【正文】 意負(fù)荷上升速度，對(duì)于汽輪機(jī)，為了防止過(guò)渡的熱膨脹，負(fù)荷上升速度不能太快，從空載到滿(mǎn)負(fù)荷，通常要幾小時(shí)。它的特點(diǎn)是：發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷、電壓、電流等都在允許范圍以?xún)?nèi)，因而它是一種穩(wěn)定的、對(duì)稱(chēng)的工作狀態(tài)，其中最常見(jiàn)的是額定工作狀態(tài)，即有功負(fù)荷、電壓、功率因數(shù)、頻率、冷卻介質(zhì)溫度都是額定值。時(shí)，電磁功率由正變負(fù)，說(shuō)明發(fā)電機(jī)不再向電網(wǎng)輸送有功功率，而從電網(wǎng)吸收有功功率，即電機(jī)從發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變成電動(dòng)機(jī)或調(diào)相機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。時(shí)，電磁功率隨著功角的增加而增加；當(dāng)＝90176。所以稱(chēng)角為功角。六、功角特性功角特性是指同步發(fā)電機(jī)接在電網(wǎng)上穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角之間的關(guān)系。五、調(diào)整特性調(diào)整特性是指同步發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，端電壓和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與負(fù)載電流的關(guān)系曲線(xiàn)，圖713是同步發(fā)電機(jī)在不同功率因數(shù)時(shí)的調(diào)整特性曲線(xiàn)。用負(fù)載特性曲線(xiàn)、空載特性曲線(xiàn)、短路特性，可以測(cè)定發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)，這是發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。顯然，勵(lì)磁繞組存在匝間短路時(shí)，因安匝數(shù)的減少，短路特性曲線(xiàn)是會(huì)降低的。在做短路特性試驗(yàn)時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)三相繞組的出線(xiàn)端短路。由圖79可見(jiàn)，空載特性曲線(xiàn)與發(fā)電機(jī)磁路的磁化曲線(xiàn)相同。同步發(fā)電機(jī)的等值電路和相量圖由式(77)可得同步發(fā)電機(jī)的等值電路如圖77所示。如果不計(jì)磁路飽和，則電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電樞反應(yīng)磁通、電樞反應(yīng)磁通勢(shì)和電樞電流成正比關(guān)系。所以負(fù)載時(shí)定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)包括轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)感應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)、電樞磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)和漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。三、同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等值電路和相量圖同步發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁量同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于定子三相繞相中有電流通過(guò)，也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱(chēng)之為電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)以與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)相同的轉(zhuǎn)速，相同的方向旋轉(zhuǎn)。額定電流額定電流是指發(fā)電機(jī)正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)，定子繞組允許通過(guò)的最大線(xiàn)電流，單位為安(A)。我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率規(guī)定為50Hz，因此，當(dāng)＝3000r/min時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)為一對(duì)極；當(dāng)＝1500r/min時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)為兩對(duì)極，依次類(lèi)推。因此，三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上也差120176。磁極的形狀決定了氣隙磁密在空間基本上按正弦規(guī)律分布。在同步發(fā)電機(jī)的定子鐵芯內(nèi)，對(duì)稱(chēng)地安放著A－X、B－Y、C－Z三相繞組。二、雙流環(huán)式油密封如下右圖所示。油密封從結(jié)構(gòu)上可分為盤(pán)式(徑向軸封)和環(huán)式(軸向軸封)兩種。如上圖是典型供油系統(tǒng)。從運(yùn)行安全上考慮，～，（）。它的作用是防止外界氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部或阻止氫氣從機(jī)內(nèi)漏出，以保證電機(jī)內(nèi)部氣體的純度和壓力不變。供水系統(tǒng)的組成：2個(gè)水冷卻器、2臺(tái)水泵、3個(gè)過(guò)濾器、離子交換器、水箱和一系列指示儀表及信號(hào)器等。⑥保持高質(zhì)量的冷卻水質(zhì)(除鹽水，又稱(chēng)凝結(jié)水)。㈤供水系統(tǒng)采用水冷方式的汽輪發(fā)電機(jī)需要建立的供水系統(tǒng)，主要用于定子的冷卻。供氣系統(tǒng)的組成：制氫站、供氣管路、排氣管路、氫氣過(guò)濾器、液位控制器、氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀表、氫氣干燥器、氣體控制屏等。⑷設(shè)置一套氣體純度分析儀及氣體純度計(jì)，以監(jiān)視氫氣的純度。⑴氫氣由中央制氫站或儲(chǔ)氫罐提供。東方電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的(采用GE技術(shù))和北侖港電廠(chǎng)的(日東芝產(chǎn)GE技術(shù))600MW汽輪發(fā)電機(jī)，則是采用帶有氣隙隔環(huán)的“六進(jìn)七出”的多路通風(fēng)結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子沿軸向共有13個(gè)風(fēng)區(qū)。定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組采用五進(jìn)六出相對(duì)應(yīng)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，即沿發(fā)電機(jī)軸向長(zhǎng)度分為五個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)和六個(gè)出風(fēng)區(qū)，進(jìn)出風(fēng)區(qū)交替布置。為防止勵(lì)端風(fēng)路短路，在勵(lì)端鐵芯端部的氣隙處設(shè)有氣隙隔環(huán)。其通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)類(lèi)似下圖所示(平圩電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)的兩組立式氫氣冷卻器布置在發(fā)電機(jī)汽端兩側(cè))。汽勵(lì)兩端進(jìn)入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的氫氣都從鐵芯中段徑向風(fēng)道排出。⒈半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)如圖。直流勵(lì)磁電流一般是通過(guò)電刷和集電環(huán)引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，形成轉(zhuǎn)子的直流電路。沿轉(zhuǎn)子鐵芯軸向，鐵芯表面三分之二的部分對(duì)稱(chēng)地銑有凹槽，槽的形狀有兩種，一種為輻射排列，一種是平行排列，如圖所示。對(duì)于一對(duì)磁極的汽輪發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min。汽輪發(fā)電機(jī)多采用雙層疊繞組。整個(gè)鐵芯用非磁性的端壓板和抱緊螺桿壓緊固定于機(jī)座上。定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，同時(shí)也嵌放定子繞組。有些發(fā)電機(jī)的主勵(lì)磁機(jī)采用定子勵(lì)磁，三相繞組裝在轉(zhuǎn)子上，三相電流順轉(zhuǎn)軸引到同軸旋轉(zhuǎn)的整流裝置整流送到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，采用了無(wú)刷勵(lì)磁。表 引進(jìn)型600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)運(yùn)行廠(chǎng)平圩發(fā)電廠(chǎng)北倫港電廠(chǎng)1機(jī)石洞口二廠(chǎng)元寶山電廠(chǎng)生產(chǎn)廠(chǎng)家哈爾濱日本東芝ABB法國(guó)AA機(jī)型QSFN6002ANKS50WT23E6002T260640額定功率MW600600600最大連續(xù)出力MW定子額定電壓kV20202420功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min3000300030003000冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水氫氫頻率Hz50505050定子繞組進(jìn)水溫℃45~50464535定子繞組溫升℃50546065勵(lì)磁電流A/電壓V5900/4804700/5105080/4842963/592轉(zhuǎn)子額定氫壓MPa轉(zhuǎn)子進(jìn)氫溫度℃45177。Ｂδ為氣隙磁通密度，T，受硅鋼片飽和的影響不宜過(guò)大。表 國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增長(zhǎng)速度時(shí)間1952195419571958195919601969197019741994型號(hào)QF32QF62QF122QF252QF502TQN1002QFS1252QFQS2002QFQS2002QFSN3002QFSN6002單機(jī)容量MW36122550100125200300600冷卻方式空冷空冷空冷空冷氫外冷氫外冷雙水內(nèi)冷水氫氫水氫氫水氫氫水內(nèi)冷提高發(fā)電機(jī)單機(jī)容量，不能只靠增加電機(jī)體積，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件和護(hù)環(huán)鍛件的機(jī)械性能極限使鍛件尺寸受到限制，因此隨著單機(jī)容量增加，材料利用率越來(lái)越高，單位體積的發(fā)熱量也大為增加，為限制發(fā)電機(jī)溫度，必須在冷卻上采取強(qiáng)化措施。下表示出了我國(guó)國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增長(zhǎng)速度。發(fā)電機(jī)鐵芯也采用氫氣冷卻。而采用水作為冷卻介質(zhì)，為電機(jī)技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一條嶄新的道路，當(dāng)水的流速僅為空氣的百分之幾時(shí)，它的冷卻能力比空氣大幾十倍。二、同步發(fā)電機(jī)的冷卻發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于繞組中的電流和鐵芯中的交變磁通會(huì)產(chǎn)生熱量，這種熱量會(huì)使發(fā)電機(jī)溫度升高，隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，溫升也越來(lái)越高。⑷雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)QFSS系列，如QFSS2002，其型號(hào)的意義為：Q－汽輪，F(xiàn)－發(fā)電機(jī)，S－定子繞組水內(nèi)冷，S－轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，數(shù)字解釋同⑴。按照發(fā)電機(jī)機(jī)安裝方式不同可分為：⑴臥式；⑵立式；按照冷卻方式不同可分為：⑴水氫氫：定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷；⑵水水空：定子、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、鐵心空冷；⑶水水氫：定子、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、鐵心氫冷。第八章 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠(chǎng)最主要的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理將原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的動(dòng)能通過(guò)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成為電能。⒊按照冷卻介質(zhì)不同分為：⑴空氣冷卻；⑵氫氣冷卻；⑶水冷卻等。⑶氫內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)QFN系列，如QFN1002，其型號(hào)的意義為： Q－汽輪，F(xiàn)－發(fā)電機(jī)，N－氫內(nèi)冷，數(shù)字解釋同⑴。⑵傘式水輪發(fā)電機(jī)TSS系列，如TSS1260/16048，其型號(hào)的意義為：S－水輪，T－同步，S一雙水內(nèi)冷，數(shù)字解釋同⑴。一般汽輪發(fā)電機(jī)從空冷改為氫冷后，可提高出力2035%，冷卻方法從冷卻介質(zhì)接觸絕緣外部的間接冷卻進(jìn)展到與銅線(xiàn)的內(nèi)部接觸直接冷卻，稱(chēng)之內(nèi)冷式，大大提高了冷卻效果。大型同步發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的冷卻有：定子、轉(zhuǎn)子氫表冷，額定容量SN≤100MW；轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷、定子氫表冷，額定容量SN≤250MW；定子、轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷，額定容量SN≤1000MW；轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷、定子鐵心氫表冷、定子繞組水內(nèi)冷，額定容量SN≤1200MW；水氫冷發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是，定子繞組用水冷卻，轉(zhuǎn)子繞組采用氫氣冷卻，一般水源取自汽輪機(jī)的凝結(jié)水，這種水源比較清潔，符合冷卻水質(zhì)的要求。三、同步發(fā)電機(jī)的額定容量同步發(fā)電機(jī)的額定容量是電力系統(tǒng)發(fā)展的重要標(biāo)志。如系統(tǒng)容量小于1000MW，單機(jī)最大容量一般是系統(tǒng)容量的4~6%；系統(tǒng)容量在1000~10000MW，單機(jī)最大容量一般是系統(tǒng)容量的6~10%；系統(tǒng)容量在大于10000MW，單機(jī)最大容量一般可以超過(guò)系統(tǒng)容量的10%。為定子鐵心有效長(zhǎng)度，m，因轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度與直徑的比例不能太大，所以受轉(zhuǎn)子剛度、撓度的限制不宜過(guò)大。以下3表分別是國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)表 進(jìn)口300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)制造國(guó)廠(chǎng)家美國(guó)西屋美國(guó)通電前蘇聯(lián)эС意大利法國(guó)羅馬尼亞運(yùn)行廠(chǎng)石槽上安元寶山蒲城機(jī)型AB3502ТББ3002THA3202額定功率MW300379300320300330額定電壓kV202318202224額定電流kA功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min300030003000300030003000冷卻方式全氫水氫氫水氫氫水氫氫水氫氫水氫氫額定氫壓MPa效率%短路比勵(lì)磁方式無(wú)刷機(jī)內(nèi)勵(lì)高頻整流可控硅可控硅可控硅表 國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)型號(hào)QFSN3002QFSN3002QFSN3002QFS3002QFN3002生產(chǎn)廠(chǎng)東方電機(jī)廠(chǎng)哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)上海電機(jī)廠(chǎng)上海電機(jī)廠(chǎng)上海電機(jī)廠(chǎng)額定功率MW300300300300300額定電壓kV2020201820額定電流A1019010190101901132010190功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min30003000300030003000冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水水空氫氫氫額定氫壓MPa(水壓)效率%短路比勵(lì)磁方式三機(jī)同軸交流靜止SCR三機(jī)同軸交流靜止SCR三機(jī)同軸交流旋轉(zhuǎn)SCR三機(jī)同軸交流靜止SCR三機(jī)同軸交流旋轉(zhuǎn)SCR勵(lì)磁電流/電壓2203A/426V2642A/365V2510A/302V1844A/483V2698A/403V容量增長(zhǎng)情況、進(jìn)口300MW、600MW機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和國(guó)產(chǎn)300MW、600MW機(jī)組的主要參數(shù)。副勵(lì)磁機(jī)采用永磁性轉(zhuǎn)子，定子發(fā)出400～500Hz的交流經(jīng)可控硅整流后給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，主勵(lì)磁機(jī)則發(fā)出100Hz的交流經(jīng)可控硅整流后給同步發(fā)電機(jī)，QFSN3002型30萬(wàn)kW發(fā)電機(jī)組就是采用這種三機(jī)勵(lì)磁方式。㈠定子定子由定子鐵芯、定子繞組(也叫電樞繞組)、機(jī)座、端蓋及擋風(fēng)裝置等部件組成。當(dāng)定子鐵芯外徑大于1m時(shí)，用扇形沖片拼成一個(gè)整圓，錯(cuò)縫疊裝，沿軸向分成若干段，段與段之間留有1cm寬的風(fēng)道。定子繞組用銅線(xiàn)或鋁線(xiàn)制成。㈡轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組 (也叫勵(lì)磁繞組)、滑環(huán)、轉(zhuǎn)軸等部件組成。轉(zhuǎn)子鐵芯既是電機(jī)磁路的一部分，又是固定勵(lì)磁繞組的部件，大型汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子一般采用導(dǎo)磁性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的合金鋼鍛成，并和軸鍛成一個(gè)整體。勵(lì)磁繞組由矩形的扁銅線(xiàn)繞成同心式繞組，嵌放在鐵芯槽中，所有繞組串聯(lián)組成勵(lì)磁繞組。㈢通風(fēng)冷卻系統(tǒng)介紹幾種典型的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)。其中一路直接進(jìn)入汽端鐵芯2和轉(zhuǎn)子繞組軸向冷卻風(fēng)道，另一路經(jīng)機(jī)殼上的風(fēng)道送至勵(lì)端(即發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)側(cè))進(jìn)入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的另一半軸向冷卻風(fēng)道。⒉定子鐵芯軸向通風(fēng)和轉(zhuǎn)子繞組半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)平圩電廠(chǎng)600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)(引進(jìn)美國(guó)WH公司技術(shù))采用這種冷卻系統(tǒng)。鐵芯的軸向出風(fēng)和轉(zhuǎn)子的氣隙出風(fēng) (熱氫)都被高壓頭風(fēng)扇抽出再進(jìn)入冷卻器，完成氫氣的機(jī)內(nèi)循環(huán)冷卻功效。定子鐵芯徑向通風(fēng)冷卻，轉(zhuǎn)子繞組采用氣隙取氣雙排斜流通風(fēng)(一風(fēng)斗二路)冷卻方式。優(yōu)化設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)QFSN6002YH型水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，定、轉(zhuǎn)子沿軸向有11個(gè)風(fēng)區(qū)，為帶有氣隙隔環(huán)的“五進(jìn)六出”的定、轉(zhuǎn)子徑向藕合的多路(流)通風(fēng)系統(tǒng)。如圖為QK33001型供氣系統(tǒng)，各種不同型號(hào)的汽輪發(fā)電機(jī)，供氣系統(tǒng)基本上相同，其主要特性如下。⑶設(shè)置一只氫氣干燥器，以除去機(jī)內(nèi)氫氣中的水分，保持機(jī)內(nèi)氫氣干燥和純度。下圖為利港發(fā)電廠(chǎng)供氣系統(tǒng)圖。以上是兩種600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的供氣系統(tǒng)圖。⑤控制進(jìn)入定子繞組的冷卻水溫度達(dá)到要求值。如圖是典型供水系統(tǒng)。㈥密封油及供油系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與端蓋之間的密封裝置稱(chēng)軸封。為此，油壓必須高于氫壓，才