同步发电机及其进相运行.docx

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1、同步发电机及其进相运行同步发电机正常运行时发出感性无功，但由于系统无功过剩、电压偏高，为维持系统电压稳定，实际有时会有一定程度的进相，即吸收感性无功。近期河源电厂1、2号机都出现不同程度的进相，由于河源电厂AVC系统为广东电网新投入系统，技术并不特别成熟，实际运行时常出现AVC自动退出、DCS值与NCS值不符、越定值运行等异常情况，且机组并未做过相关的进相运行试验，给运行监视调整带来一定难度。本文以电磁感应为基础，从同步发电机内部磁场分布入手，得出同步发电机电压、功率方程，进而得出发电机的静稳定极限曲线，为之后的进相运行探究提供理论基础。一、隐极同步发电机电

2、压方程发电机并网前，转子中通入励磁电流以后，将会在发电机内部建立一个旋转磁场--主磁场，主磁场切割电枢绕组（即定子绕组），将在电枢绕组感生激磁电动势E0，忽略高次谐波，E0=4.44fN1kw1Φ0，忽略铁磁磁饱和，主磁通Φ0正比于励磁电流If，所以E0∝If。发电机并网后，定子绕组形成回路，产生频率为50Hz的交变电流I，I同时也会在发电机内部感应出与转子同步、与主磁场保持静止的旋转磁场—电枢磁场，即产生电枢反应，同样，电枢磁场也会在电枢绕组感生电枢电动势Ea。主磁场与电枢磁场合成气隙磁场。于是，采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向，机端电压方程

3、为：E0+Ea-I（Ra+jXσ）=U，（式1-1）其中Ra为电枢绕组电阻，Xσ为漏抗；不难理解，电枢电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa又正比于电枢电流I，即Ea∝Φa∝I，根据法拉第电磁感应定律，Ea滞后于Φa90°电角度，而Φa与I同相位，所以Ea可以写成：Ea=-jIXa，Xa为电枢反应电抗；代入式1-1，可得：E0-jIXa-I（Ra+jXσ）=U，整理得：U=E0-IRa-jI（Xa+Xσ）=E0-IRa-jIXs，式中Xs=Xa+Xσ，称为同步电机的同步电抗，它是表征同步电机运行时电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数，不计

4、磁饱和时为常值，可以得到隐极同步发电机的等效电路图：图1同步发电机等效电路图和相量图：图2同步发电机相量图图2中E0与I夹角Ψ0为内功率因数角，E0与U夹角δ为功率角，U与I夹角φ为功率因数角。同步发电机等效电路图及其对应的相量图是进行同步发电机研究的基础。二、隐极同步发电机的电磁功率方程发电机原动机输入的机械功率P1扣除机械损耗PΩ和定子铁耗PFe后，余下的功率将通过电磁感应作用转换成定子电磁功率Pe，即P1=PΩ+PFe+Pe，电功率Pe包括定子铜耗PCua和电功率P2，即Pe=PCua+P2，我们知道，PCua=mI2Ra，P2=mUIcosφ，所以，

5、Pe=mI2Ra+mUIcosφ=mI（Ucosφ+IRa），从相量图中可以看出Ucosφ+IRa=E0cosΨ0，进而Pe=mE0IcosΨ0=mE0Iq，Iq为电枢电流I的交轴分量。由于中、大型同步发电机的电枢电阻Ra远小于同步电抗Xs，常可忽略不计，故忽略电枢电阻时，电磁功率Pe=mUIcosφ，从相量图上可以看出，φ=Ψ0-δ，故上式可以改写为：Pe=mUIcos（Ψ0-δ）=mUI（cosΨ0cosδ+sinΨ0sinδ）=mUI（Iqcosδ+Idsinδ），（式2-1），其中Iq=IcosΨ0，Id=IsinΨ0，分别为电枢电流I的交轴和直轴分

6、量。由于忽略电枢电阻Ra，E0=U+jIXs=U+j（IqXs+IdXs），进而可得相量图，图3为凸极发电机的相量图，对隐极发电机来说，内部磁场均匀，Xd=Xq=Xs。图3凸极发电机相量图（对隐极发电机Xd=Xq=Xs）从相量图可以看出，IqXs=Usinδ，IdXs=E0-Ucosδ，代入式2-1中可得:Pe=（mE0Usinδ）/Xs，（式2-2）。三、同步发电机并网时无功功率的调节忽略发电机定子铜耗、铁耗、机械损耗，原动机输入功率完全转换为电磁功率，即有功功率，下面研究一下励磁电流改变对发电机的影响。假定原动机输入功率不变，则电磁功率、有功功率保持不变

7、，即：Pe=（mE0Usinδ）/Xs=常值，P2=mUIcosφ=常值，由于并网后可认为电网电压，即发电机机端电压保持不变，所以E0sinδ=常值，Icosφ=常值，这两个等式是研究发电机无功调节的条件。如图4所示，发电机励磁电流为If时，发电机激磁电动势E0，电枢电流I，功率因数为1，即U、I同相，φ为0，此时发电机的输出功率全部为有功功率，此时发电机处于“正常励磁”。当励磁电流If，>If，即发电机“过励”时，激磁电动势增大到E0，，因E0sinδ=常值，E0，落在AB上，根据相量图可得jI，Xs，从而确定I，的方向，又因为Icosφ=常值，I，应落在

8、CD上，进而可得到此时的电枢电流I，，从相量图上可看