损。此外由于轴电流的作用，也会使润滑油变质、发黑；降低润滑性能，使轴承温度升高。 为了保证机组的正常运行，防止轴电流对轴瓦和镜面的腐蚀，必须将轴承座与基础用绝缘垫板隔开，以切断轴电流回路。一
19、般是在励磁机侧的一端轴承(推力轴承和导轴承)装设绝缘垫板和套管。为加强绝缘，可在推力头与镜板间再加一层绝缘垫。、导轴承 水轮发电机导轴承的作用是承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。、通风系统、灭火系统与制动器1.通风系统 我厂发电机的通风冷却系统：采用无风扇双路进风的密闭处自循环端部回风空气冷却系统。封闭双路径向无风扇自循环通风系统结构1-转子支臂；2一磁轭通风沟；3-挡风板；4一上支架；5一定子绕组； 6-上部风洞；7一空气冷却器；8一下部风洞；9一挡风板2.灭火系统：采用水喷雾灭火方式，灭火环管分别布置在发电机定子线圈的上、下两端，喷雾头
20、圆周均布。3.防油雾系统：在上导轴承油槽上、下端和推力轴承油槽上、下端设置了防油雾装置，将有效地防止油雾污染发电机。 4.制动器位于转子制动环的下方，作用有两个，一是制动，二是顶转子。(1)制动作用。依靠制动器的制动块与转子磁轭下部制动闸板的摩擦力矩使机组停机。(2)在安装、检修和启动前顶起转子。当机组停机时间过长(如超过72h)，留存在推力轴承瓦面间的剩余油膜可能消失，这时可利用制动器通入高油压，将转子略微顶起，使轴瓦面与镜板之间进入润滑油，建立新的油膜。、励磁系统凡由励磁机提供电流的称为他励系统；凡由发电机出线端或辅助绕组提供励磁电流的称为自励系统。无论何种励磁方式，均需配备一套自动励磁调
21、节装置，以满足机组和电网并列运行时负荷与电压调节的要求。8、空载运行 当同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路时，称为空载运行。这时定子(电枢)电流为零，电机气隙中只有转子电流(励磁电流)，If单独产生的磁势Ff和磁场，称为励磁磁势和励磁磁场。下图表示一台凸极同步发电机的空载磁路，图中既交链转子，又经过气隙交链定子的磁通，称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，称为励磁磁通。显然这个被原动机拖动到同步转速的旋转磁场，其磁密波沿气隙圆周作接近于正弦波的空间分布，它的基波分量的每极磁通量用0表示。凸极同步发电机的空载磁路图中f表示只交链励磁绕组而不与定子绕组相链的主极
22、漏磁通，它不参与电机定、转子之间的能量转换过程。当转子以同步转速n1旋转时，主磁通切割定子绕组感应出频率为f的三相基波电动势，其有效值为Eo=444fw1kw10 (V) 式中W1每相串联匝数；Kw1基波绕组系数。频率f与n1的关系为 (57) 这样改变励磁电流If以改变主磁通垂0，便可得到各个不同的空载电动势E。值。曲线E。=f(If)表示在同步转速下，空载电动势E。与励磁电流If之间的关系，称为发电机的空载特性，如图59所示的曲线1。由于E0。，FfIf，因此改换适当的比例后，空载特性曲线E0= f(If)即可表示励磁磁通的基波。和励磁磁势Ff的关系，即。= f(Ff)，而变成电机的磁化曲
23、线。这就说明了这两个特性曲线具有本质上的内在联系，任何一台电机的空载特性实际上也反映了它的磁化曲线。同步发电机的空载特性 (磁化曲线) 和直流电机一样，空载特性(磁化曲线)开始一段为直线。延长后所得的直线图中曲线2称为气隙线； 9、外特性发电机接有电阻性负载、电感性负载和电容性负载由于负载性质不同，电枢电流在发电机内所产生的电枢反应的作用也就不同。当发电机接有电阻性负载时，主要产生交轴电枢反应，负载电流增加时，去磁作用不显著，端电压稍有降低；当接有电感性负载时，在发电机内产生交轴电枢反应和直轴去磁电枢反应，随着负载电流的增加，去磁作用显著增大，端电压下降较多，并且功率因数愈低时，电压下降愈低；
24、当接有电容性负载时，在发电机内产生电枢反应和直轴增磁电枢反应，负载电流增加时，增磁作用显著增大，使端电压上升。通常希望端电压的变化愈小愈好。10、调节特性 一般负载要求所加电压保持不变或在允许的范围内变化。为此，随着负载的增加，必须相应调节励磁电流以使发电机端电压基本保持不变。当接有电感性负载时，要保持端电压不变，随着负载电流的增加，相应要增加励磁电流；当接有电容性负载时，要保持端电压不变，随着负载电流的增加，相应要降低励磁电流；11、发电机的不对称运行的概念及危害发电机三相电动势不对称或三相负荷电流不对称的运行情况称为发电机的不对称运行状态。同步发电机不对称运行主要是由三相负荷电流不对称引起
25、的。 当发电机不对称运行时，定子绕组中流过负序电流时，负序电流的磁场以两倍同步转速切割转子，因而在转子绕组及转子的其他部分，特别是在极靴的实体部分产生附加损失：同时，由于频率较高，集肤效应较大，这一感应电流将集中在转子本体和各部件的表层中，使得转子表面的附加损失更为严重。这一损失的大小随着负序电流的增加而急剧增长。由于附加损失主要在极靴中产生，这就使得励磁绕组靠近极靴处的一些线匝发热严重。此外，负序电流产生的负序磁场还在转子上产生两倍频率的脉动转矩，此转矩作用在转子轴和定子机座上，将使发电机产生lOOHz的振动，并伴有噪音。振动将引起发电机的金属疲劳和机械损坏。发电机运行规程中对发电机持续不平
26、衡电流作如下规定：对于容量超过l00MW的水轮发电机，三相电流之差不得大于l5，同时，任何一相的电流不得大于额定值。12、电力系统的负荷调整及无功负荷的平衡 电力系统的负荷是指连接在电力系统上的一切设备所消耗的电功率。电力系统的负荷按性质不同分为有功负荷和无功负荷。由于电能不能大量储存，发电、输电和用电的过程实际上是同时进行的，因此，发电机发出的功率(有功功率和无功功率)与电力系统的负荷必须始终保持平衡。若两者不平衡，发出的有功功率小于有功负荷，则系统的频率降低，反之系统频率升高；发出的无功功率小于无功负荷，则系统电压降低，反之系统电压升高。13、发电机的调相运行概念及目的所谓发电机的调相运行
27、，就是发电机只向系统输送无功，同时吸收少量的有功功率来维持发电机转动的运行方式。目的通常是弥补系统无功出力不足，调相运行的发电机采用过励磁运行，向系统输出感性无功功率，提高系统的运行电压。一般是将机组先带上有功负荷及无功负荷，将有功负荷降为零，并将水轮机的导水叶关闭，排去转轮室内的水，使水轮机转子转动的能源改为由系统供给。再增加发电机的励磁电流，即可向系统提供无功功率。当机组正在调相运行而需要停机时，亦先将机组带上有功负荷，然后逐步关闭导水叶和减小励磁电流，至导水叶完全关闭时停机。14、水轮发电机的进相运行和迟相运行随着电力系统不断发展，输电线路电压等级越来越高，输电距离越来越长，因而线间及线
28、对地的电容加大，加之有的配电网络使用了电缆线路，从而引起了电力系统电容电流以及容性无功功率的增长。尤其在节假日、午夜等低负荷期间，线路所产生的无功功率过剩，使电力系统的电压上升，以至超过允许范围。曾考虑采用并联电抗器或同步调相机来吸收这部分剩余无功功率，但有一定限度，且增加了设备投资。近年来，我国也广泛开展了进相运行的试验研究。实践证明，这是一项切实可行的方法，无需增加额外设备投资而收到同样效果。.迟相运行的概念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；.进相运行的概念发电机向系统输送有功功率，但吸收无功功率的运行状态称为进相运行。同步发电机进相运行，从理论上讲是可行的，但
29、由于发电机的类型、结构、冷却方式及容量等的不同，允许输送多少有功功率和吸收多少无功功率，理论上的计算还是不够精确的。因此发电机运行规程规定：发电机是否能进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定时应通过试验来确定。.进相运行中要考虑的问题: 一是解决系统稳定性降低的问题 设发电机的直流电抗等于交流电抗，即X。=X。，且，不变(即玩恒定)，则发电机单机对无限大容量的功率为 因而进相运行时，在输出功率P恒定的前提下，随着励磁电流，的减小，发电机电动势庄。随之减小，功率角占就会增大，从而使静态稳定性降低。 上式是相应于发电机直接接在无限大容量母线上的情况，实际上，发电机总是要经变压器、输电线才接上系统
30、的。所以需要计及这些元件的电抗(统称为系统电抗)，此时系统的静态稳定性还要进一步降低。其二是解决发电机端部漏磁引起的定子发热问题在相同的视在功率和端部冷却条件下，发电机由迟相向进相转移时，端部漏磁磁密值相应增高，引起定子端部构件的严重发热，致使发电机出力要相应降低。发电机端部漏磁是定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁共同组成的，它的大小与发电机的结构、材料、定子电流大小、功率因数等有关。发电机的上述合成漏磁总是尽可能地通过磁阻最小的路径形成闭路的。因此，由磁性材料制成的定子端部铁芯、压圈以及转子护环等部件便通过较大的漏磁，漏磁在空间与转子同速旋转，对定子有相对运动，故在定子端部铁芯齿部、压圈等部
31、件中感应的涡流磁滞损耗较大。其三是解决发电机端电压下降的问题厂用电通常引自发电机出口或发电机电压母线。进相运行时，随着发电机励磁电流的降低，发电机无功功率的倒流，发电机出l：1处的厂用电电压也要降低。正常运行时，进相运行的水轮发电机端电压还不致降低到额定电压的95。但在厂用电支路发生短时故障后，恢复供电时，某些大容量厂用电动机，自启动会发生困难。 水轮发电机是否进相运行，应按调度命令及运行规程执行。15、水轮发电机的并列（准同期并列和自同期并列）、并列的条件和方法在现代大型发电厂中，总是采用几台同步发电机接在共同的母线上并列运行；而一个电网中又有许多发电厂并列运行，向用户供电。这样做，可以更合
32、理地利用动力资源和发电设备。例如水电厂和火电厂并列运行后，在枯水期主要由火电厂供电，而在丰水期主要依靠水电厂满载运行，发出大量廉价的电力，火电厂可以只供给每天的高峰负荷和只做同步调相机运转，使总的电能成本降低。连接成大电网后，可以统一调度，定期轮流检修，维护发电机设备，增加了供电的可靠性，也节约了备用机组的数量，并且负载变化对电压和频率的扰动影响将减少，从而提高电能质量。同步发电机要并列运行时，必须满足一定的条件才允许合闸，否则可能造成严重后果。水轮发电机的并列有两种方式，即准同期并列和自同期并列。两种并列方式既可以是手动操作的，也可以是自动的，而目前广泛采用自动准同期并列法。在理想的情况下使
33、断路器合闸，则发电机定子回路的电流为零，这样将不会产生电流或电磁力矩的冲击。但在实际的并列操作中必然会产生一定的冲击，为了将冲击电流控制在允许范围内，就必须对并列时的电压数值、相位差和频率差提出一定的要求。 .准同期并列的概念 准同期并列是将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件(即电压和频率与系统电压及频率接近相等、相位相同)时，将发电机投入系统。并列必须满足的条件：1）待并发电机电压有效值uG与电网电压有效值U。相等，但允许相差5的额定电压差； 2）待并发电机的频率与系统频率厂应接近相等，误差不应超过(0205)；3）待并发电机电压与电网电压的相位相同，相角相等；4
34、）待并发电机电压与电网电压的相序相同，波形一致，且都为正弦波；.自同期并列的概念自同期是将未加励磁而转速接近同步转速的发电机投入系统，并立即(或经一定时间)加上励磁。这样，发电机在很短的时间内被自动拉入同步。16、水轮发电机功率调节在保持有功功率不变的条件下，改变励磁电流可以调节发电机输出的无功功率。发电机带有功负载调节励磁时，有关各量的变化规律如下：当cos=1时，电枢电流有最小值，此时有个相应于该时有功功率的励磁电流值；当励磁电流增大时，发电机向外送无功功率，电枢电流因多包含感性无功分量而增大；当励磁电流减小时，发电机从电网吸取无功功率，电枢电流因多包含 容性无功分量也要增大。调节励磁电流
35、只能调节无功功率，不能改变有功功率。只有调节原动机的转矩，也就是调节水轮机的进水量，才能调节发电机的有功功率。改变原动机的转矩，就改变了角，从而改变发电机输出的有功功率。有功功率、无功功率都是通过同一个电磁场作用的，它们之间相互联系。由于功角是反应发电机内部能量转换的一个重要参数，它的改变要引起有功功率的变化，也要引起无功功率的改变， 即P=f()和Q=f()。对于并人大电网正常运行的发电机增、减有功负荷时，若不相应调节励磁电流，会因功角改变而引起无功功率发生变化，其定子(电枢)电流的大 小和性质也相应变化，可能改变发电机的运行状态。二、同步发电机的异常运行及事故处理1、发电机的失磁运行 .失
36、磁运行的概念同步发电机的失磁运行是指同步发电机失去励磁后，仍带有一定的有功功率，以低滑差与电网继续并联运行的一种运行方式。.失磁的原因造成发电机失磁的原因，可能是励磁开关(也叫灭磁开关)被误碰跳闸、励磁回路断线或短路、励磁系统故障等。.发电机失磁运行的现象 .转子电流由某一值缓慢下降为零，或以定子表计摆动次数的一半摆动，其频率为矿。 .定子电流显著增加并摆动。当发电机失磁后，定子电流开始下降，随即又逐步增大，有可能超过额定值，因为这时需要从电网中吸收大量的无功功率，以维持发电机 的异步运行所需的磁化电流，从而引起定子电流的显著增大。 .发电机端电压降低并摆动。因为发电机转子上无励磁，其所需的励
37、磁电流是从电网中吸收大量的无功功率而获得的，故造成发电机电压下降。 .有功功率表指示降低并摆动。因为发电机失磁运行时，要限制输入电网的有功负荷，使定子电流不超过额定值。 .无功功率指示表指示到负值。当发电机失磁运行时，由原来的向电网输送无功功率变为从电网吸收大量的无功功率，故无功功率指示表指示为负值。 .转子电压表指示异常，此时如为转子短路造成失磁，则电压下降；如为转子开路造成失磁，则电压升高。 .功率因数表指向进相。因为发电机失磁运行后，从电网吸收感性无功功率，也就是说发电机向电网发出容性无功功率，即发电机电流超前其端电压，因此发电机进入进相运行。 .上面提到的各表计发生周期性摆动。因为发电
38、机失去励磁就会失去同步，变成异步发电机运行，因此电压表、电流表和功率表等就会摆动，其摆动周期与发电机的转差率成正比。.失磁运行对发电机本身的影响 .由于转子出现转差，在转子表面将出现差频电流。差频电流在转子回路中产生附加损耗，将使转子发热增大而出现过热。 .发电机失磁转入异步运行后，从系统吸取的无功功率增大。失磁前所带的有功功率越大，异步运行的转差也越大，等值电抗就越小，从系统吸取的无功功率也越大。因此发电机带大负荷情况下失磁，定子绕组将过电流，使发电机定子过热。 .由于上述转子回路差频电流脉动磁场的作用，将引起发电机振动，危及发电机的安全。发电机失磁运行对电力系统的影响 .失磁的发电机，将从
39、电力系统中吸取相当于额定容量的无功功率，引起电力系统的电压降低。如果电力系统的无功功率储备不足，将使失磁发电机邻近的部分系统电压低于允许值，威胁负荷和各电源间的稳定运行，甚至导致系统因电压崩溃而瓦解。这是发电机失磁引起的最严重的后果。 .一台发电机失磁所引起的系统电压下降，将使邻近的发电机励磁调节器动作而增大其无功功率输出。因此，这些发电机、有关变压器和线路将发生过电流，造成后备保护动作，导致系统大面积停电，扩大故障波及的范围。.一台发电机失磁后，由于该发电机的有功功率摆动，以及系统电压下降，可能造成相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统的各部分之间失步，使系统产生振荡，甩掉部分负荷。 发
40、电机的额定容量越大，失磁后引起的无功功率缺额越大。电力系统的容量越小，则补偿因失磁引起的无功缺额的能力越小。因此发电机的单机容量与电力系统容量的比值越大，对电力系统的影响越严重。2、发电机的非同期并列a.非同期并列发电机同步并列时，若不满足电压相同、频率相同、相位相同三个条件之一或者由于人为操作不当或同步回路接线错误，发电机就会非同期并列。b.非同期并列的危害并列合闸瞬间，将产生巨大的电流冲击。使机组发生强烈的振动，由于冲击力矩的作用，严重时会将发电机绕组烧坏，端部变形。3、定子单相接地故障 在中性点不接地或经高阻抗接地的系统中，发电机机组出现定子回路单相接地时，还不致于引起很大的接地电流，可
41、根据不同的机组做不同的处理。运行经验证明，当接地电容电流不超过5A时，短时间的运行一般不会有严重后果，因此规程规定，容量在150NW及以下的发电机，当接地电容电流小于5A时，在未清除故障前允许发电机在电网一点接地的情况下短时运行，但最多不超过2h；单元接线的发电机变压器组寻找接地的时间不得超过30min。对于容量或接地电容电流大于上述规定的发电机，当定子电压回路单相接地时，要求立即将发电机解列并灭磁。 对于大容量的内冷机组，铁芯磁通密度较大，额定电压较高，当定子绕组绝缘损坏后长时间运行，即使电容电流只有2A左右，铁芯也会开始熔化。熔化的铁芯引起损坏区域的扩大，使有效铁芯着火，由单相短路过渡到相
42、间短路。因此规定，大容量机组发生单相接地时，不能继续运行。 大容量机组发生单相接地故障时，应迅速减小负荷，与电网解列，或保护动作而跳闸。4、转子绕组的绝缘故障 转子绕组的绝缘故障表现为转子一点接地、两点接地和层间、匝间短路等形式。 发电机发生转子绕组一点接地时，除保护发出信号外，通常无其他异常现象。但转子一点接地很容易发展成两点接地而危及机组的安全。因此凸极式发电机转子绕组发生一点接地时，应迅速转移负荷，停机处理，一般不允许继续运行。 若发电机在运行中出现两点接地时，有很大的短路电流流过短路点，此时，部分线匝被短路，电阻降低，所以转子电流会增大，其后果是转子绕组剧烈发热，而且因为磁场不平衡而使
43、发电机产生强烈振动。大的短路电流可能烧坏有关设备，后果是严重的，必须立即停机检修。 纯粹的层间、匝间短路的现象是电流增大，伴随有异常振动发生。此时必须减少负荷，使振动或转子电流减小到允许的数值，必要时应解列停机。 5、断路器自动跳闸 当发电机发生故障时，继电保护装置可以在极短时间内将其切除，若发电机断路器误动作，而灭磁开关未断开，则有功功率表和无功功率表指示为零(如为发电机变压器组接线时，则表计指示为厂用电负荷值)，定子电压高于正常值。若继电保护动作而使发电机断路器及灭磁开关同时跳闸，则发电机所有表计指示为零。若发电机灭磁开关拒绝跳闸，而且发电机发生内部相间故障，则定子及转子电流升高，定子电压
44、降低，这时应人为将其断开。 发生跳闸事故后，应立即对继电保护和自动装置进行检查，做好记录，并对发电机连接设备进行全面检查。根据音响及光字牌信号及其他现象进行综合判断，按不同故障进行处理。 (1)由于误动、误碰或保护误动作引起的跳闸，应立即将发电机并网。 (2)如果发电机由于后备保护如低压过流、负序过流、低阻抗等动作而跳闸时，应进行外部检查。此时若发现由于系统上、发电厂母线上或厂用电故障而引起后备保护动作时，则无需检查发电机内部，待将发电机与外部故障隔绝后，即可将发电机投入电网运行。 (3)过电压保护动作跳闸时，如判明系统由甩负荷造成，可立即将发电机投入系统。(4)发电机主保护纵差、横差保护动作
45、跳闸时，应对保护范围内设备全面检查，无明显故障时，可进行绝缘电阻测量，零起加压一次，无问题时可以启动机组并网。若有明显故障，应采取措施，进行处理。6、发电机着火的处理 发电机在运行中，由于短路、绝缘击穿、绕组和铁芯局部过热等原因可能引起着火。 发电机着火时，可从发电机附近闻到焦味，油烟气和火星从定子端盖窥视孔或从风洞密闭不严处往外冒出。确认发电机着火后，运行人员应立即操作紧急停机按钮，这时发电机主断路器和灭磁开关应一起跳闸。确认发电机出口断路器和灭磁开关已跳闸后，迅速打开发电机消防水阀门，向发电机喷水灭火。 如果发电机没有水灭火装置时，运行人员应使用机外消防设备或现场其他水源向机内喷水，直至火
46、完全熄灭为止。应设法使用一切灭火的装置，但不能使用泡沫灭火器和沙子灭火，以防腐蚀绝缘和堵塞通风孔道。灭火时最好能维持机组在10n。左右转速低速运行，这将有助于机组冷却和防止局部过热。对于卧式机组，禁止在火完全熄灭前将机组完全停下，防止大轴因受热不均而弯曲。灭火时还应注意不要破坏发电机的密封；火熄灭后进人发电机检查时，应戴防毒面具以防中毒。如果是发电机引出线着火，则应立即停机，切断励磁电流后，用干式灭火器灭火。三、水轮发电机的运行维护及试验 、水轮发电机组的运行维护 (1)运行人员必须经常监视发电机的各部分表计变化，及时调整电压，保证电能质量。合理分配机组负荷，力求经济运行，避免机组在振动区运行。 (
