【文章內(nèi)容簡介】 方式主要有三種：①直流勵磁機(jī)勵磁方式；②交流勵磁機(jī)勵磁方式，又分為靜止整流器勵磁方式（稱有刷勵磁）和旋轉(zhuǎn)整流器勵磁方式（稱無刷勵磁）；③靜止勵磁方式（如自共勵勵磁方式）。 1．直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 60年代以前，汽輪發(fā)電機(jī)的勵磁方式均采用同軸直流發(fā)電機(jī)作為勵磁機(jī)，通過勵磁調(diào)節(jié)器改變直流勵磁機(jī)的勵磁電流，來改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電壓，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵磁電流，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)仍采用這種勵磁方式。 隨著機(jī)組容量的不斷增大，直流勵磁機(jī)勵磁方式表現(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，運行維護(hù)麻煩；三是勵磁調(diào)節(jié)速度慢，可靠性低，直流勵磁機(jī)勵磁方式已無法適應(yīng)大容量汽輪發(fā)電機(jī)的需要。 2．交流勵磁機(jī)靜止整流器勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)電路發(fā)電機(jī)50Hz副勵磁機(jī)主勵磁機(jī)S500 Hz100 HzN交流勵磁機(jī)靜止整流器勵磁系統(tǒng)原理圖 交流勵磁機(jī)靜止整流器勵磁系統(tǒng)通常稱為三機(jī)勵磁方式。發(fā)電機(jī)、主勵磁機(jī)和副勵磁機(jī)三臺交流同步發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，勵磁機(jī)不需換向器，而整流裝置和勵磁調(diào)節(jié)器是靜止的，所以勵磁容量不會受到限制。交流勵磁機(jī)靜止整流器勵磁系統(tǒng)原理圖如圖所示。發(fā)電機(jī)的勵磁電流由同軸的交流主勵磁機(jī)經(jīng)靜止整流裝置供給，主勵磁機(jī)的勵磁電流由同軸的中頻副勵磁機(jī)經(jīng)可控整流裝置供給。隨著發(fā)電機(jī)運行參數(shù)的變化，勵磁調(diào)節(jié)器AVR自動地改變主勵磁機(jī)勵磁回路中可控整流裝置的控制角，以改變其勵磁電流，從而改變主勵磁機(jī)的輸出電壓，也就調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的勵磁電流。 交流勵磁機(jī)的頻率一般采用100Hz，交流副勵磁機(jī)多采用永磁式中頻同步發(fā)電機(jī)，其頻率一般為400～500Hz，以減少勵磁繞組的電感及時間常數(shù)。這樣，即簡化了結(jié)構(gòu)，又提高了副勵磁機(jī)運行的可靠性。目前大型汽輪發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)多采用永磁式中頻副勵磁機(jī)。 整流柜采用三相橋式硅二極管整流電路，通常由兩個或兩個以上整流柜并聯(lián)運行，并留有備用，因此整流裝置運行是可靠的。 交流勵磁機(jī)靜止硅整流器勵磁方式的勵磁能源取自主軸功率，不受電力系統(tǒng)擾動的影響，工作穩(wěn)定可靠。以大容量的靜止硅整流器代替轉(zhuǎn)動的換向整流，就解決了整流子和碳刷的運行維護(hù)問題。三機(jī)勵磁方式目前在國產(chǎn)30OMW大容量汽輪發(fā)電機(jī)組上廣為采用。 運行實踐表明，三機(jī)勵磁系統(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)時間較長，檢修維護(hù)工作量大。 （2）由于機(jī)組軸系長，軸承座多，使軸振和瓦振值較高，對軸系穩(wěn)定和機(jī)組的安全運行不利。 3．交流勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵磁系統(tǒng)與靜止硅整流器勵磁系統(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磁機(jī)及發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)時，三者相對靜止，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階段。 （a）旋轉(zhuǎn)二極管勵孩系統(tǒng)；（b）旋轉(zhuǎn)可控硅勵磁系統(tǒng) 在無刷旋轉(zhuǎn)二極管勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機(jī)一般采用100Hz交流勵磁機(jī)，其10OHz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，使勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)、可靠性高，這對大容量的汽輪發(fā)電機(jī)組是適用的，但同時也帶來兩個新問題：一是不能用常規(guī)方法直接測量轉(zhuǎn)子電流、溫度和對地絕緣，而必須采用其他方法；二是無法在發(fā)電機(jī)勵磁回路裝設(shè)滅磁開關(guān)，而只能裝于交流勵磁機(jī)勵磁回路，使滅磁時間延長（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)多采用無刷勵磁系統(tǒng)，而且已用于12OOMW的汽輪發(fā)電機(jī)。我國近年來引進(jìn)了西屋公司無刷勵磁技術(shù)，已在300MW及6OOMW大型汽輪發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用。 4．自并勵勵磁（靜止勵磁）系統(tǒng) 自并勵勵磁系統(tǒng)，其勵磁電源由發(fā)電機(jī)自身供給，整個勵磁裝置沒有轉(zhuǎn)動部分，因此又稱為靜止勵磁系統(tǒng)或全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。如圖所示為自并勵勵磁系統(tǒng)的原理圖。用一只接在機(jī)端的勵磁變壓器取得勵磁電源，通過受勵磁調(diào)節(jié)器控制的可控硅整流裝置，直接控制發(fā)電機(jī)的勵磁，這種勵磁方式比前述幾種都簡單，因此又稱簡單自勵方式。自并勵勵磁系統(tǒng)原理圖 自并勵勵磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：（l）運行可靠。由于沒有旋轉(zhuǎn)部件，設(shè)備接線簡單，減少了事故的機(jī)率。據(jù)統(tǒng)計，自并勵勵磁系統(tǒng)的強迫停機(jī)率僅為交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的1／3，平均修復(fù)時間僅為交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的1／4。大大提高了運行的可靠性。 （2）改善了發(fā)電機(jī)軸系的穩(wěn)定性。自并勵勵磁系統(tǒng)使30OMW機(jī)組的輸系長度減少了約3m，因無勵磁機(jī)，軸承座也減少，所以提高了軸系的穩(wěn)定性，從而提高了機(jī)組的安全運行水平。 （3）提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。自并勵勵磁系統(tǒng)響應(yīng)速度快，調(diào)壓性能好，短路后機(jī)端電壓恢復(fù)快。由于配置了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），對小干擾的穩(wěn)定水平較交流勵磁機(jī)系統(tǒng)有明顯提高。 （4）經(jīng)濟(jì)性好，可降低投資。由于該系統(tǒng)設(shè)備簡單，軸系長度又有縮短，降低了設(shè)備和廠房基礎(chǔ)投資；加之調(diào)整維護(hù)簡單，故障修復(fù)時間短，可提高發(fā)電的效益。 自并勵勵磁系統(tǒng)存在的問題是：當(dāng)發(fā)電機(jī)近端發(fā)生三相短路而切除時間又較長時，不能及時提供足夠的強行勵磁；另外，接于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī)，由于短路電流衰減快，繼電保護(hù)配合較復(fù)雜。 目前，在大型汽輪發(fā)電機(jī)上采用自并勵勵磁方式已成發(fā)展方向。五、發(fā)電機(jī)的運行與控制 （一）發(fā)電機(jī)的起動 發(fā)電機(jī)由停機(jī)狀態(tài)（檢修后或新安裝）投入運行，需按規(guī)程進(jìn)行一系列試驗及啟動前的準(zhǔn)備工作。待發(fā)電機(jī)逐漸升速至額定轉(zhuǎn)速3000r／min。 （二）發(fā)電機(jī)的并列 現(xiàn)代電力網(wǎng)是由多座發(fā)電廠、多臺發(fā)電機(jī)并列運行的大電網(wǎng)方式，省級電網(wǎng)、跨省的區(qū)域網(wǎng)，甚至跨國電力網(wǎng)已取得十分成熟的運行經(jīng)驗。多臺發(fā)電機(jī)并列運行的大電網(wǎng)方式對提高電能的質(zhì)量、供電的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等都有著重大意義。同時，電網(wǎng)的規(guī)模也是一個國家現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的標(biāo)志。發(fā)電機(jī)的并列運行，又稱為同步運行，就是各發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以相同的電角速度一齊旋轉(zhuǎn)，而電角度差不超過允許值的運行狀態(tài)。將發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)行同步運行的操作，稱為同步并列（俗稱并網(wǎng)）。 發(fā)電機(jī)常用的同步并列方法有兩種：準(zhǔn)同步并列法和自同步并列法。此外還有異步起動和非同步合閘法（事故情況下用） 1準(zhǔn)同步并列法 準(zhǔn)同步（又稱精確同步）并列，是常用的基本同步方法。準(zhǔn)同步并列是指待并發(fā)電機(jī)與運行系統(tǒng)間滿足同步條件時進(jìn)行并列操作，即當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率、電壓和相位角與系統(tǒng)的電壓、頻率和相位角均相同（或接近）時，將發(fā)電機(jī)的斷路器合閘，完成與系統(tǒng)的并列。這種并列方式實質(zhì)上是先促成同步狀態(tài)，然后進(jìn)行并列操作。 準(zhǔn)同步并列分為手動準(zhǔn)同步并列和自動準(zhǔn)同步并列兩種具體方法。 1 手動準(zhǔn)同步并列 手動準(zhǔn)同步即用手操作相關(guān)開關(guān)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓頻率使其滿足同步條件，并手動合閘并列的方法。 （1）頻率。汽輪機(jī)起動后，通過操作其調(diào)速開關(guān)，使其轉(zhuǎn)速逐漸升高至額定值3000r／min，則同軸旋轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即達(dá)到與電網(wǎng)頻率接近同步的要求。 （2）電壓。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速后，經(jīng)檢查各處工作情況正常，即可給轉(zhuǎn)子加上勵磁電流，緩慢轉(zhuǎn)動磁場變阻器手輪，減小電阻以增加勵磁電流，使發(fā)電機(jī)定子繞組電壓逐漸升高達(dá)到與系統(tǒng)電壓相等。 （3）相位角。在滿足頻率和電壓相等的條件后，技人同步表，待同步表指針緩慢順時針轉(zhuǎn)動至接近同步點時，操作斷路器控制開關(guān)合閘，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列。并列成功后，無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，即可使發(fā)電機(jī)帶上負(fù)荷，并退出同步儀表，并列操作完畢。 發(fā)電機(jī)并列操作是一項非常重要的操作，在一定程度上關(guān)系到發(fā)電廠甚至電網(wǎng)的安危。手動準(zhǔn)同步操作是否成功，與操作者的現(xiàn)場工作經(jīng)驗有很大關(guān)系，如果掌握不好合閘時機(jī)，發(fā)生非同步并列事故，將會產(chǎn)生強烈的沖擊電流和振蕩現(xiàn)象，會使發(fā)電機(jī)端部繞組和鐵芯遭到破壞。因此，經(jīng)過考核獲得同步操作權(quán)的人員才可進(jìn)行此項操作。 2．自動準(zhǔn)同步 自動準(zhǔn)同步并列裝置是一種自動控制裝置，它能根據(jù)系統(tǒng)的頻率，檢查待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并發(fā)出調(diào)節(jié)脈沖去調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其略高出系統(tǒng)一預(yù)定數(shù)值。然后檢查同步的回路開始工作，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)以微小的轉(zhuǎn)差向同步點接近，且待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的電壓差在177。5V以內(nèi)時，就提前一個預(yù)定時間發(fā)出合閘脈沖，合上主斷路器，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列。 自同步并列 自同步并列法，就是當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速（相差177。2％范圍之內(nèi)）時，在未加勵磁的情況下，先會上發(fā)電機(jī)的斷路器進(jìn)行并列，然后再合上勵磁開關(guān)，加入勵磁電流，利用發(fā)電機(jī)的‘自整步”作用，將發(fā)電機(jī)自動拉入同步。 采用自同步的優(yōu)點是：操作簡單，并列速度快，在緊急情況下能很快將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。缺點是：待并發(fā)電機(jī)會受到較大電流的沖擊（小于三相短路電流）。 （三）發(fā)電機(jī)的負(fù)荷調(diào)整 1．有功負(fù)荷的調(diào)整 發(fā)電機(jī)在運行中對有功負(fù)荷的調(diào)整，是通過汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的，當(dāng)需增加有功負(fù)荷時，就加大進(jìn)汽量；當(dāng)需減小有功負(fù)荷時，就減小進(jìn)汽量，以保持發(fā)電與負(fù)荷的平衡，維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定。 2無功負(fù)荷的調(diào)整 發(fā)電機(jī)在運行中對無功負(fù)荷的調(diào)整，是通過改變發(fā)電機(jī)勵磁電流來實現(xiàn)的。通常利用自動電壓調(diào)節(jié)器（簡稱調(diào)節(jié)器）自動調(diào)節(jié)，也可手動調(diào)節(jié)。 （1）自動調(diào)節(jié)方式。這是主要運行方式，即根據(jù)發(fā)電機(jī)端電壓的變化，采用負(fù)反饋原理對發(fā)電機(jī)勵磁電流進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以維持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定。 （2）手動控制方式。當(dāng)自動電壓調(diào)節(jié)器因有故障失去作用時，改用由運行人員手動操作調(diào)節(jié)方式。一般自動調(diào)節(jié)為主要方式，手動調(diào)節(jié)為備用方式。 功率因數(shù)（cosφ）是電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運行的重要指標(biāo)。當(dāng)有功負(fù)荷不變而調(diào)整無功負(fù)荷時，功率因數(shù)即改變，無功負(fù)荷減少時，功率因數(shù)增加；無功負(fù)荷增加時，功率因數(shù)下降。，否則易進(jìn)相運行，若發(fā)現(xiàn)進(jìn)相運行，應(yīng)增大勵磁電流；若此時定子電流過大，則減少有功功率，否則將引起發(fā)電機(jī)振蕩或失步。 四、同步發(fā)電機(jī)的調(diào)相運行 同步發(fā)電機(jī)空載運行時，從電網(wǎng)吸收有功功率（即發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱訖C(jī)）以維持同步旋轉(zhuǎn)。此時加大勵磁（過勵運行），則向電網(wǎng)送感性無功功率；欠勵運行時，則吸收電網(wǎng)中的感性無功，發(fā)電機(jī)變成了調(diào)相機(jī)（或稱同步補償機(jī)）。 當(dāng)輸電線路很長時，線路本身具有電容，當(dāng)終端負(fù)荷變化時要維持端電壓不波動是很困難的。所以接上同步補償機(jī)，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流，可以控制功率因數(shù)，保持電網(wǎng)電壓恒定。 五、發(fā)電機(jī)的解列與停機(jī) 發(fā)電機(jī)要解列時，應(yīng)先將所帶廠用電轉(zhuǎn)至備用電源，然后再將發(fā)電機(jī)所帶的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他并列機(jī)組上去，并在有功負(fù)荷降至零時，斷開發(fā)電機(jī)斷路器，將發(fā)電機(jī)解列。 當(dāng)跳開發(fā)電機(jī)斷路器解列后，如果發(fā)電機(jī)需停下來，應(yīng)再跳開滅磁開關(guān)，并通知汽輪機(jī)值班員減速停機(jī)。停機(jī)后拉開發(fā)電機(jī)出線隔離開關(guān)。l 電力變壓器 電力變壓器是電力系統(tǒng)中輸配電能的主要設(shè)備。電力變壓器利用電磁感應(yīng)原理，可以把一種電壓等級的交流電能方便地變換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。經(jīng)輸配電線路將發(fā)電廠和變電所的變壓器連接在一起，便構(gòu)成了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主能源網(wǎng)絡(luò)——電力網(wǎng)。 －、變壓器的基本原理變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，圖所示為變壓器基本原理示意圖。由圖可見，變壓器由兩個互相絕緣且匝數(shù)不等的繞組，套在由良好導(dǎo)磁材料制成的同一個鐵芯上，其中一個繞組接交流電源，稱為一次繞組；另一個繞組接負(fù)荷，稱為二次繞組。當(dāng)一次繞經(jīng)中有交流電流流過時，則在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通φ，其頻率與電源電壓的頻率相同；鐵芯中的磁通同時交鏈一、二次繞組，由電磁感應(yīng)定律可知，一、二次繞組中分別感應(yīng)出與匝數(shù)成正比的電動勢，其二次繞組內(nèi)感應(yīng)的電動勢，向負(fù)荷輸出電能，實現(xiàn)了電壓的變換和電能的傳遞?？梢?，變壓器是利用一、二次繞組匝數(shù)的變化實現(xiàn)變壓的。變壓器基本原理示意圖 變壓器在傳遞電能的過程中效率很高，可以認(rèn)為兩側(cè)電功率基本相等，所以當(dāng)兩側(cè)電壓變化時（升壓或降壓），則兩側(cè)電流也相應(yīng)變化（變小或變大），即變壓器在改變電壓的同時也改變了電流。 二、變壓器的分類 為適應(yīng)不同的用戶要求，變壓器分為多種類型。 1．按用途分為 （1）電力變壓器。在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用，又進(jìn)一步分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器（連接幾個不同電壓等級的電網(wǎng)）等。（2） 儀用變壓器。指電流互感器和電壓互感器等，用于儀表測量、繼電保護(hù)和操作電源。（3） 特殊用途變壓器。有整流變壓器、電爐變壓器、焊接變壓器、實驗變壓器等。 2．按統(tǒng)組數(shù)分為 （1）自耦變壓器。高、低壓側(cè)共用一個繞組，兩側(cè)接線匝數(shù)不同。 （2）雙繞組變壓器。指每相有高、低壓兩個繞組。 （3）三繞組變壓器。每相有高、中、低壓三個繞組，常用于聯(lián)絡(luò)變壓器。 （4）分裂繞組變壓器。用作大容量廠用電變壓器。 3．按相數(shù)分為 （1）單相變壓器。容量過大且受運輸條件限制時，在三相電力系統(tǒng)中用三臺單相變壓器組合成三相變壓器組。 （2）三相變壓器。用于三相電力系統(tǒng)，三相繞組和鐵芯連為一體。 4按冷卻方式分為 （l）油浸式變壓器。繞組與鐵芯完全浸在變壓器油里。又可分為：①油浸自冷式變壓器油自然循環(huán)進(jìn)行冷卻；②油浸風(fēng)冷式變壓器在散熱器上裝設(shè)風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻；③強迫油循環(huán)水冷卻變壓器用油泵強迫變壓器油通過變壓器外專設(shè)的水冷卻器冷卻后再送回變壓器內(nèi)。 （2）干式變壓器。鐵芯和繞組都由空氣直接冷卻。 三、變壓器的額定參數(shù)與銘牌 為使變壓器能按照設(shè)計技