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1、同步发电机的运行,主讲人：张国林,招电力专业人才，上电力英才网,学习内容,1、发电机的基本结构及原理。2、励磁系统基本构成3、发电机运行监视及事故处理4、发电机系统的检查及倒闸操作5、EXC9000励磁装置6、UN5000励磁装置7、发电机附属设备简介：同期装置、热风循环装置，FJR-II绝缘过热监测装置，射频监测装置。,问题：,同步发电机的工作原理？同步发电机如何启动？同步发电机正常运行、过负荷运行、异步运行、进相运行、过励磁运行各有何特点？,300MW水氢氢冷发电机定子,同步发电机的运行,基本要求1、大型同步发电机参数的特点2、汽轮发电机和水轮发电机参数的特点2、发电机的P-Q图及正常运行
2、特性3、同步发电机的异步运行、不对称运行、进相运行、过励磁运行的特性,发电机转子结构,（2）转子部分：主要包括转子铁心和励磁绕组,1）转子铁心：采用导磁材料，一般由整块钢制成或由钢板叠压而成,2）励磁绕组：缠绕在转子磁极铁心上，通入直流电流，产生励磁磁场。,（3）气隙：定子与转子之间的空隙,电动势的生成原理,（1）感应电动势,1）感应电动势的产生：励磁磁场随转子旋转，切割定子绕组,2）感应电动势的频率：,3）感应电动势的波形：正弦变化,4）感应电动势的对称性：三相绕组在空间上相差120度，感应电动势相位互差120度,同步发电机的基本工作原理,（2）三相负载电流与电磁转矩,三相对称电流产生旋转磁
3、场，该磁场与转子励磁磁场作用，产生电磁转矩，其方向与转子旋转方向相反，为制动转矩，原动机要克服电磁转矩做功，实现从机械能转换为电能,4、汽轮发电机与水轮机结构简介,汽轮发电机：转速高，一般3000r/min，无明显突出磁极，励磁绕组放在转子槽内,水轮发电机：转速较低，极数多，励磁绕组套在转子磁极上,5、发电机的励磁系统,-为同步发电机提供励磁电流,励磁方式,直流励磁机,交流励磁机,静止励磁方式,交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）,交流励磁机旋转整流器励磁方式（无刷）,采用自励恒压中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图,采用永磁式中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图,
4、无刷励磁系统原理图,自并励励磁系统原理图,静态励磁基本原理图,汽轮发电机组,定子发出三相100HZ交流电流,可控硅整流,同步发电机励磁绕组,永磁副励磁机,定子发出三相400-500HZ交流电流,可控硅整流,主励磁机转子绕组,主励磁机,6、发电机的启动,锅炉点火 升温升压 汽轮机暖管 升速至额定转速 低速暖机 校核发电机具备并网条件,发电机的启动,冷备用状态 检修人员已向运行人员办理了工作票终结手续，全部检修人员已撤离现场，“在此工作”牌已全部除去，常设遮拦恢复并挂上“高压，生命危险！”标志，所有接地措施均已解除，各部分绝缘电阻测量合格。,检修状态 发电机处于停止状态，有关电源（出线、励磁系统、
5、电压互感器）及所有的操作电源均已隔绝，并按电气工作票的要求执行安全措施，如在规定部位挂上接地线或合上接地隔离开关，一、二次设备把手上挂好“有人工作，禁止合闸”牌，各有关检修现场已挂上“在此工作”牌。有关气源、水源如：氢气置换，内冷水已停，封闭母线热风循环装置停用等。,发电机的启动,热备用状态 除高压断路器未合外，所有的一/二次设备（包括合上应投入运行设备的隔离开关、电压互感器的初、次级、励磁系统已改至热备用，操作电源已投入）均已投运。,运行状态 将高压断路器经同期合上，即机组与主系统并列。,发电机的冷启动规程,备用变向厂用电系统供电；锅炉点火，汽轮机冲转，电液调速打到低转速档，在达到500转/
6、分前，每分钟增加100转，之后，在达到1000转/分时检查机组的振动等情况，暖机半小时，机组过临界时升速率自动改为转分，在达到2800转/分后，电液调速打到高速档，每分钟增加50转，在转速稳定后准备同期并网。自动励磁投入，手动调节励磁，当转速、电压幅值、相角差符合要求时并网运行。发电机接带负荷：增大汽门，同时增加发电机的有功和无功输出，直到达到稳定运行状态。,7、发电机中性点接地方式,采用非直接接地方式：不接地、经消弧线圈接地、经高阻抗接地。发电机绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路连接元件（主母线、厂用分支、主变压器低压绕组等）的对地电容电流，该电流超过允许值将烧
7、伤定子铁芯，进而损坏定子绕组的绝缘，引起匝间或相间的短路。,中性点不接地方式,适用于单相接地电流不超过允许值的125MW及以下中小机组。发电机中性点应装设电压为额定相电压的避雷器，防止三相进波在中性点反射引起过电压；有发电机电压架空直配时线时，在发电机出线端应装设电容器和避雷器，以削弱进入发电机的冲击波陡度和幅值。,经消弧线圈接地方式,适用于单相接地电流超过允许值的中小机组或要求能带单相接地故障运行的200MW及以上的大机组。对具有直配线的发电机，消弧线圈可直接接在发电机的中性点，也可接在厂用变压器的中性点，并宜采用过补偿方式；对单元接线的发电机，消弧线圈应接在发电机的中性点，并宜采用欠补偿方
8、式；补偿后的单相电流小于1A，可不跳闸停机，仅作用于信号，提高供电的可靠性。,经高电阻接地方式,适用于200MW及以上的大机组。具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜。部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻。发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不超过1015A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护不带
9、时限立即跳闸。,8、发电机的冷却方式,二、同步发电机的参数及其额定值,125MW同步发电机的主要技术参数,额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据,300MW同步发电机的主要技术参数,同步发电机运行参数,同步发电机的额定参数电压、电流、功率、功率因数、转速、励磁电流、励磁电压、长期容许温度、冷却介质温度等。,额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据,发电机运行规程的原则在运行中不要发生电气损坏、机械故障和缩短寿命，即定子绕组、转子绕组、铁心温度都不超过容许值，各部分产生的应力都不超过容许限度。,发电机可以在各个运行参数不同于额定值时运行,冷却介质不同于额定值时对额定
10、容量的影响,冷却介质温度不同于额定值,容许负荷会增减,定子绕组和转子绕组温度不超过容许值,冷却介质温度低于额定值，发电机按转子电流容许增大的倍数提高出力,冷却介质温度高于额定值，发电机按定子电流限制来减少出力,冷却介质温度比额定值每低1度所增加的电流倍数 小于 冷却介质比额定值每高1度所降低的电流倍数,端电压不同于额定值时发电机运行,发电机端电压在额定电压5%变动,发电机可以保持额定出力不变,定子电压降低5%,定子电流增加5%,定子电压增加5%,定子电流降低5%,定子电压低于95%,定子电流不超过额定值的5%,发电机降低出力,定子电压高于105%,端电压最高和最低限值为额定值的110%-90%
11、,频率和功率因数不同于额定值时发电机运行,运行频率在0.5HZ变化,容许发电机保持额定出力不变,频率高于额定值,转子机械强度限制,发电机效率下降,频率低于额定值,发电机各部分温度升高,汽轮机叶片易损坏,发电机容许在不同于额定功率因数运行,定子电流不超过容许值,高于额定值,转子电流不超过容许值,低于额定值,满足稳定极限,进相运行,大型发电机参数变化对电力系统影响,有效材料利用提高,采用直接冷却系统,大型发电机,参数变化趋势：阻抗值增大，机械时间常数降低,线路不长,阻抗增大,静态稳定储备降低,最大电磁转炬与发电机电抗成反比,阻抗增大,机械时间常数与临界切除时间的平方成正比,机械常数降低,暂态稳定性
12、能下降,合理选择和整定励磁控制的参数,同步发电机的正常运行,发电机正常运行属于容许长期连续运行的工作状态,发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等都在容许范围以内，是最常见的额定工作状态,发电机容许运行范围取决于四个条件：1、原动机额定功率大于或等于发电机额定功率2、定子发热决定发电机额定容量3、转子发热决定发电机磁场和励磁机的最大励磁电流4、进相运行时发电机有功输出受到静态稳定限制,发电机的容许运行范围,定子额定电流,转子额定电流,电流有功分量,电流无功分量,转子电流限制,定子电流限制,原动机额定出力限制,静态稳定运行限制,凸极机的容许运行,凸极机与隐极机的安全运行极限基本相同（1、2、3条
13、）,在进相运行时，凸极机的安全运行极限比隐极机的大,同步发电机的正常运行特性1,调整有功功率，维持励磁不变,改变进汽门或导水翼,有功增加,无功减少,发电机稳定运行下有功增加的极限为静态稳定极限,增加励磁电流可以增大静态稳定极限,同步发电机的正常运行特性2,调整励磁，维持有功不变,改变发电机转子电流,发电机处于过励状态,向系统输出无功,励磁电流越大，向系统输出的无功和定子电流越大,发电机处于欠励状态,向系统吸收无功,励磁电流越小，向系统输出的无功和定子电流越大,同步发电机的非正常运行1,最常见的非正常工作状态：过负荷、异步运行、不对称运行,电力系统发生故障,发电机定子或转子短时过负荷,电机绕组可
14、能会超过容许限度,过负荷持续时间,发电机冷却方式,只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续供电，才能容许发电机短时过负荷。,同步发电机的非正常运行2,励磁系统故障,误切励磁开关而失去励磁,由于短路使发电机失步,发电机异步运行,发电机超出同步转速运行,发电机转子和定子旋转磁场出现相对运动,在转子绕组、阻尼绕组等感应出频差交流电流,发电机向系统输出有功,转速增大至制动异步转矩与旋转转矩相等,同步发电机的非正常运行2,发电机异步运行,从系统吸收大量无功功率,发电机端电压及附近电压下降,所需无功功率与发电机电抗和转差率有关,汽轮发电机,有阻尼绕组的水轮发电机
15、,电抗大，转差率小,无阻尼绕组的水轮发电机,短时间（15-30min）的异步运行是容许的,转差率小，阻尼绕组有过热危险,容许几秒钟异步运行,转速增大，负荷减少为零,必须与系统断开,同步发电机的非正常运行3,负荷不对称（电气机车、电弧炉）,输电线路不对称（断线）,发电机不对称运行,定子绕组额外产生负序电流,转子过热,机械振动,转子发热严重,汽轮发电机,机械振动不大,转子发热小,机械振动较大,水轮发电机,同步发电机的非正常运行3,发电机不对称运行,长时间运行,短时间运行,长时间容许负荷决定于三条件,负荷最重相定子电流不超过发电机额定电流,转子最热点温度不超过容许温度,不对称运行时的机械振动不超过容
16、许范围,短时间容许负荷决定于短路中负序电流所引起的温升,同步发电机的进相运行,进相运行,定子电流超前端电压,发电机欠励磁运行,向系统提供有功功率,向系统吸收无功功率,电磁参数对称,保持同步转速,1、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，甚至超过容许的温度限值。,2、进相运行的发电机与电力系统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达到稳定极限而失步。,进相运行时的有功功率和无功功率是有限制的,特点,同步发电机的进相运行,定子绕组温升限制,转子绕组温升限制,定子端部温升限制,外阻抗为零时的静稳定极限,外阻抗不为零时的静稳定极限,同步发电机的进
17、相运行,1、带自动电压调节器后，进相能力明显增加2、发电机短路比大，进相能力强3、发电机与系统连接紧密时，进相能力强，边远地区孤立电厂的进相能力弱，甚至不能进相4、系统电压越高，无功储备越大，则发电机进相时端电压下降越少，发电机进相运行能力越强5、机组所带的有功功率越多，则功角越大，静态稳定储备越低,同步发电机的进相运行,发电机端部的漏磁由定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁组成的合成磁通,迟相进相,端部合成磁通增大,铁心及端部构件上感应涡流增大,产生附加发热,功率因数的变化所致,同步发电机的进相运行,当发电机由迟相运行转入进相运行时，随着功率因数的降低，发电机容许出力剧烈下降,同步发电机的过励
18、磁运行,发电机的电压与磁通和频率的乘积成正比,电压上升到一定范围,频率下降到一定范围,发电机的磁通剧烈上升，发电机铁心饱和,发电机进入过励磁状态,负荷甩开后电压升高,单独运行时励磁电流过大,测定空载饱和特性时,同步发电机的过励磁运行,短时间过励磁容许范围决定于漏磁感应的循环电流及产生的局部过热,长时间过励磁的容许范围决定于定子铁损的增加和铁心过热,小结,1、大型同步发电机参数的特点2、汽轮发电机和水轮发电机参数的特点2、发电机的P-Q图及正常运行特性3、同步发电机非正常运行的特性：短时过负荷、异步运行、不对称运行4、同步发电机特殊运行方式的特性：进相运行、过励磁运行,发电机系统的相关操作,发电
19、机几种状态：检修、冷备用、热备用、运行。发电机绝缘测量：定子、转子。主要操作及检查内容：出口开关、刀闸、出口PT、厂用分支开关、主变高厂变冷却系统、主变中性点接地刀闸、发电机中性点接地变、绝缘过热装置、射频监测装置。励磁系统、发变组保护装置、发变组测控装置、同期装置、故障录波装置、等！AVC的投退操作、并网前后应该注意的几个压板：事故总信号、灭磁开关联跳、关闭主汽门,运行监视及事故处理,发变组的几种状态：检修、冷备用、热备用、运行。暂按规程讲解。结合实际的倒闸操作票进行讲解。,五号发变组系统图,我厂励磁系统简介,一期励磁系统采用广州擎天电气有限公司型号为EXC9000双通道微机静态励磁装置：,
20、EXC9000原理图,EXC9000通道示意图及切换,1、每个自动通道均可以实现AVR自动控制及手动给定控制，其反馈量为机端电压值。2、B通道为第一备用通道，C通道为第二备用通道。3、C通道为纯励磁电流手动通道，其反馈量为励磁电流值。4、正常为A通道运行，当A通道故障时自动无扰切换到B通道。A通道恢复正常可手动无扰切回至A通道运行5、如B通道运行时又发生故障，则自动无扰切换至C通道运行，采用人工纯励磁电流调节方式。6、C通道运行时可手动切回至A或B通道运行。但B通道运行时如B通道发生故障则不会自动切至A通道。,EXC9000功能,调节功能,调节功能,EXC9000功能,调节器数学模型,EXC9
21、000自动运行方式模型,电力系统稳定器PSS,PSS的作用,交流侧阻容保护,灭磁及过电压保护,灭磁及过电压保护,二期励磁系统画面,二期五六号机组采用瑞士巴顿工业提供的静态励磁系统，型号为：Unitrol5000 ASS-O/U231-A3200,励磁系统基本参数,由一台并接于发电机机端的励磁为压器作为励磁电源经可控硅整流后供给发电机磁场电流；自动电压调节器（）改变可控硅整流装置的触发角来控制发电机的运行工况系统主要由机端励磁变压器（）、可控硅整流装置（）、自动电压调节器（，）、灭磁及过电压保护装置（，）、起励装置（，）以及必要的监测、保护、报警辅助装置等组成。,静态励磁系统构成原理,电源配置及
22、通道跟踪切换,低励限制曲线,软启励,电刷的运行维护,励磁变压器,励磁系统就地控制器,励磁调节柜内部展示,灭磁开关及灭磁电阻,阻容吸收过电压保护元件,跨接器,励磁系统的检查及操作,1、启励电源（汽机MCC上）。2、励磁系统二路直流电源（直流配电屏）。3、检查调节柜内所有小空开均在合位，装置面板显示正常，状态指示正确。4、检查灭磁柜内MK状态正确，开关已储能。下部空开在合位。5、检查各功率柜内风机电源空开在合位，面板显示正常6、检查小室内温度正常，各部件无凝露现象，空调温度设定在24度。7、励磁变的检查（按干式变的检查要求）。8、碳刷、滑环的检查。,AVC投退,操作步骤见Word文档。,AVC画面
23、,AVC控制画面,AVC信号画面,机组画面,THT-FZG-20/0.5,中性点接地电阻的作用,同频差频含义,电力系统并网的两种情况并网的确切定义：断路器联接两侧电源的合闸操作称之为并网，并网有以下两种情况：差频并网：发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近、在相角差为0度时完成并网操作。同频并网：未解列两系统间联络线并网属同频并网（或合环）。这是因并列点两侧频率相同，但两侧会出现一个功角，的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。
24、并网瞬间并列点断路器两侧的功角立即消失，系统潮流将重新分布。因此，同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护动作，或导致并列点两侧系统失步。,SID-2CM-S型微机同期控制器二次线,SID-2CM-S型微机同期控制器,自准 试验 手准,SID-2SL-A同步表,同期并网窗口,保护压板看板管理,1、黄色为功能压板正常投入2、白色为备用压板正常退出不用3、红色为出口压板正常投入,保护压板的几点注意事项,机组解列前应退出：MK联跳，事故总信号机组并列后投入：先投MK联跳，再投事故总信号转子接地保护正常只投一套（一般投I柜）投断水保护时应同时投入非电量延时功能压板,
25、FJR-IIA绝缘过热监测装置,在线监测发电机内部绝缘过热事故隐患，它是早期诊断发电机绝缘过热故障的一种较灵敏装置。通过故障采样，经过质谱分析，能够区分发电机定子线棒、铁芯和转子绕组等不同部位的绝缘过热故障。主要技术指标 工作压力：满足5.3105 Pa为额定氢压及以下的汽轮发电机组 检测流量：26L/min 取样流量：510 L/min 取样容积：100L以上 零点漂移：正常运行24小时，零点漂移不大于表计全量程的3 电流指示：正常运行时100110 报警整定值：751 检测灵敏度：机内绝缘局部过热面积（包括绝缘漆退色）为122 时，电流下降百分率不小于 30 绝缘水平：电源输入回路对外壳的
26、绝缘电阻500M 交流耐压：1500V,FJRA检测原理,FJRA型装置在线检测需接通冷却气体管路，将联接管路与发电机本体构成密闭循环系统。在发电机风扇压力作用下，使机内的冷却气体流经装置内部。冷却气体介质在受到离子室内射线的轰击，使冷却气体介质电离，产生正、负离子对，又在直流电场作用下，形成极为微弱的电离电流（10-12A）。电离电流经放大器（约1010倍）放大后，送电流表显示。如果发电机运行中，其部件绝缘有局部过热时，过热的绝缘材料热分解后，产生冷凝核，冷凝核随气流进入装置内。由于冷凝核远比气体介质分子的体积大而重，负离子附着在冷凝核上，负离子运行速受阻，从而使电离电流大幅度下降电离电流下
27、降率与发电机绝缘过热程度有关。经试验确定，当电流下降到某一整定值时，代表着绝缘早期故障隐患的发生和存在，装置及时发出报警信号。运行人员可根据报警信号频度，结合其它检测仪表指示，综合判断故障隐患的发生和发展，有计划地提早采取相应措施，避免因绝缘过热故障的扩大而导致后期烧毁发电机的重大事故，以此提高发电机的运行安全性。,FJRA投退操作,开机准备：当发电机准备启动前，关闭16号所有阀门，参见图8所示。当发电机启动完毕，运行正常后，准备投入FJRA装置。排放油污。交替打开阀门1和3，逐步排放进气管中的油污，直至排净为止，关闭阀门3；然后交替打开回气管路中阀门4和6。排污后，关闭阀门6。在排放中，不得过快，防止氢气大量外排不安全。装置通氢气运行，顺序缓慢打开阀门2和5。不得过快，否则UB器在气体冲击下容易出现闭锁现象。装置面板上的流量计截门，调整好后，切忌乱动。停机准备：当发电机停机前，运行人员务必先关上装置两侧进、出气阀门2和5；随后才关1和4阀门。切记。,前后面板图,FJRA装置管路连接图,氢冷机组装置中气体置换操作说明,GZ45型热风循环装置,QLFM-20/12500-Z/V 封闭母线,复习题,1、简述发电机的基本结构。2、写出发电机并网操作步骤。3、励磁装置有哪些限制器。4、开机时励磁系统有哪些操作项目？5、发电机有哪几种非正常运行方式？,
