发电机、变压器与母线保护

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1、发电机、变压器与母线保护编写　　　李玉海　发电机保护第一节　基本概念一　发电机发电机的作用是将汽轮机或水轮机输出的机械能变换成电能。1　主要构成发电机主要由定子和转子两部分构成。在定子与转子间留有适当的间隙，通常将该间隙称作为气隙。极对数为1的三相交流同步发电机的结构示意图如图1所示。在定子铁芯上设置有槽，每个定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中设置有定子绕组。每台发电机的定子绕组为三相对称式绕组，如图1中的a-x、b-y、c-z所示。所谓三相对称绕组是指三个绕组（即a-x、b-y、c-z）的匝数相等，其空间分布相对位置相距1200。在定子铁芯的上槽与

2、下槽之间设置有屏蔽层。在转子铁芯上也有槽，槽内设置有转子绕组（如图1中的W－j所示）。图1三相同步交流发电机结构示意图为提高发电机的单机容量及降低铁芯及绕组的温度，各种发电机均设置有冷却系统。小型发电机一般采用空气冷却方式，也有采用氢冷式；对于大型汽轮发电机，通常采用水内冷及氢冷方式。2　作用原理在转子绕组中（图1中的W－j）通入直流，产生一恒定磁场（其两极极性分别为N－S）。发电机转子由汽轮机或水轮机拖着旋转，恒定磁场变成旋转磁场（通常称之气隙磁场）。转子旋转磁场切割定子绕组，必将在定子绕组产生感应电势。214由于转子磁场在气隙中按正弦分布，而转

3、子以恒定速度旋转，从而使定子绕组中的感应电势按正弦波规律变化。发电机并网运行时，定子绕组中出现感应电流，向系统输出电能。3　发电机的额定转速转子磁场旋转时，每转过一对磁极，定子绕组中的电势便历经一个周期。因此，定子绕组中电势的频率可由每秒钟转过磁极的极对数来表示。设发电机的极对数（即一个N、一个S）为P，每分钟的转速为n，则频率　　转速　　　　…………………………………………………（1）汽轮发电机的极对数P＝1，当电网的频率f＝50赫时，n＝3000转/分。对于水轮发电机，其极对数较多，故允许其转速转低，当P＝4时，水轮机的转速n=750转/分，当

4、极对数P＝24时，其转速为125转/分。4　两种旋转磁场（1）直流激磁旋转磁场直流激磁旋转磁场，又叫机械旋转磁场。在同步发电机转子上装设有转子绕组，通入直流后产生直流激磁的磁极，当转子旋转时，在气隙形成旋转磁场。该旋转磁场与转子无相对运动。气隙旋转磁场的转速与转子的转速相同。发电机正常运行时，转速为同步速。（2）交流激磁的旋转磁场发电机定子三相对称电流流过三相对称绕组时，将在气隙中产生旋转磁场。该旋转磁场由三相交流产生，故称交流激磁的旋转磁场。发电机正常运行时，两种旋转磁场的转速均等于同步速，它们之间无相对运动。又因为转子的转速也等于同步速，因此，

5、定子旋转磁场与转子之间无相对运动，而转子磁场紧拉着定子旋转磁场转动。5　发电机的冷却方式根据冷却介质流通的路途，同步发电机的冷却方式，可分为外冷式及内冷式两种。214外冷式又称之表面冷却方式，其冷却介质有空气及氢气两种；内冷式称之直接冷却方式，其冷却介质有氢气及水两种。当采用水冷却方式时，绕组为空心铜制绕组，冷却水直接由绕组内流通。目前，大型汽轮发电机定子绕组的冷却方式，多采用水冷方式。有些发电机的转子绕组也采用水内冷方式。将转子绕组及定子绕组均由水内冷冷却的发电机，称之双水内冷发电机。6　并网运行汽轮发电机电势与端电压的关系发电机并网运行时，向系

6、统送出有功及无功。此时，机端电压与发电机电势的关系是　　　　　…………………………………………………（1）式中：－发电机电势；　　　U－机端电压；　　　I－发电机定子电流；　　　－发电机的同步电抗。若以机端电压为参考向量，及的向量关系如图2所示。图2　机端电压与电势的向量关系在图中：－功率因数角；－发电机电势与机端电压之间的夹角，又称之功角。　　由图2可以看出，当发电机送出有功及无功时，发电机电势E0大于机端电压U。当发电机从系统吸收无功时，发电机电势将小于机端电压。7　发电机的阻抗214若不及电阻分量，发电机的阻抗有同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗

7、、负序电抗和零序电抗。（1）同步电抗发电机的同步电抗也叫正序电抗。正常运行时发电机的电抗，称之同步电抗；（2）负序电抗发电机不对称运行时，负序电流产生负序旋转磁场，负序旋转磁场以2倍同步转速切割转子绕组。负序电抗等于机端负序电压与定子绕组中负序电流的基波分量之比。（3）零序电抗零序电抗具有漏抗的性质，其大小决定于零序电流产生的漏磁通。（4）暂态电抗当定子电流突然变化时，在转子绕组中产生感就电势（像变压器一样），在转子回路中产生感应电流。该电流的作用使定子电抗减小，将减小后的电抗称之为暂态电抗。（5）次暂态电抗当转子上有阻尼绕组时，若定子电流突然变化

8、，由于阻尼绕组回路的阻抗不能突变，致使磁路的磁阻很大，相应的电抗更小。二　电压互感器及电流互感器（TV及TA）1　电压互感