【正文】 ，＝變數(shù))和勵(lì)磁調(diào)整(＝常數(shù)，=變數(shù))，現(xiàn)將這兩種工作狀態(tài)下的調(diào)整特性分別敘述如下。曲線的作圖法如下：在理論穩(wěn)定邊界上先取一些點(diǎn)，然后保持不變，連接這些新點(diǎn)就構(gòu)成了曲線。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)有突然過(guò)負(fù)荷的可能性，必須留有余量。值降低 (角增大)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電流的限 制，相量端點(diǎn)只能在弧線上移動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用； 值增大 (角減小)時(shí)，由于定子允許電流的限制，相量端點(diǎn)只能在弧上移動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用；過(guò)D點(diǎn)后，繼續(xù)增大，由于原動(dòng)機(jī)額定出力的限制，運(yùn)行范圍不能超過(guò)直線(圖中長(zhǎng)度代表額定輸出功率)。根據(jù)上述允許運(yùn)行范圍的條件，在兩個(gè)圓弧范圍以?xún)?nèi)才允許運(yùn)行。上述圖形還可用來(lái)表示功率因數(shù)變化時(shí)發(fā)電機(jī)出力的影響和限制。如以恒定電壓乘以電流的各分量，所得的值分別表示有功功率，無(wú)功功率。以汽輪發(fā)電機(jī)為例，假定同步電抗為常數(shù) (即忽略飽和的影響)，將電壓相量圖中各相量除以，即得到電流相量三角形為OAC，其中OA代表，即近似等于發(fā)電機(jī)的短路比，它正比于空載勵(lì)磁電流；AC代表，即定子額定電流；OC= 表在額定情況下定子的穩(wěn)態(tài)短路電流，它正比于轉(zhuǎn)子額定電流，經(jīng)A點(diǎn)作一條垂直于橫坐標(biāo)的線段AE，表示發(fā)電機(jī)端電壓的方向，電流和線段AE間的夾角，就是功率因數(shù)角。發(fā)電機(jī)的曲線，就是表示其在各種功率因數(shù)下，允許的有功功率輸出和允許的無(wú)功功率輸出的關(guān)系曲線，又稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限。在一定的電壓和電流下，當(dāng)功率因數(shù)下降時(shí)，發(fā)電機(jī)有功功率輸出減小，無(wú)功功率增大，而功率因數(shù)上升時(shí)則相反。⑷進(jìn)相運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定度，當(dāng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)小于零而轉(zhuǎn)入進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，和之間的夾角不斷增大，此時(shí)，發(fā)電機(jī)有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。⑴原動(dòng)機(jī)輸出功率極限，即原動(dòng)機(jī)的額定功率，一般要稍大于或等于發(fā)電機(jī)的額定功率；⑵發(fā)電機(jī)的額定兆伏安數(shù)，即由定子發(fā)熱決定的允許范圍。本節(jié)主要敘述同步發(fā)電機(jī)接入無(wú)窮大容量電力系統(tǒng)時(shí)，其允許運(yùn)行范圍和正常運(yùn)行調(diào)整。除此之外，還要注意負(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)。在運(yùn)行中，有時(shí)需要調(diào)整各種參數(shù)，例如：要根據(jù)調(diào)度制定的負(fù)荷曲線來(lái)調(diào)整有功和無(wú)功負(fù)荷，用調(diào)速器調(diào)整有功功率，用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無(wú)功功率。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。它不僅決定了發(fā)電機(jī)輸出功率的大小，而且能表明電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。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)。繼續(xù)增加到180176。時(shí)，電磁功率隨著功角的增加而增加；當(dāng)＝90176。從功角特性曲線可知，同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角成正弦函數(shù)關(guān)系。所以稱(chēng)角為功角。由圖714所示同步發(fā)電機(jī)的相量圖可得 (78)式中 ——發(fā)電機(jī)一相的電磁功率；——發(fā)電機(jī)的相電壓； ——發(fā)電機(jī)的相電流；——發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)；——發(fā)電機(jī)的同步電抗；——功率因數(shù)角；——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。因此這兩種情況下的調(diào)整特性曲線都是上升的。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，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。圖712所示為發(fā)電機(jī)帶不同功率因數(shù)負(fù)載時(shí)的外特性曲線。用負(fù)載特性曲線、空載特性曲線、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)。如圖711所示為不同功率因數(shù)時(shí)的負(fù)載特性曲線。顯然，勵(lì)磁繞組存在匝間短路時(shí)，因安匝數(shù)的減少，短路特性曲線是會(huì)降低的。短路試驗(yàn)測(cè)得的短路特性曲線，不但可以用來(lái)求取同步發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)：飽和的同步電抗與短路比。在做短路特性試驗(yàn)時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)三相繞組的出線端短路。例如，勵(lì)磁繞組有無(wú)匝間短路故障，如果勵(lì)磁繞組有匝間短路，在相同的勵(lì)磁電流下，勵(lì)磁磁通勢(shì)減小，空載電動(dòng)勢(shì)減小，曲線下降。由圖79可見(jiàn)，空載特性曲線與發(fā)電機(jī)磁路的磁化曲線相同。第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)帶對(duì)稱(chēng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主要有負(fù)載電流、功率因數(shù)、端電壓和勵(lì)磁電流等幾個(gè)互相影響的變量，這些物理量每?jī)蓚€(gè)量之間的關(guān)系，稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。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。與漏電動(dòng)勢(shì)一樣，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以用電抗壓降來(lái)表示，即 ＝－ (76) 式中 ——電樞反應(yīng)電抗。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。若忽略電樞繞組的電阻壓降，則有＋＋＝ (74)其中，漏電動(dòng)勢(shì)與漏磁通是成正比的，而漏磁通又與電樞電流成正比，因此漏電動(dòng)勢(shì)可以用一個(gè)電抗壓降來(lái)表示，由于漏電動(dòng)勢(shì)滯后漏磁通90176。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)。為了分析問(wèn)題簡(jiǎn)單方便，可不計(jì)磁路飽和的影響。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)。上述四個(gè)額定參數(shù)之間有如下基本關(guān)系＝＝另外，在同步發(fā)電機(jī)的銘牌上還常列有：額定效率(%)、額定頻率(Hz)、額定轉(zhuǎn)速(r/min)、額定勵(lì)磁電壓(V)、額定勵(lì)磁電流(A)和額定溫升(℃)等。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)的最大線電流，單位為安(A)。二、同步發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)額定容量或額定功率額定容量是指發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行時(shí)，所能輸出的最大視在功率，一般以千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)為單位；額定功率是指發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，所能輸出的最大有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)為單位。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。當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正好交變一次，即一個(gè)周期；當(dāng)轉(zhuǎn)子有對(duì)磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就交變了個(gè)周期。因此，三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上也差120176。定子三相繞組在空間互差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。電角度。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。第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的工作原理一、工作原理我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流流過(guò)，同步發(fā)電機(jī)就是利用電磁感應(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)換成為電能的。二、雙流環(huán)式油密封如下右圖所示。環(huán)式油密封主要有三種:單流環(huán)式、雙流環(huán)式和三流環(huán)式，每一種又有不同的具體結(jié)構(gòu)，以下是這三種環(huán)式油密封的結(jié)構(gòu)圖。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。下圖為利港發(fā)電廠的供油系統(tǒng)圖。如上圖是典型供油系統(tǒng)?！?。從運(yùn)行安全上考慮，～，（）。采用油進(jìn)行密封的原理是，在高速旋轉(zhuǎn)的軸與靜止的密封瓦之間注入一連續(xù)的油流，形成一層油膜來(lái)封住氣體，使機(jī)內(nèi)的氫氣不外泄，外面的空氣不能侵入機(jī)內(nèi)。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。上圖為利港發(fā)電廠和其他發(fā)電廠的供水系統(tǒng)圖。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。水氫氫冷發(fā)電機(jī)定子繞組的水冷系統(tǒng)都大同小異。⑥保持高質(zhì)量的冷卻水質(zhì)(除鹽水，又稱(chēng)凝結(jié)水)。④供給額定的定子繞組冷卻水流量。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。利用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）進(jìn)行發(fā)電機(jī)充氫或排氫的過(guò)程（江蘇利港發(fā)電廠使用CO2）：①充氫時(shí)，先用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）置換發(fā)電機(jī)中的空氣，當(dāng)中間氣體純度達(dá)到85%CO2（或95%N2），再換氫氣；②排氫時(shí)，先用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）置換發(fā)電機(jī)中的氫氣，當(dāng)中間氣體純度達(dá)到95%CO2（或97%N2），再換空氣；當(dāng)中間氣體純度達(dá)到15%時(shí)，停止排氣。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。⑸在發(fā)電機(jī)充氫或置換氫氣的過(guò)程中，采用二氧化碳 (或氮?dú)?作為中間介質(zhì)，用間接方法完成，以防止機(jī)內(nèi)形成空氣與氫氣混合的易爆炸氣體。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。當(dāng)機(jī)內(nèi)氫氣溶于密封回油被帶走而使氫壓下降或機(jī)內(nèi)氫氣純度下降需要進(jìn)行排污換氣時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)補(bǔ)氫。⑴氫氣由中央制氫站或儲(chǔ)氫罐提供。供氣系統(tǒng)應(yīng)保證：給發(fā)電機(jī)充以氫氣和空氣；進(jìn)行兩種氣體的置換，補(bǔ)充漏氣；自動(dòng)監(jiān)視和保持氫氣壓力和純度。東方電機(jī)廠生產(chǎn)的(采用GE技術(shù))和北侖港電廠的(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)。經(jīng)冷卻器冷卻后出來(lái)的冷氫，由汽端和勵(lì)端的風(fēng)扇送到各個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)，冷卻定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組后都經(jīng)鐵芯的徑向風(fēng)道排向出風(fēng)區(qū)，再進(jìn)入冷卻器，完成機(jī)內(nèi)氫氣循環(huán)冷卻功效。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。山東鄒縣電廠日立公司產(chǎn)的600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)如下圖所示。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)。另一路冷風(fēng)轉(zhuǎn)彎經(jīng)風(fēng)路隔板和汽端端蓋間的風(fēng)路進(jìn)入汽端轉(zhuǎn)子繞組端部和軸向風(fēng)道，分別在轉(zhuǎn)子本體端排氣槽和轉(zhuǎn)子中部徑向排至氣隙。其通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)類(lèi)似下圖所示(平圩電廠發(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))。這種發(fā)電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)在石洞口二電廠的進(jìn)口機(jī)組美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的600MW發(fā)電機(jī)上采用，意大利ANSALDO公司等廠家也采用。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。冷卻器5置于電機(jī)中部，經(jīng)冷卻器冷卻后的冷氫，由汽端(即汽輪機(jī)側(cè)的發(fā)電機(jī)端部)風(fēng)扇4迫使其分成兩路。⒈半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)如圖。如圖為日立600MW汽輪發(fā)電機(jī)雙路斜流通風(fēng)風(fēng)路和ABB600MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)及開(kāi)口槽斷面圖。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。占轉(zhuǎn)子表面1/3的不開(kāi)槽部分形成一個(gè)大齒，大齒的中心實(shí)際為磁極中心。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。所以轉(zhuǎn)子形狀為隱極式，它的直徑小，為一細(xì)長(zhǎng)的圓柱體，如圖為300MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外形圖。對(duì)于一對(duì)磁極的汽輪發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min。定子機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般機(jī)座都是用鋼板焊接而成，主要用于固定定子鐵芯，并和其他部件一起形成密閉的冷卻系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機(jī)多采用雙層疊繞組。定子繞組是定子的電路部分，它是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、通過(guò)電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。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。為了減小鐵芯損耗。定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，同時(shí)也嵌放定子繞組。江蘇利港發(fā)電廠60萬(wàn)kW發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式。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。大型汽輪發(fā)電機(jī)通常采用臥式軸，實(shí)行一軸三機(jī)，即同一個(gè)軸上同時(shí)有發(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)。表 引進(jìn)型600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)運(yùn)行廠平圩發(fā)電廠北倫港電廠1機(jī)石洞口二廠元寶山電廠生產(chǎn)廠家哈爾濱日本東芝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。目前正研究“超導(dǎo)”材料，轉(zhuǎn)子繞組采用“超導(dǎo)”材料，定子繞組采用常導(dǎo)材料，因“超導(dǎo)”勵(lì)磁繞組可以產(chǎn)生高于常導(dǎo)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁密，無(wú)需定子和轉(zhuǎn)子鐵心，所以定子繞組可作成無(wú)槽氣隙繞組，其空間利用率及線負(fù)荷大大提高，單機(jī)容量可達(dá)3600MW；上表示出了常見(jiàn)汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式與容量的關(guān)系。Ｂδ為氣隙磁通密度，T，受硅鋼片飽和的影響不宜過(guò)大。同步發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量可用下式計(jì)算：P為單機(jī)容量；六個(gè)影響單機(jī)容量的因素：K為常數(shù)，不可改變；n為額定轉(zhuǎn)速，r/min，一般也不可改變；定子內(nèi)徑，m，因?yàn)檗D(zhuǎn)子中心孔所受應(yīng)力與直徑的3次方成正比，所以受轉(zhuǎn)子材料的機(jī)械強(qiáng)度的限制不宜過(guò)大。表 國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增長(zhǎng)速度