6第二部分同步发电机及变压器的运行

13第二部分同步发电机及变压器的运行1、同步发电机的冷却方式分哪几种？各有什么优缺点？答：同步发电机的冷却分为外冷和内冷两种：（1）外冷包括空冷和氢冷；空冷：冷却介质为空气，即用空气把发电机内因损耗而产生的热量带走，这种方式结构简单，但冷却效率不高。最大装机容量可达100MW左右；氢冷：即采用表面冷却，冷却介质为氢气，即用氢气把热量带走。与空气相比，冷却能力高。通风损耗较小，但结构复杂，需配置氢设备。最大装机容量可达200MW左右；（2）内冷包括定子水内冷，转子氢内冷等；内冷（直接冷却方式）：冷却介质为水、油、氢气，即将氢、水或油通过导线内部，直接把热量带走，与前述两种表面冷却方式相比，冷却能力高，可以缩小发电机体积，节省材料，便于制造大容量发电机，但发电机结构复杂，铜损较大，铁损和机械损耗较小，总损耗相差不多。2、简述同步发电机的功角特性？答：同步发电机的功角特性是指发电机的有功（P）、无功（Q）与发电机电抗（Xd）、内电势（Ed）、机端低压（U）和功角（δ）的关系特性。其中有功特性为：对于隐极发电机，取Xd=Xq，则为：发电机的P代表它输送的电磁功率，对发电机产生制动的电磁转矩。在一定的电压和励磁电流下，发电机的电磁功率P是角度δ的函数。无功特性为：对于隐极发电机，取Xd=Xq，则为：因为Ed=Ucosδ+IdXd，故Q=EdId-Id2Xd，即供给电网的无功功sinXEddUPXUXUEdddQ2cos14率等于主磁通转换的无功功率，减去电枢绕组电感的无功损耗。由此可见，增加发电机的励磁电流（即加大Ed），便可增大发电机的无功输出。3、发电机准同期并列的条件有哪些？条件不满足将产生哪些影响？答：⑴并列开关两侧的电压大小相同；⑵并列开关两侧的频率相同；⑶并列开关两侧的相序、相位相同。如上述条件不能满足，将会引起冲击电流。电压差越大，冲击电流就越大；频率差越大，冲击电流振荡周期越短，经历冲击电流的时间越长，而冲击电流的存在对机组本身和电力系统都不利。4、实现发电机并列有几种方法？其特点和用途如何？答：实现发电机并列的方法有准同期并列和自同期并列两种。⑴、准同期并列的方法是：发电机在并列合闸前已经投入励磁，当发电机电压和频率、相位分别和并列点处系统侧电压和频率、相位、大小接近相同时，将发电机断路器合闸，完成并列。准同期并列可分为手动准同期和自动准同期并列两种，准同期最大的特点是操作复杂，并列过程较长，担对系统和发电机本身冲击电流很小，在发电机正常并网时一般均采用准同期并列。⑵、自同期并列的方法是：在相序正确的条件下，起动未加励磁的发电机，当转速接近同步转速时合上发电机开关，将发电机投入系统，然后再加励磁，在原动机转矩、异步转矩、同步转矩等作用下，拖入同步。自同期并列的最大特点是并列过程短、操作简单，在系统电压和频率降低的情况下，仍有可能将发电机并入系统，容易实现自动化。但是，由于自同期并列时，发电机未经励磁，相当于把一个有铁芯的电感线圈接入系统，会从系统中吸取很大的无功电流而导致系统电压降低，同时合闸时的冲击电流较大，所以自同期方式仅在系统中的小容量发电机上采用。大中型发电机均采用准同期并列方法。5、什么是同步发电机非同期？有什么危害？答：同步发电机在不符合准同期拼列条件时与系统并列，就称为非同期并列。非同期并列是电力系统的一种严重事故，它对有关设备如发电机及其与之相串联的变压器、开关等破坏力极大。如果一台大型机组与系统发生非同期并列，则影响更大，造成系统发生振荡，严重地扰乱整个系统的正常运行，甚至造成系统瓦解。6、何谓发电机的调相运行？如何实现？答：所谓调相运行，就是发电机不送有功，主要用来向电网输送感性无功功率。调相运行的电机是需要消耗有功功率来维持其转动的，其消耗的有15功可以从原动机上获得，也可以从系统来获得，汽轮机在调相运行时，汽机从轴封处要进一点汽，其作用除轴封外，是为了冷却汽机的转子和汽缸。因为汽机在调相运行时鼓风摩擦很大，使排汽温度增高。水轮发电机调相是将水轮机的导水叶关闭，排出水轮室的水，使水轮发电机本身转动的能源改由系统供给，增加发电机的励磁电流即可向系统供给无功功率。发电机调相运行时，一方面使系统有旋转着的备用机组，随时可升带有功负荷；另一方面可调节无功，维持系统电压在正常水平。7、何谓发电机进相运行？发电机进相运行时，应注意什么？为什么？答：所谓发电机进相运行，是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态。发电机进相运行时，主要应注意四个问题：一是静态稳定性降低；二是端部漏磁引起定子端部温度升高；三是厂用电电压降低；四是由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加，易造成过负荷。⑴进相运行时，由于发电机进相运行，内部电势降低，静态储备降低，使静态稳定性降低。⑵由于发电机的输出功率P=EdU/Xd·Sinδ，在进相运行时Ed、U均有所降低，在输出功率P不变的情况下，功角δ增大，同样降低动稳定水平。⑶进相运行时由于助磁性的电枢反应，使发电机端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部温度升高，发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时，由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大，导致定子端部温度升高。⑷厂用电电压的降低：由于发电磁的降低和无功潮流倒送造成机端电压降低同时影响厂用电电压降低，厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线，进相运行时，发电机出口电压降低，厂用电电压也要降低。8、何谓发电机自励磁？一般在什么情况下发生？如何避免？答：发电机接上容性负荷后，在系统参数谐振条件下，即当线路的容抗小于或等于发电机和变压器感抗时，在发电机剩磁和电容电流助磁作用下，发电机端电压与负载电流同时上升的现象，就是发电机自励磁。自励磁发生在发电机组接空载长线路或串联电容补偿度过大的线路上在电容器后发生故障时。避免方法：在有自励磁的系统中，可采用并联电抗器，在线路末端联接变压器或限制运行方式，从而改变系统运行参数，使Xd+Xt小于线路容抗Xc。169、快速励磁系统对静态稳定有何影响？答：由于快速励磁系统反应灵敏，调节快速，对同步发电机遭受小扰动时的静态稳定是有益的，它提高了发电机的极限功率。但是，快速励磁系统的开环放大倍数大，则发电机将在小干优下产生自发振荡而失去稳定。如果把放大倍数整定小，则稳定运行时维持发电机端电压恒定的能力差，而达不到高幅值的功角特性，静态稳定极限也就降低了。提高具有快速励磁系统的发电机的静态稳定方法有：⑴采用镇定环节（电力系统稳定器PSS）。增加了发电机阻尼，这样就可以在高放大倍数下消除自发振荡，提高静态稳定。⑵采用最优励磁控制器。提供适当阻尼，有效地抑制各种低频振荡，从而提高静态稳定的极限。10、大型发电机组加装电力系统稳定器（PSS）的作用？答：PSS（PowerSystemStabilizer）电力系统稳定器，是作为发电机励磁系统的附加控制。在大型发电机组加装PSS（电力系统稳定器）适当整定PSS有关参数可以达到以下作用：⑴提供附加阻尼力短，可以抑制电力系统低频振荡；⑵提高电力系统静态稳定限额；11、什么是发电机组的频率特性？答：当系统频率变化时，发电机组的调速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量，以增减发电机的出力，这种反映由频率变化而引起发电机出力变化的关系，称为发电机的频率特性。12、发电机中性点一般有哪几种接地方式？各有什么特点？答：发电机的中性点，主要采用不接地、经消弧线圈接地、经电阻或直接接地三种方式。发电机中性点不接地方式：当发电机单相接地时，接地点仅流过系统另两相与发电机有电气联系的电容电流，当这个电流较小时，故障点的电弧常能自动熄灭，故可大大提高供电的可靠性。当采用中性点不接地方式而电容电流小于5安时，单相接地保护只需利用三相五柱电压互感器开口侧的另序电压给出信号便可以。中性点不接地方式的主要缺点是内部过电压对相电压倍数较高。发电机中性点经消弧线圈接地：当发电机电容电流较大时，一般采用中性点经消弧线圈接地，这主要考虑接地电流大到一定程度时接地点电弧不能自动熄灭。而且接地电流若烧坏定子铁芯时难以修复。中性点接了消弧线圈后，单相接地时可产生电感性电流。补偿接地点的电容电流而使接地点电弧自动熄灭。发电机中性点经电阻或直接接地：这种方式虽然单相接地较为简单和内部过电压对相电压的倍数较低。但是单相接地短路电流很17大，甚至超过三相短路电流，可能使发电机定子绕组和铁芯损坏，而且在发生故障时会引起短路电流波形畸变，使继电保护复杂化。13、简述发电机失磁的现象？答：发电机失磁时：转子电流表指示为零或接近于零；定子电流表指示升高并摆动，有功电力表指示降低并摆动；无功电力表指示为负值，功率因数表指示进相；发电机母线电压指示降低并摆动；发电机有异常声音。14、发电机失磁对系统有何影响？答：发电机失磁对系统的影响是：⑴低励和失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起电力系统的电压降低，如果电力系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近的某些点的电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统因电压崩溃而瓦解。⑵当一台发电机发生失磁后，由于电压下降，电力系统中的其它发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过流而误动，使事故波及范围扩大。⑶一台发电机失磁后，由于该发电机有功功率的摇摆，以及系统电压的下降，将可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统各部分之间失步，使系统发生振荡，甩掉大量负荷。⑷发电机的额定容量越大，在低励磁和失磁时，引起无功功率缺额越大，电力系统的容量越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，对电力系统的不利影响就越严重。15、发电机失磁对发电机本身有何影响？答：发电机失磁对发电机本身的影响：⑴由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流，差频电流在转子回路中产生损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量裕度相对降低，转子更容易过热。而转子表层的差额电流，还可能使转子本体槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤，⑵失磁发电机进入异步运行之后，发电机的等效电抗降低，从电力系统中吸收的无功功率增加，失磁前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就业越大。在重负荷下失磁后，由于过电流，将使发电机定子过热。⑶对于直接冷却高利用率的大型汽轮发电机，其平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降低，转子在纵轴和横轴方面，也呈较明显的不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁后，这种发电机转矩、有功功率要发生剧烈的周期性摆动。对于水轮18发电机，由于平均异步转矩最大值小，以及转子在纵轴和横轴方面不对称，在重负荷下失磁运行时，也将出现类似情况。这种情况下，将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电机的轴系上，并通过定子传递到机座上。此时，转差也作周期性变化，其最大值可能达到4%~5%，发电机周期性地严重超速。这些情况，都直接威胁着机组的安全。⑷失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部的部件和边段铁芯过热。16、发电机的异步运行？答：发电机的异步运行指发电机失去励磁后进入稳态的异步运行。发电机失磁时，励磁电流逐渐衰减为零，发电机电势相应减小，输出有功功率随之下降，原动机输入的拖动转矩大于发电机输出的制动转矩，转子转速增加，功角逐步增大，这时定子的同步旋转磁场与转子的转速之间出现滑差。定子电流与转子电流相互作用，产生异步转矩。与此对应，定、转子之间由电磁感应传送的功率称为异步功率，随功角的增大而增大；同时原动机输入功率随功角增大而减小，当两者相等时，发电机进入稳定异步运行状态。发电机异步运行主要有两个问题，其一，对发电机本身有使转子发生过热损坏的危险；其二，对系统而言，此时发电机不仅不向系统提供无功反而要向系统吸收无功，势必引起系统电压的显著下降，造成系统的电压稳定水平大大降低。17、发电机可能发生的故障和异常工作状态有哪些类型？答：在电力