汽轮发电机课程课件.ppt

第七章 发电机,第一节 同步发电机概述,一、同步发电机的基本工作原理 同步发电机是根据导体切割磁力线感应电动势这一基本原理工作的。因此，同步发电机应具有产生磁力线的磁场和切割该磁场的导体。通常前者是转动的，称为转子，后者是固定的，称为定子（或称电枢），定、转子之间有气隙，如图7-1所示。定子上有AX、BY、CZ三相定子绕组，它们在空间是互差1200电角度对称分布放置在定子铁芯槽中，每相的结构参数都完全相同。转子具有p对磁极，上面装有直流励磁的转子绕组，当直流电流通过电刷和集电环流入转子绕组后，产生的主磁通由N极出来经过气隙、定子铁芯，再经过气隙进入S极构成主磁路，如图7-1中虚线所示（图中p1）。,第一节 同步发电机概述,图7-1同步电机的工作原理图1一定子；2转子；3一滑环,当发电机的转子由原动机驱动，以转速n按图示方向作恒速旋转时，定子中三相绕组的导体依次切割气隙磁场，于是，三相绕组便感应出各相大小相等、相位彼此相差120的交流电动势。据图7-1所示转子的转向，若气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形如图7-2所示，相序为ABC。交流电动势的频率f可这样确定：当转子为1对极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转子的转速为每分n转时，则交变电动势的频率为（71）式中n转子的转速，r/min。,第一节 同步发电机概述,第一节 同步发电机概述,由上式（71）可知：同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于它的极对数p和转子的转速n。可见，同步发电机极对数p一定时，转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。亦即当电力系统频率f一定时，电机的转速亦为恒值，这就是同步电机的主要特点。我国标准工频为50Hz。因此同步发电机的极对数和转速成反比，即。汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速n3000r/min，则极对数p=1。水轮发电机，转速较低，极对数较多，如转速n125r/min，则极对数p24。习惯上称此转速n为同步转速。,第一节 同步发电机概述,图7-2 定子三相电动势波形,如果同步发电机作电动机运行，必须在定子绕组加以三相交流电源，电机内部便产生一个旋转磁场。这时转子绕组加直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的方向以相同的转速旋转，转子的转速仍由式（7-1）决定，即（72）由上两式可见，同步电机无论是作为发电机使用，还是作为电动机使用，其转速和交流电频率之间都将保持严格不变的关系，也就是说，电枢磁动势为一同步旋转的旋转磁动势，它与转子同速同方向旋转，定子和转子磁动势之间保持相对静止并产生恒定的电磁转矩。同步电机在恒定频率下的转速恒为同步速度，是同步电机和感应电机的基本区别之一。,第一节 同步发电机概述,二、同步发电机的类型 同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构和安装方式等进行分类。（1）按原动机的类别，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机及柴油发电机等。（2）按冷却介质，可分为空气冷却、氢气冷却和水冷却等。（3）按主轴安装方式，可分为卧式安装和立式安装等。（4）按本体结构，可分为旋转电枢式和旋转磁极式等。同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电机，由于转速高达3000r/nun，故极对数少，转子采用一隐极式，卧式安装；水轮发电机由于转速低（一般在500r/min以下）故其极对数多，转子采用凸极式，立式安装。,第一节 同步发电机概述,三、同步发电机的主要技术数据 为使发电机按设计技术条件运行，在发电机出厂时都在其铭牌上标注出额定技术数据。这些额定技术数据主要有：（1）额定容量（或额定功率）。额定容量是指发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率，用kVA或MVA表示；额定功率是指发电机输出的有功功率，用kW或MW表示。（2）额定定子电压。指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压，用kV表示。（3）额定定子电流。指发电机定子绕组出线的额定线电流，单位为A。（4）额定功率因数。指发电机在额定功率下运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值，即值。,第一节 同步发电机概述,（5）额定转速。指正常运行时发电机的转速，用r/min（每分钟转数）表示。我国生产的汽轮发电机转速均3000r/min。（6）额定频率。我国电网的额定频率为50Hz（即每秒50周）。（7）额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行在稳定温度时的励磁电压。（8）额定励磁电流。指发电机在额定出力时，转子绕组通过的励磁电流，用A或kA表示。（9）额定温度。指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（）。（10）效率。指发电机输出与输入能量之比百分值，一般额定效率在93%98之间。,第一节 同步发电机概述,第二节 同步发电机的基本构造,一、同步发电机的基本构造 同步发电机的结构采用旋转磁极式，按转子磁极的形状可分为隐极式和凸极式两种。一般隐极式结构在汽轮发电机中采用，而凸极式结构则通常在水轮发电机中采用，如图7-3所示。从图中可见，隐极式的气隙是均匀的，转子呈圆柱形。凸极式的气隙是不均匀的，极弧底下气隙较小，极间部分较大。,第二节 同步发电机的基本构造,图7-3 同步发电机的类型（a）隐极式；（b）凸极式1一定子；2一隐极式转子；3一凸极式转子,无论电机是隐极式或凸极式，其基本结构均包括定子和转子两大部分。汽轮发电机一般制成隐极式，而水轮发电机则制成凸极式，下面介绍隐极式的汽轮发电机基本结构。隐极式同步发电机多用于汽轮发电机，一般制成两极，转速为3000r/min，因为提高发电机的转速可提高汽轮机的运行效率，缩小机组的体积和降低造价。由于转速高，汽轮发电机的转子直径必须缩小，在容量一定的情况下，电机的长度就要加长，故一般汽轮发电机的转子长度L和定子内径D之比为26.5。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,1定子 定子又称为电枢，主要由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖等部件组成。，它是同步发电机用以产生三相交流电能，实现机械能与电能转换的重要部件。（1）定子铁芯。定子铁芯一般由厚0.5mm或0.35rnm两面涂有绝缘漆膜的硅钢片叠成，沿轴向叠成多段形式，每段叠片厚为3060rnm。各段叠片之间留有宽约l0mm的通风槽，以改善定子铁芯的散热条件。当屋子铁芯外圆直径大于lm时，用扇形硅钢片拼成一个整圆。为减少漏磁防止涡流引起过热，在定子铁芯的两端用非磁性材料制成的压板将其夹紧，整个铁芯固定在定子机座上，如图7-4所示。沿定子铁芯内圆表面的槽内放置三相定子绕组。,第二节 同步发电机的基本构造,图7-4定子铁芯压紧（a）无磁性压板；（b）定子铁芯剖面,（2）定子绕组。汽轮发电机的定子绕组一般采用三相双层叠绕组，构成定子三相交流电路。为了减少绕组导体中集肤效应引起的附加损耗，导线由许多相互绝缘的并联多股线组成，在槽内线圈的直线部分还应进行换位。三相定子绕组对铁芯绝缘强度的要求，取决于电机额定电压的高低。为了防止电晕，6.3kV及以上的定子绕组经绝缘处理后还要涂以半导体漆。定子的每一槽内放置上、下两线圈边，并垫以层间绝缘，线圈放入槽中，采用槽楔固定。为了能承受住因突然短路产生的巨大电磁力而引起的端部变形，以及正常运行时不致产生较大的振动，定子绕组端接部分需用线绳绑紧或压板夹紧在非磁性钢做成的端箍上，如图7-5所示。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,图7-5汽轮发电机的定子绕组部分1一定子绕组；2-端部连接线；3一机壳；4一通风孔；5一机座,（3）机座。机座是用来支撑和固定定子铁芯和端盖的，应有足够的强度和刚度，机座与定子铁芯之间需要留有适当的通风道，以利电机的冷却。此外，还有端盖、轴承、通风隔板等。2转子转子包括转子铁芯、励磁绕组、阻尼绕组、紧固件和风扇等。它也是汽轮发电机的重要部件。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,（1）转子铁芯。转子铁芯应具有良好的导磁性能，并能承受很大的离心力作用。隐极式的转子铁芯与转轴锻造成一体，一般所用材料是具有高强度和导磁性能良好的含铬、镍和钼的合金钢。汽轮发电机的转子铁芯横剖面如图7-6所示。沿转子铁芯外圆表面铣出槽，槽内放置直流励磁绕组。转子表面约占圆周长的三分之一不开槽，称大齿，即主磁极。,（2）励磁绕组。励磁绕组由矩形的绝缘扁铜线绕成同心式线圈，两线圈边分别放置在大齿两侧所开出的槽内，所有线圈串联组成励磁绕组，构成转子的直流电路。励磁绕组引出的两个线端接在集电环上，并通过电刷与外电路直流电源相连接。励磁绕组的各线匝间垫有绝缘，线圈和铁芯之间也有可靠的“对地绝缘”。励磁绕组放置在槽内后，需用非导磁高强度的硬铝或铝青铜制成的槽楔来压紧。如图7-7所示。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,图7-6汽轮发电机的转子槽 图7-7转子槽部剖面图（a）辐射形排列：（b）平行排列 1一槽楔；2一楔下垫条；3一扁铜线；4-槽绝缘；5一匝间绝缘,3）阻尼绕组。某些大型汽轮发电机转子上装有阻尼绕组，它是一种短路绕组，由放在槽楔下的铜条和转子两端的铜环焊接成闭合回路。阻尼绕组的主要作用是，在同步发电机短路或不对称运行时，利用其感应电流来削弱负序旋转磁场的作用，以及同步发电机发生振荡时起阻尼的作用，使振荡衰减。（4）紧固件。转子紧固件包括护环和中心环。由于汽轮发电机转速高，绕组端部受到很大的离心力，所以必须采用护环和中心环来可靠地固定，如图7-8所示。护环把转子励磁绕组的端部套紧，以防绕组端部甩出。中心环用来支持护环和防止转子绕组端部的轴向位移。为了减少端部漏磁场，护环采用非导磁合金钢材料。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,图7-8护环1一转子本体；2-护环；3绕组端部，4一中心环,（5）集电环。直流电流通过静止的正负极性的电刷和两个互相绝缘且套在转轴上随转子转动的集电环引入转子励磁绕组。（6）风扇。汽轮发电机的转子细长，通风冷却比较困难，故转子的两端一般装有轴流式或离心式风扇，用以改善冷却条件。,第二节 同步发电机的基本构造,二、300MW水氢氢冷却发电机结构特点 发电机在运行时，由于绕组中的电流和铁芯中的交变磁通会产生热量，这种热量会使发电机温度升高，随着发电机单机容量的增大，温升也越来越高。就发电机而言，温升受到电机铁芯冲片绝缘和线圈绝缘材料允许温度的限制，因此，必须加以冷却。提高发电机单机容量，不能只靠增加电机体积，因为发电机转子锻件和护环锻件的机械性能极限使锻件尺寸受到限制，因此随着单机容量增加，材料利用率越来越高，单位体积的发热量也大为增加，为限制发电机温度，必须在冷却上采取强化措施。所以，发电机冷却方式可以反映出发电机的容量等级和结构特征。,第二节 同步发电机的基本构造,80多年来，发电机冷却介质已从空气时代进展到氢气和水的时代，氢气的重量仅为空气的1/4，导热性能比空气高六倍，其冷却效果比空气好，效率提高了0.71.0。一般汽轮发电机从空冷改为氢冷后，可提高出力2035，冷却方法从冷却介质接触绝缘外部的间接冷却进展到与铜线的内部接触直接冷却，称之内冷式，大大提高了冷却效果；而采用水作为冷却介质，为电机技术的发展开辟了一条崭新的道路，当水的流速仅为空气的百分之几时，它的冷却能力比空气大几十倍。发电机的定子采用水内冷，转子及铁芯采用氢内冷方式，可大幅度提高其出力。水氢冷发电机的特点是，定子绕组用水冷却，转子绕组采用氢气冷却，一般水源取自汽轮机的凝结水，这种水源比较清洁，符合冷却水质的要求。发电机铁芯也采用氢气冷却。,第二节 同步发电机的基本构造,水氢冷发电机虽然可以减少材料消耗，但是和空冷电机相比，它的结构比较复杂，维护修理比较麻烦，同时还必须配备一套专用冷却系统，所以一般情况下，它只适用于大型电机，而对5万kW以下的中小型电机，由于它的经济意义不大，故仍采用空冷型式为主。我国QFSN-300型30万kW机组，由于容量大、额定电压高，较之普遍的中小型氢冷水冷机组，在提高电气性能和加强机械强度、确保安全运行方面，都采取一系列特殊而有效的必要措施。以下对东方电机厂制造的QFSN-300-2-20型汽轮同步发电机主要参数及总体做一介绍。,第二节 同步发电机的基本构造,第二节 同步发电机的基本构造,（一）主要参数1发电机本体主要参数及有关说明 发电机型号QFSN-300-2-20,其中Q表示“汽”轮机，F表示“发”电机，S表示“水”冷，N表示“内”部冷却，300代表发电机额定有功功率为300MW，2代表发电机有两个磁极，20代表发电机额定端电压20kV。发电机额定容量为353MVA，额定功率因数为085。定子额定电流为10190A，额定频率为50Hz,额定转速为3000r/m。定子绕组接线方式为双Y（并联），额定励磁电压为463V，额定励磁电流为2203A，冷却方式为水氢氢，励磁方式为三机同轴有刷励磁系统（同轴永磁机给主励磁机提供励磁），旋转方向为从汽轮机向发电机端看为顺时针方向。,（二）同步发电机总体结构同步发电机组外形见图7-9。,第二节 同步发电机的基本构造,图7-9 同步发电机组外形图,第三节 汽轮发电机的运行方式,汽轮发电机的运行方式包括正常运行方式，进相运行方式以及不对称运行方式等，现简 单叙述如下。一、额定情况下的运行方式 发电机按照制造厂铭牌规定数据运行的方式，称为额定运行方式。在此方式下，可以长期连续运行。发电机的额定数据，如转速、定子电压、定子和转子温度、振动幅度等，是制造厂的设计依据，只有严格控制其在允许值范围内，才能保障发电机安全而高效地运行。,二、发电机的允许运行方式发电机的定子电压、频率、功率因数等异于额定运行方式时，未经试验和明确前，规定如下。1发电机电压的规定 在发电机各部分温度没有超过限额的情况下，定子电压在额定值的5%范围内变化时，其额定容量不变，但当发电机定子电压低于额定电压95%运行时，其定子最大电流不允许超过铭牌定子电流的105%。发电机定子电压最高不得大于额定电压的110%，最低值应根据稳定运行的要求来确定，一般不应低于额定值的90%。,第三节 汽轮发电机的运行方式,第三节 汽轮发电机的运行方式,2发电机过负荷的规定 发电机不允许在长期过负荷情况下运行，但在系统发生事故时，发电机允许事故过负荷。过负荷数值最高为额定电流的115，时间不超过15min，且应监视定子冷却水出水温度不得超过85。3发电机不平衡电流的规定 发电机允许在三相不平衡负荷条件下运行，但定子各相之间不平衡电流之差不得超过额定电流的10，同时，最大一相定子电流不应大于额定电流。如运行中发现超出上述规定，应立即降低定子电流，使其不超出上述规定，同时并应加强对发电机转子温度的监视。不平衡电流，可分为正序、负序及零序三个分量，负序电流与发电机额定值之比不得大于0.08。,4发电机正常运行时对频率的规定 发电机正常运行时频率应保持在50Hz，其变动范围为49.550.5Hzo 在发电机各部分温度未超过限额和转子电流不超过限额的情况下，发电机频率变动时，额定容量不变。5发电机正常运行时对功率因数的规定 300MW发电机的最高运行功率因数，决定于发电机及电网的运行稳定性，一般不应超过迟相0.95运行。在自动励磁调节装置投入运行的情况下，必要时可短时间在功率因数为1的条件下运行，但一般不允许进相运行。,第三节 汽轮发电机的运行方式,6对绝缘电阻的规定 发电机经电气检修后及每次起动前、停机后，立即用摇表测量定子、转子、100Hz主励磁机、350Hz副励磁机的绝缘电阻。对定子及一次回路，应将集水环到外接水管法兰的跨接线拆开，并将两端集水环连接起来接到1000V摇表的屏蔽端（定子应通有合格的冷却水），然后侧量。测得的电阻值不作规定，但应与历次测得的绝缘电阻进行比较，如较前次降低2/3以上，应查明原因并消除。如不能用此法测量，可用万用表测量厂绝缘电阻值不应小于5k，应确认无金属性接地。当分析确定发电机受潮时，则应进行烘燥,第三节 汽轮发电机的运行方式,三、发电机的进相运行方式 汽轮发电机既发出有功功率，也提供感性无功功率，以满足负荷的需求。通常规定，发电机发出感性无功功率为正，吸收感性无功功率为负。汽轮发电机的进相运行方式是指欠励运行。发电机在这种方式下运行时，它的功率因数是超前的，也就是说，它从系统中吸收感性无功功率和发出有功功率。随着电力系统不断发展，输电线路电压等级越来越高，输电距离越来越长，线间及线对地的电容在增大，从而导致了电力系统电容电流以及容性无功功率的增长，也相当于发出的感性无功功率增多了。尤其在节假日、午夜等低谷负荷期间，线路所发生的无功功率过剩，使得电力系统电压上升，以致超过容许范围。,第三节 汽轮发电机的运行方式,若采用并联电抗器或向步调相机来吸收这部分剩余无功功率，不但有一定限度，且增加了设备投资。早在20世纪50年代，国外就开始试验研究大容量发电机的进相运行，用以吸收过剩的无功功率，进行调压，使电压保持在容许的范围内。近十多年来，我国也广泛开展了发电机进相运行的试验研究。实践证明，这是一项切实可行的措施，无需增加额外设备投资而收到同样效果。图7-10（a）表示发电机G直接接于无限大容量系统S的情况。设系统端电压 恒定，并设发电机电动势为，负荷电流为，功率因数角为。这时调节励磁电流。随之变化，功率因数角 也在变化。,第三节 汽轮发电机的运行方式,如增加励磁电流，变大，此时负荷电流 产生去磁电枢反应，功率因数角 是滞后的，发电机向系统输送有功功率和无功功率，这种运行状态称为迟相运行。反之，如图7一10（b）所示，减少励磁电流，使发电机电动势 减小，功率因数角 就变为超前的，发电机负荷电流 产生助磁电枢反应，发电机向系统输送有功功率，但吸收无功功率，这种运行状态称为进相运行。发电机是否能进相运行应遵守制造厂的规定。制造厂无规定的应通过试验来确定。,第三节 汽轮发电机的运行方式,第三节 汽轮发电机的运行方式,图7一10 发电机的迟相与进相运行（a）迟相运行；(b)进相运行,同步发电机进相运行，从理论上讲是可行的，但由于发电机的类型、结构、冷却方式及容量等不同，容许输送多少有功功率和吸收多少无功功率，与下述因素有关：一是静态稳定极限；二是定子端部容许发热。分别讨论如下。如已知发电机空载电动势为同步电抗为，无限大容量系统端电压为，则（73）进相运行时，在输出功率尸恒定的前提下，随着励磁电流的减少，发电机电动势随之减小，功角就会增大，从而使静态稳定性降低。,第三节 汽轮发电机的运行方式,式（73）是相应于发电机直接接在无限大容量母线上的情况，实际上，发电机总是要经变压器、输电线路才接到系统上的，所以需要计及这些元件的电抗。如发电机经外部电抗后并入无限大容量系统，为变压器与输电线路的电抗之和（略去电阻损耗）。此时，发电机经外部电抗进入无限大容量系统的有功功率P与发电机电动势和系统电压之间的相量夹角之间的关系，仍可与像发电机直接与无限大容量系统并联运行时的电压相量关系分析相似，可直接写出（74）由式（7-4）可以看出，静态稳定极限输出功率随外部电抗的增大而减小，也就是说，静态稳定性还要进一步降低。,第三节 汽轮发电机的运行方式,发电机进相运行时，限制发电机容许出力的另一个因素是发电机定子端部漏磁引起的发热。端部漏磁是由定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁组成的合成磁通。它的大小除与发电机的结构、型式、材料、短路比等因素有关外，还与定子电流的大小、功率因数的高低等因素有关。发电机在进相（欠励磁）运行时，其端部发热比迟相（过励磁）运行严重。原因是在相同的视在功率下，发电机随着功率因数cos由迟相向进相转移时，端部的漏磁通密度增大，引起定子端部的发热也逐渐趋向严重。根据理论计算，定子端部漏磁密度的平方随功率因数角之间存在如图7-11所示的关系。,第三节 汽轮发电机的运行方式,从图7-11可以看出，当视在功率一定，发电机从迟相向进相转移时，在cos1（即）附近，定子端部磁通密度上升很快。此后，随着进相角度增大，cos降低，吸收的无功功率增多，仍继续增大。发电机定子端部温度升与成正比，使发电机定子端部过热，成为限制发电机进相运行容量的因素之一。,第三节 汽轮发电机的运行方式,图7-11 和角的关系曲线,上述讨论是在视在功率一定时定子端部漏磁通与功率因数的关系，而当功率因数一定时，端部漏磁通大约与发电机的视在功率S成正比，如图7-12所示。由图7-12可以看出，如欲保持定子端部发热为一定值，亦即端部漏磁通为一定值，随着进相深度的增大，视在功率S应相应降低,第三节 汽轮发电机的运行方式,图7-12 发电机端部漏磁通与视在功率的关系,由于发电机进相运行时的端部漏磁通及温升随着功率因数和输出功率而变化，为了在进相运行时不致使端部温升超过允许值，应作出发电机进相运行时定子端部温升限额曲线。根据温升限额曲线就可以确定在不同进相运行深度时，端部温升不超过允许值条件下，发电机输出的有功功率和无功功率的限值。由于各种发电机的参数、结构、端部材料以及连接的系统参数等不相同，故各种发电机进相运行时的限额曲线（容许限值）亦不相同，一般应通过试验来确定。进相运行时，随着发电机励磁电流的降低，发电机无功功率的倒流，发电机出口处的厂用电电压也要降低，因厂用电通常引自发电机出口或发电机电压母线。正常情况下，进相运行的发电机端电压还不致降低到额定电压的95%。但在厂用电支路发生短路故障后恢复供电时，某些大型厂用电动机，例如给水泵电动机，自启动会发生困难。,第三节 汽轮发电机的运行方式,四、发电机的不对称运行方式对于汽轮发电机而言，有时可能在不对称状态下运行，这时其三相电流和电压大小不相等，相位差也可能不是120。下列情况可能发生不对称运行：（1）负荷不对称。如冶金企业用的电弧炉、电气铁道上的电气机车均为单相负荷。（2）各种类型的不对称短路。通常依赖继电保护在短暂时间内将它切除。（3）输电线路的不对称。例如一相输电线（或变压器）被切除后，仍维持继续运行。,第三节 汽轮发电机的运行方式,不对称状态下的运行有许多危害：对于同步发电机，其危害反应在负序电流会使发电机定子产生100Hz的振动并在转子的励磁绕组、阻尼绕组以及转子本体中感应出两倍工频的电流，引起附加损耗而降低发电机效率，和在转子表面引起局部过热。不平衡电流会使电力变压器各相绕组发热不一致，当个别相绕组已经过热而其他相负荷还不大时，使变压器的容量得不到充分利用，也可能发生局部过热现象。由于系统三相电压不对称，使电能质量变坏，异步电动机出力下降，使用寿命降低。例如负序电压达额定电压的5%时，电动机出力降低10%15%，负序电压达7%时，则出力将降低20%25%。对通信线路的危害主要是零序电流，在与输电线路平行的通信线路上可能感应出危险的对地电压，危及通信设备和人身的安全，降低通信质量。,第三节 汽轮发电机的运行方式,尽管不对称运行有很多危害，但短时间的不对称运行方式却具有实用价值。例如中性点直接接地系统中，当线路、变压器的一相发生故障时，可以只切除故障相，使之短时间两相运行，然后单相重合闸动作，可以提高电力系统运行的安全性和稳定性；在发生单相永久性故障时，在某些条件下，可以让故障相暂时停电检修，其余两相继续供电，或者采取短时的两相运行，待电源、负荷转移妥当之后，系统具备安全可靠条件下，再断开这两相，为连续供电赢得时间。电力系统和发电机采取不对称运行方式，作为一项应急措施，是有意义的，但事先应作全面而周密的分析和计算，以确保设备的安全。,第三节 汽轮发电机的运行方式,第三节 汽轮发电机的运行方式,同步发电机通常采取中性点不接地或经高阻抗接地的方式，其零序电流基本上没有通路，因此，不对称运行状态对同步发电机的危害来自负序电流。负序电流一方面与正序电流叠加，使定子绕组相电流可能超过额定值，导致该相绕组发热超过容许值，另一方面还会引起转子的附加发热和机械振动。后者有时更为严重，现作简单分析。当定子三相绕组流过负序电流时，在发电机定子内出现负序旋转磁场，该磁场以同步速度按与转子相反的方向转动，在励磁绕组、阻尼绕组及转子本体中感应出两倍工频的电流，从而引起这些部位的附加损耗与发热。由于这个电流频率较高（100Hz），集肤效应较大，故不易穿入转子深处，只在转子表面的薄层中流过。,对于汽轮发电机，通常齿部穿透深度为几毫米，槽楔约为11.7cm。因此感应电流A、B、C、D在转子各部分产生的附加发热集中于表面层，如图7-13所示，这些电流不仅流过本体1（A），还流过护环2（B、C和D）及中心环（D）。这些电流流过转子的槽楔与齿，并流经槽和齿与护环的许多接触面，这些地方电阻较高，发热严重，可能出现局部高温，破坏转子部件的机械强度和绕组绝缘，尤其以护环在转子本体上的嵌装处特别危险，因为护环是应力最大的部件，其机械强度稍微削弱，就可能引起极严重的后果。,第三节 汽轮发电机的运行方式,图7-13 转子表面涡流分布1一转子本体；2一护环；3一中心环；A、B、C、D一均为感应电流,第三节 汽轮发电机的运行方式,负序电流除产生附加发热外，还会引起机械振动。因为正序磁场对转子是相对静止的，其转矩作用方向总是与汽轮机运转方向相反，即为阻力矩，而负序旋转磁场相对转子却是以两倍同步速度相对转子旋转的，与转子磁场相互作用，产生100Hz的交变电磁力矩，该交变电磁力矩同时作用在转子轴和定子机座上，使机组产生频率为100周/s的振动和噪声，使发电机的各个部件产生附加的机械负荷。负序电流产生的附加发热和振动对发电机的危害程度与发电机的类型和结构有关。汽轮发电机的磁极与轴是一个整体，绕组置于槽内，散热条件不好，所以负序电流产生的附加发热要严重些，而水轮发电机则要轻一些。,第三节 汽轮发电机的运行方式,为了减轻由不对称运行状态引起的危害，必须对同步发电机和电力系统的负序电流加以限制，其方法如下：（1）用户应尽可能保持负荷三相平衡，如沿电气化铁道的各牵引变电站中的变压器接入110kV系统时，应注意轮流换相，以避免单相负荷集中在某一相。（2）电力系统的零序阻抗对不对称运行状态的电流不对称度有直接影响，因而运行中应适当地减小零序阻抗，如增加系统中变压器的直接接地点。（3）不对称运行时，负荷最重的相电流不应超过汽轮发电机的额定值。各相电流与额定电流之比也不能超过10%，否则应降低发电机的出力。,