【正文】 ，＝變數(shù))和勵磁調(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，然后保持不變，連接這些新點就構(gòu)成了曲線。因為發(fā)電機有突然過負荷的可能性，必須留有余量。值降低 (角增大)時，由于轉(zhuǎn)子電流的限 制，相量端點只能在弧線上移動，此時轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用； 值增大 (角減小)時，由于定子允許電流的限制，相量端點只能在弧上移動，此時轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用；過D點后，繼續(xù)增大，由于原動機額定出力的限制，運行范圍不能超過直線(圖中長度代表額定輸出功率)。根據(jù)上述允許運行范圍的條件，在兩個圓弧范圍以內(nèi)才允許運行。上述圖形還可用來表示功率因數(shù)變化時發(fā)電機出力的影響和限制。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，無功功率。以汽輪發(fā)電機為例，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)電機的短路比，它正比于空載勵磁電流；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點作一條垂直于橫坐標的線段AE，表示發(fā)電機端電壓的方向，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功功率輸出的關系曲線，又稱為發(fā)電機的安全運行極限。在一定的電壓和電流下，當功率因數(shù)下降時，發(fā)電機有功功率輸出減小，無功功率增大，而功率因數(shù)上升時則相反。⑷進相運行時的穩(wěn)定度，當發(fā)電機功率因數(shù)小于零而轉(zhuǎn)入進相運行時，和之間的夾角不斷增大，此時，發(fā)電機有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。⑴原動機輸出功率極限，即原動機的額定功率，一般要稍大于或等于發(fā)電機的額定功率；⑵發(fā)電機的額定兆伏安數(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)電機接入無窮大容量電力系統(tǒng)時，其允許運行范圍和正常運行調(diào)整。除此之外，還要注意負荷上升速度，對于汽輪機，為了防止過渡的熱膨脹，負荷上升速度不能太快，從空載到滿負荷，通常要幾小時。在運行中，有時需要調(diào)整各種參數(shù)，例如：要根據(jù)調(diào)度制定的負荷曲線來調(diào)整有功和無功負荷，用調(diào)速器調(diào)整有功功率，用勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無功功率。它的特點是：發(fā)電機的有功負荷、無功負荷、電壓、電流等都在允許范圍以內(nèi)，因而它是一種穩(wěn)定的、對稱的工作狀態(tài)，其中最常見的是額定工作狀態(tài)，即有功負荷、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)電機輸出功率的大小，而且能表明電機的運行狀態(tài)。時，電磁功率由正變負，說明發(fā)電機不再向電網(wǎng)輸送有功功率，而從電網(wǎng)吸收有功功率，即電機從發(fā)電機運行狀態(tài)變成電動機或調(diào)相機運行狀態(tài)。繼續(xù)增加到180176。時，電磁功率隨著功角的增加而增加；當＝90176。從功角特性曲線可知，同步發(fā)電機的電磁功率與功角成正弦函數(shù)關系。所以稱角為功角。由圖714所示同步發(fā)電機的相量圖可得 (78)式中 ——發(fā)電機一相的電磁功率；——發(fā)電機的相電壓； ——發(fā)電機的相電流；——發(fā)電機的空載電勢；——發(fā)電機的同步電抗；——功率因數(shù)角；——功角。六、功角特性功角特性是指同步發(fā)電機接在電網(wǎng)上穩(wěn)態(tài)運行時，發(fā)電機的電磁功率與功角之間的關系。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)電機在額定轉(zhuǎn)速下，端電壓和負載功率因數(shù)不變時，勵磁電流與負載電流的關系曲線，圖713是同步發(fā)電機在不同功率因數(shù)時的調(diào)整特性曲線。圖712所示為發(fā)電機帶不同功率因數(shù)負載時的外特性曲線。用負載特性曲線、空載特性曲線、短路特性，可以測定發(fā)電機的基本參數(shù)，這是發(fā)電機設計、制造的主要技術數(shù)據(jù)。如圖711所示為不同功率因數(shù)時的負載特性曲線。顯然，勵磁繞組存在匝間短路時，因安匝數(shù)的減少，短路特性曲線是會降低的。短路試驗測得的短路特性曲線，不但可以用來求取同步發(fā)電機的重要參數(shù)：飽和的同步電抗與短路比。在做短路特性試驗時，要先將發(fā)電機三相繞組的出線端短路。例如，勵磁繞組有無匝間短路故障，如果勵磁繞組有匝間短路，在相同的勵磁電流下，勵磁磁通勢減小，空載電動勢減小，曲線下降。由圖79可見，空載特性曲線與發(fā)電機磁路的磁化曲線相同。第三節(jié) 同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機帶對稱負載運行時，主要有負載電流、功率因數(shù)、端電壓和勵磁電流等幾個互相影響的變量，這些物理量每兩個量之間的關系，稱為同步發(fā)電機的運行特性。同步發(fā)電機的等值電路和相量圖由式(77)可得同步發(fā)電機的等值電路如圖77所示。與漏電動勢一樣，電樞反應電動勢可以用電抗壓降來表示，即 ＝－ (76) 式中 ——電樞反應電抗。如果不計磁路飽和，則電樞反應電動勢、電樞反應磁通、電樞反應磁通勢和電樞電流成正比關系。若忽略電樞繞組的電阻壓降，則有＋＋＝ (74)其中，漏電動勢與漏磁通是成正比的，而漏磁通又與電樞電流成正比，因此漏電動勢可以用一個電抗壓降來表示，由于漏電動勢滯后漏磁通90176。所以負載時定子繞組中感應電動勢包括轉(zhuǎn)子磁場感應的空載電動勢、電樞磁場感應的電動勢和漏磁通感應的電動勢。為了分析問題簡單方便，可不計磁路飽和的影響。三、同步發(fā)電機的電動勢方程、等值電路和相量圖同步發(fā)電機帶負載運行時的電磁量同步發(fā)電機負載運行時，由于定子三相繞相中有電流通過，也會形成一個磁場，該磁場也是旋轉(zhuǎn)磁場，稱之為電樞磁場，電樞磁場以與轉(zhuǎn)子主磁場相同的轉(zhuǎn)速，相同的方向旋轉(zhuǎn)。上述四個額定參數(shù)之間有如下基本關系＝＝另外，在同步發(fā)電機的銘牌上還常列有：額定效率(%)、額定頻率(Hz)、額定轉(zhuǎn)速(r/min)、額定勵磁電壓(V)、額定勵磁電流(A)和額定溫升(℃)等。額定電流額定電流是指發(fā)電機正常連續(xù)運行時，定子繞組允許通過的最大線電流，單位為安(A)。二、同步發(fā)電機的額定參數(shù)額定容量或額定功率額定容量是指發(fā)電機長期安全運行時，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)電機正常運行時，所能輸出的最大有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)為單位。我國電力系統(tǒng)的標準頻率規(guī)定為50Hz，因此，當＝3000r/min時，發(fā)電機應為一對極；當＝1500r/min時，發(fā)電機應為兩對極，依次類推。當轉(zhuǎn)子為一對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應電動勢正好交變一次，即一個周期；當轉(zhuǎn)子有對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應電動勢就交變了個周期。因此，三相感應電動勢在時間上也差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)電機的定子鐵芯內(nèi)，對稱地安放著A－X、B－Y、C－Z三相繞組。第二節(jié) 同步發(fā)電機的工作原理一、工作原理我們知道，導線切割磁力線能產(chǎn)生感應電動勢，將導線連成閉合回路，就有電流流過，同步發(fā)電機就是利用電磁感應原理將原動機轉(zhuǎn)軸上的動能通過磁場轉(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)?！倪\行安全上考慮，～，（）。采用油進行密封的原理是，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，形成一層油膜來封住氣體，使機內(nèi)的氫氣不外泄，外面的空氣不能侵入機內(nèi)。它的作用是防止外界氣體進入電機內(nèi)部或阻止氫氣從機內(nèi)漏出，以保證電機內(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個水冷卻器、2臺水泵、3個過濾器、離子交換器、水箱和一系列指示儀表及信號器等。水氫氫冷發(fā)電機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（氮氣N2）進行發(fā)電機充氫或排氫的過程（江蘇利港發(fā)電廠使用CO2）：①充氫時，先用二氧化碳CO2（氮氣N2）置換發(fā)電機中的空氣，當中間氣體純度達到85%CO2（或95%N2），再換氫氣；②排氫時，先用二氧化碳CO2（氮氣N2）置換發(fā)電機中的氫氣，當中間氣體純度達到95%CO2（或97%N2），再換空氣；當中間氣體純度達到15%時，停止排氣。供氣系統(tǒng)的組成：制氫站、供氣管路、排氣管路、氫氣過濾器、液位控制器、氣體狀態(tài)監(jiān)測儀表、氫氣干燥器、氣體控制屏等。⑸在發(fā)電機充氫或置換氫氣的過程中，采用二氧化碳 (或氮氣)作為中間介質(zhì)，用間接方法完成，以防止機內(nèi)形成空氣與氫氣混合的易爆炸氣體。⑷設置一套氣體純度分析儀及氣體純度計，以監(jiān)視氫氣的純度。當機內(nèi)氫氣溶于密封回油被帶走而使氫壓下降或機內(nèi)氫氣純度下降需要進行排污換氣時，可通過調(diào)節(jié)閥自動補氫。⑴氫氣由中央制氫站或儲氫罐提供。供氣系統(tǒng)應保證：給發(fā)電機充以氫氣和空氣；進行兩種氣體的置換，補充漏氣；自動監(jiān)視和保持氫氣壓力和純度。東方電機廠生產(chǎn)的(采用GE技術)和北侖港電廠的(日東芝產(chǎn)GE技術)600MW汽輪發(fā)電機，則是采用帶有氣隙隔環(huán)的“六進七出”的多路通風結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子沿軸向共有13個風區(qū)。經(jīng)冷卻器冷卻后出來的冷氫，由汽端和勵端的風扇送到各個進風區(qū)，冷卻定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組后都經(jīng)鐵芯的徑向風道排向出風區(qū)，再進入冷卻器，完成機內(nèi)氫氣循環(huán)冷卻功效。定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組采用五進六出相對應的通風結(jié)構(gòu)，即沿發(fā)電機軸向長度分為五個進風區(qū)和六個出風區(qū)，進出風區(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)電機的通風系統(tǒng)如下圖所示。為防止勵端風路短路，在勵端鐵芯端部的氣隙處設有氣隙隔環(huán)。另一路冷風轉(zhuǎn)彎經(jīng)風路隔板和汽端端蓋間的風路進入汽端轉(zhuǎn)子繞組端部和軸向風道，分別在轉(zhuǎn)子本體端排氣槽和轉(zhuǎn)子中部徑向排至氣隙。其通風冷卻結(jié)構(gòu)類似下圖所示(平圩電廠發(fā)電機的兩組立式氫氣冷卻器布置在發(fā)電機汽端兩側(cè))。這種發(fā)電機冷卻結(jié)構(gòu)在石洞口二電廠的進口機組美國ABB公司生產(chǎn)的600MW發(fā)電機上采用，意大利ANSALDO公司等廠家也采用。汽勵兩端進入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的氫氣都從鐵芯中段徑向風道排出。冷卻器5置于電機中部，經(jīng)冷卻器冷卻后的冷氫，由汽端(即汽輪機側(cè)的發(fā)電機端部)風扇4迫使其分成兩路。⒈半軸向通風的冷卻系統(tǒng)如圖。如圖為日立600MW汽輪發(fā)電機雙路斜流通風風路和ABB600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子通風及開口槽斷面圖。直流勵磁電流一般是通過電刷和集電環(huán)引入轉(zhuǎn)子勵磁繞組，形成轉(zhuǎn)子的直流電路。占轉(zhuǎn)子表面1/3的不開槽部分形成一個大齒，大齒的中心實際為磁極中心。沿轉(zhuǎn)子鐵芯軸向，鐵芯表面三分之二的部分對稱地銑有凹槽，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，為一細長的圓柱體，如圖為300MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外形圖。對于一對磁極的汽輪發(fā)電機，其轉(zhuǎn)速達3000r/min。定子機座應有足夠的強度和剛度，一般機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)電機多采用雙層疊繞組。定子繞組是定子的電路部分，它是感應電動勢、通過電流、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。整個鐵芯用非磁性的端壓板和抱緊螺桿壓緊固定于機座上。為了減小鐵芯損耗。定子鐵芯是電機磁路的一部分，同時也嵌放定子繞組。江蘇利港發(fā)電廠60萬kW發(fā)電機采用自并勵勵磁方式。有些發(fā)電機的主勵磁機采用定子勵磁，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)電機勵磁繞組，采用了無刷勵磁。大型汽輪發(fā)電機通常采用臥式軸，實行一軸三機，即同一個軸上同時有發(fā)電機、主勵磁機和副勵磁機。表 引進型600MW汽輪發(fā)電機組的技術指標運行廠平圩發(fā)電廠北倫港電廠1機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AA機型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定子繞組進水溫℃45~50464535定子繞組溫升℃50546065勵磁電流A/電壓V5900/4804700/5105080/4842963/592轉(zhuǎn)子額定氫壓MPa轉(zhuǎn)子進氫溫度℃45177。目前正研究“超導”材料，轉(zhuǎn)子繞組采用“超導”材料，定子繞組采用常導材料，因“超導”勵磁繞組可以產(chǎn)生高于常導勵磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁密，無需定子和轉(zhuǎn)子鐵心，所以定子繞組可作成無槽氣隙繞組，其空間利用率及線負荷大大提高，單機容量可達3600MW；上表示出了常見汽輪發(fā)電機冷卻方式與容量的關系。Ｂδ為氣隙磁通密度，T，受硅鋼片飽和的影響不宜過大。同步發(fā)電機的單機容量可用下式計算：P為單機容量；六個影響單機容量的因素：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，因為轉(zhuǎn)子中心孔所受應力與直徑的3次方成正比，所以受轉(zhuǎn)子材料的機械強度的限制不宜過大。表 國產(chǎn)汽輪發(fā)電機單機容量增長速度