【正文】 如果出現(xiàn)的負序電流數(shù)值和持續(xù)時間超過表中第2項的規(guī)定，則應立即將發(fā)電機解列停機。二者中一般是采用對的限定。隨著機組容量的增大，的允許值顯著地降低。所以，的允許值根據(jù)電機類型以及冷卻方式而有所不同。其中是等值負序電流對額定電流之比，即額定標么值，具體由下式?jīng)Q定 (718)式中 ——負序電流的瞬時標么值，即負序電流瞬時值對額定電流的比值。由于發(fā)電機的結構、材料和冷卻方式等的不同，負序電流允許范圍也不同。⑵轉子最熱點的溫度，不應超過轉子絕緣材料和金屬材料的允許溫度。但是，水輪發(fā)電機的轉子直徑較大，縱軸和橫軸的磁導差別也較大，因而由負序電流所引起的機械振動較嚴重。 負序電流產(chǎn)生的附加發(fā)熱和振動，對發(fā)電機的危害程度與發(fā)電機的類型和結構有關。這些電流流過轉子的槽楔與齒，并流經(jīng)槽楔和齒與套箍的許多接觸面。對汽輪發(fā)電機，通常齒部的穿透深度為幾毫米，槽楔處約為1～。所以，發(fā)電機三相不對稱運行的特點就是伴隨著出現(xiàn)負序電流。才出現(xiàn)轉矩的平衡 (圖725中的也點)，對阻尼繞組有過熱的危險，所以一般只允許運行很短的時間 (約幾秒)，必須設法迅速恢復勵磁或切除發(fā)電機。在這樣大的下運行，轉子有過熱的危險，所以一般是不允許的。所以汽輪發(fā)電機短時間異步運行是允許的，可輸出的有功功率大，轉差率甚小，電壓降低也很小，不會出現(xiàn)轉子損耗過大而使電機受到損傷的現(xiàn)象。由圖725可見，汽輪發(fā)電機具有良好的平均異步轉矩特性，因而在較小的 (約千分之幾)轉差率下，就能達到穩(wěn)定運行點A1，此時由于調速器使汽門關閉的幅度很小，故輸出的有功功率仍相當大。實際上，這時發(fā)電機處于異步運行狀態(tài)。發(fā)電機失磁后觀察到的現(xiàn)象失磁后的異步運行狀態(tài)與原先的同步運行狀態(tài)相比，有許多不同之處，其現(xiàn)象可由表計的變化看出，主要有：⑴轉子電流表的指示降為零或降到接近于零；⑵定子電流表擺動且指示增大；⑶有功功率表指示減小且也發(fā)生擺動；⑷無功功率表指示負值，功率因數(shù)表指示進相，發(fā)電機母線電壓表指示值下降并擺動；⑸轉子各部分溫度升高。允許發(fā)電機失磁異步運行的時間和輸送功率，受到多種因素的制約。在前蘇聯(lián)，對于間接冷卻的5萬kW及以下的發(fā)電機，允許異步運行的時間約為30min；對于直接冷卻的5～30萬kW的發(fā)電機，在負荷不超過額定功率的40%時，允許異步運行的時間為15min?，F(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機無勵磁運行問題，已引起國內外電力工作者的重視，并進行了大量的試驗、研究工作。短時過負荷的允許時間，也可由下式計算 (717)式中 ——允許過負荷時間 (s)；——短時允許過負荷電流 (A)；——發(fā)電機額定電流(A)。因此，發(fā)電機只允許短時過負荷。 一、發(fā)電機的過負荷運行 前已述及，發(fā)電機的定子電流和轉子電流均不能超過由額定值所限定的范圍。降壓啟動就是將發(fā)電機經(jīng)電抗器接入電網(wǎng)，借助異步轉矩進行啟動，待升速至接近額轉速時，將電抗器短接，然后投入勵磁拖入同步。立式水輪發(fā)電機由于結構上的原因，不能和原動機拆開，為了減少有功損耗，在調相運行時，應使水輪機葉片不在水中旋轉，而在空氣中旋轉。發(fā)電機與原動機不分離時，運行的靈活性較大，在不改動設備的情況下，既可作調相運行，又可作為系統(tǒng)的旋轉(熱)備用，隨時可轉為正常的發(fā)電運行方式。當系統(tǒng)感到無功功率不足，負荷在電廠附近時，調相機作過勵磁運行；當電廠在低負荷且接有長距離輸電線路時，則作欠勵磁運行，吸收無功功率。采用上述措施后，可降低進相運行時的端部溫升，從而提高進相運行時的允許功率。這兩方面的影響都和發(fā)電機的出力密切相關。由圖中可以看出，如欲保持定子端部發(fā)熱為一定值，亦即端部漏磁通為一定值，隨著進相程度的增大，視在功率S應相應降低。)附近，定子端部磁密上升很快。發(fā)電機在進相(欠勵磁)運行時，其端部發(fā)熱比遲相(過勵磁)運行嚴重。由于轉子端部漏磁對定子有相對運動，所以在定子端部鐵芯齒部、壓板、壓指等部件中感應渦流，引起渦流損耗和磁滯損耗。如前所述，如果調整發(fā)電機的勵磁電流，使，發(fā)電機即從遲相運行轉為進相運行，也就是從發(fā)出無功功率轉為吸收無功功率。⑶發(fā)電機在進相運行時，功率因數(shù)應受到穩(wěn)定極限的限制。)，由于設計上留有裕度，可以不計上述影響，允許保持額定出力不變。應當指出，頻率降低過多時，還可能造成汽輪機葉片損壞，這種事故在過去是屢見不鮮的。同時頻率增高，轉速增加，通風摩擦損耗也相應增多，雖然在一定電壓下，磁通可以小一些，鐵耗也可能有所降低，但總的來說，這種情況下，發(fā)電機的效率是下降的。因為現(xiàn)代大容量發(fā)電機都是按相當高的磁飽和程度設計的，當運行電壓超過額定值 10%時，就會由于過度飽和，使定子旋轉磁場的漏磁部分大大增加，如圖720所示，將在定子機架回路感應出很大的電流，有時可達數(shù)萬安培，這樣大的電流會在機架的一些接縫處造成局部過熱，甚至引起火花，致使機架損壞。 發(fā)電機實際運行中，若其端電壓高于額定值，如升高到105%以上時，則其出力必須相應降低。當機端電壓降低5%時，定子電流可增加5%；當機端電壓升高5%時，定子電流可減小5%。不過，規(guī)程還從大多數(shù)機組安全運行考慮，往往規(guī)定得較嚴。從圖719中可以看出：當冷卻介質溫度高于額定值時，應降低的定子電流倍數(shù)比轉子電流倍數(shù)多，所以應按定子電流的限制來減小出力，此時轉子繞組溫度不會超過允許值；當冷卻介質溫度低于額定值時，定子電流可以提高的倍數(shù)比轉子電流可以提高的倍數(shù)多，所以應按轉子電流允許提高的倍數(shù)來增大出力，此時定子繞組溫度不會超過其允許值。同樣，稱為發(fā)電機轉子電流的允許倍數(shù)。假定轉子轉速恒定，則可以認為通風摩擦損耗保持不變，而鐵耗與電壓平方成正比，銅耗與電流平方成正比。下面就此問題作簡單分析。沒有有功負荷時，勵磁極限最小電流等于零。若勵磁電流越大，向系統(tǒng)輸送的無功和定子電流也越大，則越小，此時最大勵磁維持電流不應超過轉子的額定電流。從圖718(a)相量圖很容易求出無功功率、定子電流、功率因數(shù)、功角和勵磁電流的關系曲線，如圖718(b)所示。所以在一定的值時，增加有功負荷，角也增加，發(fā)電機很可能從發(fā)出無功功率的運行方式變成吸收大量無功功率。當有功負荷比顯得越小時，靜態(tài)穩(wěn)定儲備越大。從圖上可以看到，在功角小于最大值時，有功功率和定子電流都隨功角的增加而增加，無功功率則減小，功率因數(shù)最初增加，以后又減少。假定發(fā)電機的電動勢是常數(shù)，有功負荷變化時，其軌跡是一個以O為圓心，為半徑的圓弧，如圖717(a)所示。根據(jù)上述安全運行的4個允許條件，將B、C、D、E、F、G點連成曲線，就構成發(fā)電機的安全運行極限。當功率因數(shù)角0時，發(fā)電機轉入進相運行，和之間的夾角不斷增大，此時，發(fā)電機有功功率的輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定的限制，垂直線是理論上靜態(tài)穩(wěn)定運行邊界，此時，=90176。 當冷卻介質溫度一定時，定子和轉子繞組的允許電流為一定，即圖中和為一定，與以A為圓心，長度為半徑和以O為圓心，長度為半徑分別畫圓弧。電流垂直分量表示電流的有功分量，水平分量表示電流的無功分量。所以運行人員必須掌握功率因數(shù)變化時，發(fā)電機的允許運行范圍。⑶發(fā)電機的磁場和勵磁機的最大勵磁電流，通常由轉子發(fā)熱決定。水輪發(fā)電機負荷的上升速度不受限制，只要幾分鐘，便可帶滿負荷。發(fā)電機在額定工作狀態(tài)運行時，具有損耗小、效率高、轉矩均勻等性能，一般發(fā)電機都應盡量在接近額定工作狀態(tài)運行。功角是同步發(fā)電機運行的一個重要變量。時，電磁功率達到最大值，即 （79）當功角從90176。電磁功率隨著功角的變化曲線，稱為功角特性曲線，如圖715所示。所謂功角是指發(fā)電機的空載電勢和端電壓之間的相位角。圖中曲線1和曲線2分別是感性負載和電阻性負載時的調整特性，可見為保持發(fā)電機端電壓不變，隨著負載電流的增加，必須相應地增大勵磁電流，以補償負載電流所產(chǎn)生的電樞磁場的去磁作用。四、外特性同步發(fā)電機的外特性，是指發(fā)電機在額定轉速下，保持勵磁電流和功率因數(shù)不變時，端電壓與負載電流之間的關系曲線。三、負載特性負載特性是當轉速、定子電流為額定值，功率因數(shù)＝常數(shù)時，發(fā)電機電壓與勵磁電流之間的關系曲線，即。然后，維持轉速不變，增加勵磁，讀取勵磁電流及相應的定子電流值，直到定子電流不達額定電流值時為止，在試驗過程中，調整勵磁電流時不要往返調整。空載特性是發(fā)電機的基本特性之一，它表征了發(fā)電機磁路的飽和情況，利用它可以求得同步發(fā)電機的參數(shù)，在實際生產(chǎn)中還可利用該曲線判斷發(fā)電機的一些故障情況。根據(jù)圖77的等值電路可以畫出如圖78所示的同步發(fā)電機帶感性負載時的相量圖。電樞反應磁通與電樞電流同相位，故滯后90176。上述磁通勢、磁通、電動勢之間的關系可表示如下： → → → → → → 電勢方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律，參看圖76所示各電磁量正方向，得出一相繞組的電動勢平衡方程式＋ ＋ ＝ ＋ (73)式中 ──發(fā)電機的相電壓；──電樞一相繞組的電阻壓降；──主磁通產(chǎn)生的電動勢，也稱空載電動勢；──電樞反應磁通感應的電動勢；──漏磁通感應的電動勢。所以同步發(fā)電機運行時，氣隙中存在著兩個旋轉磁場，即轉子旋轉磁場和電樞旋轉磁場。額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)是指同步發(fā)電機的額定功率和額定容量的比值，銘牌上一般標有額定功率和值。當同步發(fā)電機的三相繞組與負載接通時，對稱三相繞組中流過對稱三相電流，并產(chǎn)生一個旋轉磁場，這個旋轉磁場的轉速,即定子旋轉磁場的轉速與發(fā)電機轉子轉速相同，亦就是同步，故稱為同步發(fā)電機。電角度，發(fā)電機發(fā)出的就是對稱三相交流電，即 （71感應電動勢的頻率取決于發(fā)電機的磁極對數(shù)和轉子轉速。所以，當原動機帶動轉子旋轉時，就得到一個在空間按正弦規(guī)律分布的旋轉磁場。所謂對稱三相繞組，就是每相繞組匝數(shù)相等，三相繞組的軸線在空間互差120176。三、三流環(huán)式油密封如下圖所示。600MW機組都采用環(huán)式油密封。供油系統(tǒng)應有兩個獨立的油路系統(tǒng)。為了防止軸電流破壞油膜、燒傷密封瓦和減少定子漏磁通在軸封裝置內產(chǎn)生附加損耗，軸封裝置與端蓋和外部油管法蘭盤接觸處都需加絕緣墊片。所有的氫冷發(fā)電機都采用“油密封”裝置，為此需要一套供油系統(tǒng)稱為密封油系統(tǒng)。供水走向：水箱→水泵→水冷卻器→濾網(wǎng)→發(fā)電機定子→水箱；例如利港發(fā)電廠600MW汽輪發(fā)電機組進水溫度45~50℃，出水溫度71℃，供水系統(tǒng)的流量為105t/h； 為防止水分浸入發(fā)電機導致繞組受潮，要使水壓低于氫壓；但氫氣則可能進入水中，為此，水箱裝設氣水分離系統(tǒng)，通過排氣管道排出；冷卻水的補充：補充水→電磁閥S→離子交換器→過濾器→水箱；供水系統(tǒng)的信號：水泵停止、液位過高或過低、水溫過高、電導率過高、氫水壓差過低等均發(fā)信號。要求冷卻水的電導率低于5μS/cm（S為西門子），最高不大于10μS/cm(25℃時)，否則應停機。對大容量水氫氫冷汽輪發(fā)電機定子繞組，對供水系統(tǒng)要求：①冷卻水應有良好的介質特性，裝設離子交換器和過濾器；②管道運行暢通，具有高度可靠性；③具有良好的密封性，特別在發(fā)電機內不允許泄漏，故應保持一定的氫、水壓。氫氣走向：氫氣干燥器→發(fā)電機低壓區(qū)→發(fā)電機冷卻→發(fā)電機高壓區(qū)→氫氣干燥器，以保持氫氣的干燥；補償：制氫站（或儲氫鋼瓶）→母管→氫氣過濾器→發(fā)電機氫氣總管，以保持氫氣壓力恒定；監(jiān)測：發(fā)電機高壓區(qū)→氣體分析器→發(fā)電機，以保持氫氣純度。有的系統(tǒng)中可能專設一套換氣分析儀和換氣純度計，專門用于監(jiān)視換氣的完成情況。⑵輸氫管道上設置有自動氫壓調節(jié)閥保持機內為額定氫壓。㈣供氣系統(tǒng)采用氫冷方式的汽輪發(fā)電機需要建立專用的供氣系統(tǒng)。機座內設有四個冷卻器，分別布置在勵端和汽端兩側。⒊定子鐵芯徑向通風和轉子繞組氣隙取氣斜流通風的冷卻系統(tǒng)這種通風系統(tǒng)也稱為定、轉子藕合的徑向多流式通風系統(tǒng)。風路由轉子護環(huán)6外汽端的五級軸流式高壓頭風扇5抽的熱氫，首先進入設置在汽端的冷卻器4，冷卻器出來的冷風分為兩路:一路經(jīng)鐵芯背部流到勵端水母管2，一部分進入定子鐵芯3的全軸向通風道，在汽端排出，另一部分進入轉子繞組1的端部和軸向風道，分別在轉子本體端部排氣槽和轉子中部徑向排至氣隙。排出的熱氫再進入冷卻器，這就完成了機內氫氣的循環(huán)冷卻功效。定子鐵芯和轉子繞組都采用半軸向通風的冷卻系統(tǒng)，此種通風系統(tǒng)如圖所示。勵磁繞組各匝間相互絕緣，各匝和鐵芯間也有可靠的絕緣。我國生產(chǎn)的電機都采用輻射形槽。因此轉子要做得細一些，以減少轉子圓周的線速度，避免轉子部件由于高速旋轉的離心作用而損壞。為了減小集膚效應引起的附加損耗，繞制定子繞組的導線由許多互相絕緣的多股線并繞而成，在繞組的直線部分還要換位，以減小因漏磁通而引起各股線間的電動勢差和渦流，整個繞組對地絕緣，如圖是水冷定子線棒斷面圖。如圖是60萬kW發(fā)電機組的定子局部圖。定子鐵芯的形狀呈圓筒形，在內壁上均勻地分布著槽。QFSN6002型60萬kW發(fā)電機組多采用靜止勵磁（自并勵）方式或無刷勵磁方式。1464555效率%99短路比定子中性點接地方式經(jīng)400/100V變壓器高阻接地經(jīng)20kV/190V配電變壓器接地經(jīng)配電變壓器高阻接地經(jīng)配電變壓器高阻接地負序能力穩(wěn)態(tài)I2表 世界各國600MW汽輪發(fā)電機組的技術指標㈠公司型號哈電、上電優(yōu)化600MW引進WH技術2105234BBC50WT23E128HITACHI額定容量MW/MVA600,650/667,722600/667600