【文章內容簡介】 額定氫壓（ Mpa） 額定勵磁電流 /電壓（ A/V） 2510/302 2203/426 2642/365 絕緣等級 B F/B B（ F） /B（ F） 勵磁系統(tǒng) 三相同軸交流，靜止SCR 三相同軸交流，靜止SCR 三相同軸交流，靜止SCR 冷卻方式 水氫氫 水氫氫 水氫氫 效率（％） ≥ 短路比 ＞ 注：型號中 Q汽輪機 ； F發(fā)電機； S定子為水內冷； N轉子為氫內冷； 300 功率為300MW； 22 極； 20額定電壓為 20kV。 我國上海汽輪發(fā)電機廠設計的 QFSN6002 型 600MW 水氫氫（轉子采用氫內冷，定子鐵芯采用氫表冷，定子繞組采用水內冷，即簡稱水氫氫冷卻方式）汽輪發(fā)電機的主要技術參數(shù)為 額定功率 600MW 額定電壓： 20KV； 額定定子電流 19245A； 額定功率因數(shù) O． 9； 額定轉速 3000r／ min；額定氫壓 ； 額定勵磁電流／電壓 3820A/417V； 效率 ％； 短路比 ；冷卻方式 水氫氫。 四、汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機要發(fā)出電來，除了需要原動機帶動其旋轉外，還需給轉子繞組輸人直流電流（稱為勵磁電流），建立旋轉磁場。供給勵磁電流的電路，稱為勵磁系統(tǒng)，包括勵磁機、勵磁調節(jié)器及控制裝置等。 勵磁系統(tǒng)由兩個基本部分組成，即勵磁功率單元和勵磁調節(jié)器。勵磁功率單元，包括交流電源及整流裝置，它向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁電流；勵磁調節(jié)器（ AVR）是根據(jù)發(fā)電機發(fā) 出的電流、電壓情況，自動調節(jié)勵磁功率單元的勵磁電流的大小，以滿足系統(tǒng)運行的需要。 勵磁控制系統(tǒng)指勵磁系統(tǒng)及其控制對象 —— 發(fā)電機共同組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)原理框圖如 下所示。 （一）勵磁系統(tǒng)的主要功能 勵磁系統(tǒng)的作用不僅是在發(fā)電機中建立旋轉磁場，而且還對發(fā)電機及電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行起著重要作用。勵磁系統(tǒng)的主要功能是： （ 1）在正常運行情況下，供給發(fā)電機勵磁電流，并根據(jù)發(fā)電機所帶負荷的變化，自動調整勵磁電流的大小，以維持發(fā)電機的機端電壓在給定值（額定電壓值）。 （ 2）當發(fā)電機并列運行時，使各發(fā)電機組所帶的無功功率穩(wěn)定并實現(xiàn)合理分配。 （ 3）在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、發(fā)電機端電壓嚴重下降時，能對發(fā)電機強行勵磁，使勵磁電壓迅速增升到頂值（ 300MW 和 600MW 發(fā)電機強勵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，使電壓迅速恢復正常。 勵磁控制系統(tǒng)原理框圖 交流勵磁電源 勵磁調節(jié)器 功率整流裝置 發(fā)電機 勵磁功率單元 勵磁調節(jié)器 磁場繞組 （ 4）當發(fā)電機突然甩負荷時，能進行強行減磁，將勵磁電流迅速降到安全數(shù)值，以防止發(fā)電機電壓過分升高。 （ 5）當發(fā)電機內部發(fā)生短路故障（如定于繞組相間短路，轉子繞組兩點接地短路）跳閘時 ，能對發(fā)電機快速滅磁，將勵磁電流減到零，以減小故障損壞程度。 （二）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)簡介 發(fā)電機的勵磁方式主要有三種：①直流勵磁機勵磁方式；②交流勵磁機勵磁方式，又分為靜止整流器勵磁方式（稱有刷勵磁）和旋轉整流器勵磁方式（稱無刷勵磁）；③靜止勵磁方式（如自共勵勵磁方式）。 1．直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 60 年代以前，汽輪發(fā)電機的勵磁方式均采用同軸直流發(fā)電機作為勵磁機，通過勵磁調節(jié)器改變直流勵磁機的勵磁電流，來改變發(fā)電機轉子繞組的勵磁電壓，以調節(jié)轉子的勵磁電流，達到調節(jié)發(fā)電機機端電壓和 輸出無功功率的目的。目前 100MW 以下的汽輪發(fā)電機仍采用這種勵磁方式。 隨著機組容量的不斷增大，直流勵磁機勵磁方式表現(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，運行維護麻煩；三是勵磁調節(jié)速度慢，可靠性低，直流勵磁機勵磁方式已無法適應大容量汽輪發(fā)電機的需要。 2．交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)通常稱為三機勵磁方式。發(fā)電機、主勵磁機和副勵磁機三臺交流同步發(fā)電機同軸旋轉，勵磁機不需換向器，而整流裝置和勵磁調節(jié) 器是靜止的，所以勵磁容量不會受到限制。交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)原理圖如圖所示。發(fā)電機的勵磁電流由同軸的交流主勵磁機經(jīng)靜止整流裝置供給，主勵磁機的勵磁電流由同軸的中頻副勵磁機經(jīng)可控整流裝置供給。隨著發(fā)電機運行參數(shù)的變化，勵調節(jié)電路 發(fā)電機 50Hz 副勵磁機 主勵磁機 S 500 Hz 100 Hz N 交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)原理圖 磁調節(jié)器 AVR 自動地改變主勵磁機勵磁回路中可控整流裝置的控制角，以改變其勵磁電流，從而改變主勵磁機的輸出電壓，也就調節(jié)了發(fā)電機的勵磁電流。 交流勵磁機的頻率一般采用 100Hz，交流副勵磁機多采用永磁式中頻同步發(fā)電機，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，即簡化了結構，又提高了副勵磁機運行的可靠性。目前大型汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)多采用永磁式中頻副勵磁機。 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動的換向整流，就解決了整流子和碳刷的運行維護問題。三機勵磁方式目前在國產 30OMW 大容量汽輪發(fā)電機組上廣為采用。 運行實踐表明，三機 勵磁系統(tǒng)存在以下問題： (1)旋轉部件多，出故障的機率較高，而且修復時間較長，檢修維護工作量大。 （ 2）由于機組軸系長，軸承座多，使軸振和瓦振值較高，對軸系穩(wěn)定和機組的安全運行不利。 3．交流勵磁機旋轉硅整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機旋轉硅整流器勵磁系統(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。整流裝置與交流主勵磁機及發(fā)電機同軸旋轉時，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二極管形的，旋轉可控硅型尚處于試 驗階段。 （ a）旋轉二極管勵孩系統(tǒng)；（ b）旋轉可控硅勵磁系統(tǒng) 在無刷旋轉二極管勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機一般采用 100Hz 交流勵磁機，其 10OHz電流經(jīng)整流后直接送入發(fā)電機轉子繞組。因省去了滑環(huán)和碳刷，使勵磁系統(tǒng)結構簡單、便于維護、可靠性高，這對大容量的汽輪發(fā)電機組是適用的，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)電機勵磁回路裝設滅磁開關，而只能裝于交流勵磁機勵磁回路，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的汽輪發(fā)電機多采用無刷勵磁系統(tǒng)，而且已用于 12OOMW 的汽輪發(fā)電機。我國近年來引進了西屋公司無刷勵磁技術，已在 300MW 及 6OOMW 大型汽輪發(fā)電機組上應用。 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)電機自身供給，整個勵磁裝置沒有轉動部分，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。用一只接在機端的勵磁變壓器取得勵磁電源，通過受勵磁調節(jié)器控制的可控硅整流裝置，直接控制發(fā)電機的勵磁，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。由于沒有旋轉部件，設備接線簡單，減少了事故的機率。據(jù)統(tǒng)計，自并勵勵磁系統(tǒng)的強迫停機率僅為交流勵磁機勵磁系統(tǒng)的 1／ 3，平均修復時間僅為交流勵磁機勵磁系統(tǒng)的 1／ 4。大大提高了運行的可靠性。 （ 2）改善了發(fā)電機軸系的穩(wěn)定性。自并勵勵磁系統(tǒng)使 30OMW 機組的輸系長度減少了約 3m，因無勵磁機，軸承座也減少，所以提高了軸系的穩(wěn)定性，從而提高了機組的安全運行水平。 （ 3）提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。自并勵勵磁系統(tǒng)響應速度快，調壓性能好，短路后機端電壓恢復快。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系統(tǒng)有明顯提高。 （ 4）經(jīng)濟性好，可降低投資。由于該系統(tǒng)設備簡單，軸系長度又有縮短，降低了設備和廠房基礎投資；加之調整維護簡單，故障修復時間短，可提高發(fā)電的效益。 自并勵勵磁系統(tǒng)存在的問題是：當發(fā)電機近端發(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)絡的發(fā)電機，由于短路電流衰減快，繼電保護配合較復雜。 目前，在大型汽輪發(fā)電機上采用自并勵勵磁方式已成發(fā)展方向。 五、發(fā)電機的運行與控制 （一）發(fā)電機的起動 發(fā)電機由停機狀態(tài)（檢修后或新安裝）投入運行，需按規(guī)程進行一系列試驗及啟動前的準備工作。待發(fā)電機逐漸升速至額定轉速 3000r／ min。 （二）發(fā)電機的并列 現(xiàn)代電力網(wǎng)是由多座發(fā)電廠、多臺發(fā)電機并列運行的大電網(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)電機并列運行的大電網(wǎng)方式對提高電能的質量、供電的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及經(jīng)濟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)代科學技術水平和經(jīng)濟發(fā)達的標志。 發(fā)電機的并列運行，又稱為同步運行，就是各發(fā)電機的轉子以相同的電角速度一齊旋轉，而電角度差不超過允許值的運行狀態(tài)。將發(fā)電機與發(fā)電機、發(fā)電機與系統(tǒng)進行同步運行的操作，稱為同步并列（俗稱并網(wǎng)）。 發(fā)電機常用的同步并列方法有兩種：準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 準同步并 列法 準同步（又稱精確同步）并列，是常用的基本同步方法。準同步并列是指待并發(fā)電機與運行系統(tǒng)間滿足同步條件時進行并列操作，即當發(fā)電機的頻率、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)電機的斷路器合閘，完成與系統(tǒng)的并列。這種并列方式實質上是先促成同步狀態(tài)，然后進行并列操作。 準同步并列分為手動準同步并列和自動準同步并列兩種具體方法。 1 手動準同步并列 手動準同步即用手操作相關開關，調節(jié)發(fā)電機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。汽輪機起動后，通過操作其調速開關，使其轉速逐漸升高至額定值3000r／ min，則同軸旋轉的汽輪發(fā)電機的轉速即達到與電網(wǎng)頻率接近同步的要求。 （ 2）電壓。當汽輪發(fā)電機升速至額定轉速后，經(jīng)檢查各處工作情況正常，即可給轉子加上勵磁電流，緩慢轉動磁場變阻器手輪，減小電阻以增加勵磁電流，使發(fā)電機定子繞組電壓逐漸升高達到與系統(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動至接近同步點時，操作斷路器控制開關合閘，使發(fā)電機與系統(tǒng)并列。并列成功后，無異?，F(xiàn) 象出現(xiàn)，即可使發(fā)電機帶上負荷，并退出同步儀表，并列操作完畢。 發(fā)電機并列操作是一項非常重要的操作，在一定程度上關系到發(fā)電廠甚至電網(wǎng)的安危。手動準同步操作是否成功，與操作者的現(xiàn)場工作經(jīng)驗有很大關系，如果掌握不好合閘時機，發(fā)生非同步并列事故，將會產生強烈的沖擊電流和振蕩現(xiàn)象，會使發(fā)電機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的人員才可進行此項操作。 2．自動準同步 自動準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)電機的轉速，并發(fā)出調節(jié)脈沖去調節(jié)待并發(fā)電 機的轉速，使其略高出系統(tǒng)一預定數(shù)值。然后檢查同步的回路開始工作，當待并發(fā)電機以微小的轉差向同步點接近，且待并發(fā)電機與系統(tǒng)的電壓差在177。 5V 以內時，就提前一個預定時間發(fā)出合閘脈沖，合上主斷路器，使發(fā)電機與系統(tǒng)并列。 自同步并列 自同步并列法，就是當待并發(fā)電機的轉速接近額定轉速（相差177。 2％范圍之內）時，在未加勵磁的情況下，先會上發(fā)電機的斷路器進行并列，然后再合上勵磁開關，加入勵磁電流，利用發(fā)電機的‘自整步”作用，將發(fā)電機自動拉入同步。 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)電機并入系統(tǒng)。缺點是：待并發(fā)電機會受到較大電流的沖擊（小于三相短路電流）。 （三）發(fā)電機的負荷調整 1．有功負荷的調整 發(fā)電機在運行中對有功負荷的調整，是通過汽輪機的調速系統(tǒng)進行的，當需增加有功負荷時，就加大進汽量；當需減小有功負荷時，就減小進汽量，以保持發(fā)電與負荷的平衡，維持發(fā)電機的轉速恒定。 2 無功負荷的調整 發(fā)電機在運行中對無功負荷的調整，是通過改變發(fā)電機勵磁電流來實現(xiàn)的。通常利用自動電壓調節(jié)器（簡稱調節(jié)器）自動