发电机PQ运行曲线.doc

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1、一、发电机的安全运行极限在稳态运行条件下,发电机的安全运行极限决定于下列四个条件:1.原动机输出功率极限。即原动机(汽轮机)的额定功率一般都稍大于或等于发电机的额定功率而选定。2.发电机的额定容量,即由定子绕组和铁芯发热决定的安全运行极限。在一定电压下,决定了定子电流的允许值。3.发电机的最大励磁电流,通常由转子的发热决定。4.进相运行时的稳定度。当发电机功率因数小于零(电流超前电压)而转入进相运行时,E和U之间的夹角增大,此时发电机的有功功率输出受到静态稳定条件的限制。此外,对内冷发电机还可能受到端部发热限制。上述条件,决定李发电机工作的允许范围。二、发电机的

2、P-Q曲线在电力系统中运行的发电机,必须根据系统情况,调节有功功率和无功功率,在一定的电压和电流下,当功率因数下降时,发电机的无功功率增大,有功功率减小;而当功率因数上升时,则要减少无功功率、增大有功功率,以达到输出容量不超过允许值。所以运行人员必须掌握功率因数变化时发电机的允许运行范围。发电机P-Q曲线图就是表示其在各种功率因数下,允许的有功功率P和无功功率Q的关系曲线,又称为发电机的安全运行极限。发电机的P-Q曲线,是在发电机端电压和冷却介质温度一定,不同氢压条件下绘制的。发电机在额定电压、额定氢压和额定冷却介质温度下的运行范围图是P-Q曲线的基础。汽轮发电

3、机的P-Q曲线,如下图,表明了发电机运行受定子长期允许发热(决定了定子额定电流)、转子绕组长期允许发热(决定了额定励磁电流)、原动机功率、稳定极限等几方面的限制。电压、电动势、功率都以标幺值表示的。作P-Q曲线的基本步骤:1.以O点为圆心,以定子额定电流IN(即图中OC线段)为半径画出圆弧;2.在横轴O点左侧,取线段OM等于UN/Xd,它近似等于发电机的短路比KC,正比于空载励磁电流3.以M点为圆心,以Eq/Xd为半径(即图中MC线段,它正比于额定励磁电流)画出圆弧4.以汽轮机额定功率画一平行于横坐标的水平线HBG,表示原动机输出限制5.以M点画一垂直于横坐标的

4、直线MH,相应σ=900,表示理论上的静态稳定极限6.考虑到发电机有突然过负荷的可能,实际静稳定限制,应留有适当储备,以便在不改变励磁电流的情况下,能承受突然性的过负荷。图中的BF曲线的画法是:在理论静态稳定边界线上先取一些点,然后以M点为圆心至所取点的距离(Eq/Xd)为半径作弧,找出实际功率比理论功率低0.1PN的一些新点,就构成了BF曲线。(也可采用σ=750画一斜直线作为静稳定限制线)由上述各曲线或直线段所围成的DCGBFD区域,就叫汽轮发电机的安全运行范围或叫安全运行区。发电机的运行点处于这区域或边界上,均能长期安全稳定运行。在上图中,在两个圆弧的交点

5、C处,定子电流和转子电流同时达到额定值,一般就是发电机的额定运行工作点(IN,IFN,cosΦN)。它在纵轴上的投影OE线段代表发电机的额定有功功率PN,相应的功率因数为额定功率因数cosΦN,当cosΦ降低(Φ角增大),由于转子发热(相应IFN)限制,相量端点只能在CD弧线移动,此时定子电流未达额定值。当cosΦ>cosΦN时,由于受定子允许电流IN限制,相量端点只能在CG弧线上移动,转子电流未达最大值。过G点后,cosΦ继续增大时,由于发电机出力受原动机出力限制,励磁电流需相应减小,发电机输出的无功功率减小。当工作点在纵轴上时,cosΦ=1,发电机只送出有功

6、功率,不能输出无功功率,此时的励磁电流已比额定值小很多,发电机的静稳定极限功率EqU/Xd,已比额定工作点运行时显著降低。当cosΦ<1,转入欠励磁(进相运行)时,发电机不但不向系统送出无功功率,而且还吸收系统无功功率,静稳定储备进一步降低,大型内冷汽轮机能否在此区域运行,需要进行稳定计算分析后才能确定。还要指出,对绕组直接内冷的汽轮发电机在欠励磁方式运行时,除了要保证并列运行的稳定性之外,还要受定子端部铁芯和定子端部构件温升的附加限制。因此进相运行时,P-Q曲线上相应的运行区可能还要缩小。发电机的安全运行极限还与发电机的端电压有关。当发电机端电压比额定值大时,

7、在上图中的BF部分将向左移。若发电机端电压降低,BF部分将向右移。当发电机的允许出力不受原动机出力限制时,P-Q曲线的上面部分将不再是一条水平的直线,而是由定子允许电流决定的圆弧。

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