【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)折算成機(jī)組全停的小時(shí)數(shù)。 （ 3）強(qiáng)迫停機(jī)率。強(qiáng)迫停機(jī)率是指在統(tǒng)計(jì)期間機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)與統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)的百分比。 （ 4）等效強(qiáng)迫停機(jī)率。等效強(qiáng)迫停機(jī)率為考慮到降低出力影響的強(qiáng)迫停機(jī)率，即 等效強(qiáng)迫停機(jī)率 = 強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)＋運(yùn)行累計(jì)小時(shí)數(shù)＋ l、 3類等效非計(jì)劃降低出力備用停機(jī)小時(shí)數(shù) 強(qiáng)迫停機(jī)率＋ 3類等效非計(jì)劃降低出力小時(shí)數(shù)之和 100% 21 發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)是電廠的主要設(shè)備之一，它同鍋爐和汽輪機(jī)合稱為火力發(fā)電廠的三大主機(jī)。目前，在電力系統(tǒng)中，幾乎所有的發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、核發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)及太陽能發(fā)電機(jī)等都屬同步發(fā)電機(jī)。盡管其容量大小、原動(dòng)機(jī)類型、構(gòu)造形式、冷卻方式等各有差異，但其工作原理是相同的。 一、同步發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造和工作原理 同步發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，其工作原理如圖所示。由圖可見，同步發(fā)電機(jī)可分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，定子部分主要由定子鐵芯和繞組組成，分為 A、 B、 C三相，均勻的分布在定于槽中；轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組組成，繞組通以直流電，建立發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子繞組（導(dǎo)線）切割了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁力線，就在定子繞組上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)定子繞組接通用電設(shè)備時(shí)，定于繞組中即產(chǎn)生三相電流，發(fā)出電能。 同步發(fā)電機(jī)的工作原理 22 二、同步發(fā)電機(jī)的分類 同步發(fā)電機(jī)因用途不同，結(jié)構(gòu)也相差甚大，一般可按其原動(dòng)機(jī)的類別、本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝方式等進(jìn)行分類。 （ 1）按原動(dòng)機(jī)的類別不同，同步發(fā)電機(jī)可分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)等。 （ 2）按冷卻介質(zhì)的不同，可分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻等。 （ 3）按主軸安裝方式不同，可分為臥式安裝和立式安裝等。 （ 4）按本體結(jié)構(gòu)不同，可分為隱極式和凸極式、旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式等。 同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，主要是由原動(dòng)機(jī)的特性決定的。如汽輪發(fā)電機(jī)，由于轉(zhuǎn)速高達(dá) 3000r／ min，故極對(duì)數(shù)少，轉(zhuǎn)子采用隱極式，臥式安裝；水輪發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)速低（一般在 500r／ min以下）故其極對(duì)數(shù)多，轉(zhuǎn)子采用凸極式，立式安裝。 23 三、同步發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 為使發(fā)電機(jī)按設(shè)計(jì)技術(shù)條件運(yùn)行，一般在發(fā)電機(jī)出廠時(shí)都在銘牌上標(biāo)注出額定參數(shù)，并在說明書中加以說明。這些額定參數(shù)主要有： （ 1）額定容量（或額定功率）。額定容量是指發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)技術(shù)條件下運(yùn)行輸出的視在功率，用 kVA或 MVA表示；額定功率是指發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，用KW或 MW表示。 （ 2）額定定子電壓是指發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)技術(shù)條件下運(yùn)行時(shí)，定子繞組出線端的線電壓，用 kV表示。我國生產(chǎn)的 300MW和 600MW發(fā)電機(jī)組額定定子電壓均為20kV （ 3）額定定子電流 指發(fā)電機(jī)定子繞組出線的額定線電流，單位為 A。 （ 4）額定功率因數(shù)（ COSφ指發(fā)電機(jī)在額定功率下運(yùn)行時(shí)，定于電壓和定子電流之間允許的相角差的余弦值。 300MW機(jī)組的額定功率因數(shù)為 ， 600MW機(jī)組的額定功率因數(shù)為 。 （ 5）額定轉(zhuǎn)速。指正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用 r／ min（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）表示。我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速均為 3000r／ min。 （ 6）額定頻率。我國電網(wǎng)的額定頻率為 50HZ（即每秒 50周）。 （ 7）額定勵(lì)磁電流。指發(fā)電機(jī)在額定出力時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組通過的勵(lì)磁電流，用 A或 kA表示。 （ 8）額定勵(lì)磁電壓。指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流達(dá)到額定值時(shí)，額定出力運(yùn)行在穩(wěn)定溫度時(shí)的勵(lì)磁電壓。 （ 9）額定溫度。指發(fā)電機(jī)在額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最高允許溫度（ ℃ ）。 （ 10）效率。指發(fā)電機(jī)輸出與輸入能量之百分比，一般額定效率在 93％～ 98％之間， 300MW和 600MW大型機(jī)組在 98％以上。 24 ? 四、汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng) ? 發(fā)電機(jī)要發(fā)出電來，除了需要原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)外，還需給轉(zhuǎn)子繞組輸入直流電流（稱為勵(lì)磁電流），建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。供給勵(lì)磁電流的電路，稱為勵(lì)磁系統(tǒng)，包括勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及控制裝置等。 ? 勵(lì)磁系統(tǒng)由兩個(gè)基本部分組成，即勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁功率單元，包括交流電源及整流裝置，它向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（ AVR）是根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流、電壓情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元的勵(lì)磁電流的大小，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要。 ? 勵(lì)磁控制系統(tǒng)指勵(lì)磁系統(tǒng)及其控制對(duì)象 —— 發(fā)電機(jī)共同組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理框圖如下所示。 交流勵(lì)磁電源 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 功率整流裝置 發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁功率單元 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 磁場(chǎng)繞組 25 （一）勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用不僅是在發(fā)電機(jī)中建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而且還對(duì)發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能是： （ 1）在正常運(yùn)行情況下，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，并根據(jù)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流的大小，以維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在給定值（額定電壓值）。 （ 2）當(dāng)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，使各發(fā)電機(jī)組所帶的無功功率穩(wěn)定并實(shí)現(xiàn)合理分配。 （ 3）在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、發(fā)電機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí)，能對(duì)發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁，使勵(lì)磁電壓迅速增升到頂值（ 300MW和 600MW發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)頂值電壓為額定值的 2倍），以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；短路故障切除后，使電壓迅速恢復(fù)正常。 （ 4）當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，能進(jìn)行強(qiáng)行減磁，將勵(lì)磁電流迅速降到安全數(shù)值，以防止發(fā)電機(jī)電壓過分升高。 （ 5）當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障（如定于繞組相間短路，轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地短路）跳閘時(shí)，能對(duì)發(fā)電機(jī)快速滅磁，將勵(lì)磁電流減到零，以減小故障損壞程度。 26 （二）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介 發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式主要有三種：①直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式；②交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式，又分為靜止整流器勵(lì)磁方式（稱有刷勵(lì)磁）和旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁方式（稱無刷勵(lì)磁）；③靜止勵(lì)磁方式（如自共勵(lì)勵(lì)磁方式）。 1．直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 60年代以前，汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式均采用同軸直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁機(jī)，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改變直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，來改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電壓，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和輸出無功功率的目的。目前 100MW以下的汽輪發(fā)電機(jī)仍采用這種勵(lì)磁方式。 隨著機(jī)組容量的不斷增大，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式表現(xiàn)出了明顯的缺陷，一是受換向器所限其制造容量不可能大；二是整流子、碳刷及滑環(huán)磨損，污染環(huán)境，運(yùn)行維護(hù)麻煩；三是勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度慢，可靠性低，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式已無法適應(yīng)大容量汽輪發(fā)電機(jī)的需要。 2． 交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)通常稱為三機(jī)勵(lì)磁方式。發(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)三臺(tái)交流同步發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)不需換向器，而整流裝置和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是靜止的，所以勵(lì)磁容量不會(huì)受到限制。交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如圖所示。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止整流裝置供給，主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的中頻副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)可控整流裝置供給。隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 AVR自動(dòng)地改變主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路中可控整流裝置的控制角，以改變其勵(lì)磁電流，從而改變主勵(lì)磁機(jī)的輸出電壓，也就調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。 調(diào)節(jié)電路 發(fā)電機(jī) 50Hz 副勵(lì)磁機(jī) 主勵(lì)磁機(jī) S 500 Hz 100 Hz N 交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 27 交流勵(lì)磁機(jī)的頻率一般采用 100Hz，交流 副勵(lì)磁機(jī)多采用永磁式中頻同步發(fā)電機(jī)，其頻率一般為 400～ 500Hz，以減少勵(lì)磁繞組的電感及時(shí)間常數(shù)。這樣，既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，又提高了副勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行的可靠性。目前大型汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)多采用永磁式中頻副勵(lì)磁機(jī)。 整流柜采用三相橋式硅二極管整流電路，通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上整流柜并聯(lián)運(yùn)行，并留有備用，因此整流裝置運(yùn)行是可靠的。 交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁方式的勵(lì)磁能源取自主軸功率，不受電力系統(tǒng)擾動(dòng)的影響，工作穩(wěn)定可靠。以大容量的靜止硅整流器代替轉(zhuǎn)動(dòng)的換向整流，就解決了整流子和碳刷的運(yùn)行維護(hù)問題。三機(jī)勵(lì)磁方式目前在國產(chǎn) 30OMW大容量汽輪發(fā)電機(jī)組上廣為采用。 運(yùn)行實(shí)踐表明，三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)存在以下問題： (1)旋轉(zhuǎn)部件多，出故障的機(jī)率較高，而且修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，檢修維護(hù)工作量大。 （ 2）由于機(jī)組軸系長(zhǎng)，軸承座多，使軸振和瓦振值較高，對(duì)軸系穩(wěn)定和機(jī)組的安全運(yùn)行不利。 3．交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)與靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)的主要區(qū)別，是整流裝置是否與軸同轉(zhuǎn)。整流裝置與交流主勵(lì)磁機(jī)及發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，三者相對(duì)靜止，所以可直接相連而無需滑環(huán)、碳刷，因此又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖所示。目前工程中采用的均是旋轉(zhuǎn)二極管形的，旋轉(zhuǎn)可控硅型尚處于試驗(yàn)階段。 （ a）旋轉(zhuǎn)二極管勵(lì)孩系統(tǒng)；（ b）旋轉(zhuǎn)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng) 28 在無刷旋轉(zhuǎn)二極管勵(lì)磁系統(tǒng)中，主勵(lì)磁機(jī)一般采用 100Hz交流勵(lì)磁機(jī)，其 100Hz電流經(jīng)整流后直接送入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。因省去了滑環(huán)和碳刷，使勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、可靠性高，這對(duì)大容量的汽輪發(fā)電機(jī)組是適用的，但同時(shí)也帶來兩個(gè)新問題：一是不能用常規(guī)方法直接測(cè)量轉(zhuǎn)子電流、溫度和對(duì)地絕緣，而必須采用其他方法；二是無法在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路裝設(shè)滅磁開關(guān)，而只能裝于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路，使滅磁時(shí)間延長(zhǎng)（ 20s），好在這些問題已用其他方法得到解決。目前，美國西屋公司、日本三菱公司、德國西門子公司和法國阿爾斯通公司生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)多采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，而且已用于 1200MW的汽輪發(fā)電機(jī)。我國近年來引進(jìn)了西屋公司無刷勵(lì)磁技術(shù)，已在 300MW及 600MW大型汽輪發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用。 4．自并勵(lì)勵(lì)磁（靜止勵(lì)磁）系統(tǒng) 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)自身供給，整個(gè)勵(lì)磁裝置沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，因此又稱為靜止勵(lì)磁系統(tǒng)或全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。如圖所示為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理圖。用一只接在機(jī)端的勵(lì)磁變壓器取得勵(lì)磁電源，通過受勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制的可控硅整流裝置，直接控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，這種勵(lì)磁方式比前述幾種都簡(jiǎn)單，因此又稱簡(jiǎn)單自勵(lì)方式。 29 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)