发电机基本常识（1）

发电机基本常识（1）

1.    什么叫有功？什么叫无功？
答：在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功；用于电路内电、磁交换的那部分能量叫无功。


2.    什么叫同步发电机的额定容量、额定电压、额定电流?
答：额定容量是指该台发电机长期安全运行的最大输出功率。
额定电压是该台发电机长期安全工作的最高电压，发电机的额定电压指的是线电压。
额定电流是该台发电机正常连续运行时的最大工作电流。


3.    什么叫力率？力率的进相和迟相是怎么回事？
答：交流电机的功率因数也叫力率，它等于有功功率与视在功率的比值。
所谓力率的进相就是送出有功吸收无功的运行状态；力率的迟相就是既发有功又发无功的运行。


4.    调节有功的物理过程怎样？调节有功负荷时要注意什么？
答：根据电机的功角来谈谈调节有功的过程，这时假定发电机的励磁电流不变，系统的电压也不变。
（1） 增负荷过程：当开大汽门时，发电机转子轴上的主力矩增大，此时由于电功率还没开始变，即阻力矩的大小没有变，故转子要加速，使转子和定子间的夹角就拉开一些，根据电机本身的功角特性，功角一增大，电机的输出功率就增大，也即多带负荷，转子会不会一个劲儿地加速呢？正常时是不会的，因为电机多带了负荷，阻力矩就增大，当阻力矩大到和主力矩平衡时，转子的转速就稳定下来，此时，发电机的出力便升到一个新数值。
（2） 减负荷过程：当关小汽门时，发电机转子轴上的主力矩减小，于是转子减速，功角变小，当功角变小时，电磁功率减少，其相应的阻力矩也变小，当阻力矩减小到和新的主力矩一样大时，又达到新的平衡，此时电机便少带了负荷。
调节有功负荷时注意两点：
（1） 应使力度尽量保持在规程规定的范围内，不要大于迟相的0。95，因为力率高说明与该时有功相对应的励磁电流小，即发电机定、转子磁极间用以拉住的磁力线少，这就容易失去稳定，从功角特性来看，送出的有功增大，功角就会接近90度，这样也就容易失去稳定。
（2） 应注意调负荷时要缓慢，当机组提高出力后，一般其过载能力是要降低的。

5.    发电机并列方法有种？各有什么优缺点？
答：发电机并列方法分两类：准同期法和自同期法
准同期法并列的优点：
(1) 合闸时发电机没有冲击电流；
(2) 对电力系统也没有什么影响；
准同期法并列的缺点：
(1)如果因某种原因造成非同期并列时，则冲击电流很大，甚至比机端三相短路电流还大一倍；
(2) 当采用手动准同期并列时，并列操作的超前时间运行人员也不易掌握。
自同期并列的优点：
(1) 操作方法比较简单，合闸过程的自动化也简单。
(2) 在事故状况下，合闸迅速。
自同期并列的缺点：
(1) 有冲击电流，而且，对系统有影响；
(2) 在合闸的瞬间系统的电压降低。


6.    准同期并列有几个条件？不符合这些条件会产生什么后果？
答：准同期条件：(1) 电压相等。(2) 电压相位一致。(3) 频率相等。(4) 相序相同。
电压不等：其后果是并列后，发电机和系统间有无功性质的环流出现。
电压相位不一致：其后果是可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大的电动力的作用而损坏。
频率不等：其后果是将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的有功成分在发电机机轴上产生的力矩，将使发电机产生机械振动。当频率相差较大时，甚至使发电机并入后不能同步。


7.    什么叫非同期并列？非同期并列有什么危害？
答：同步发电机在不符合准同期并列条件时与系统并列，我们就称之为非同期并列，非同期并列是发电厂的一种严重事故，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，严重时，会将发电机绕组烧毁端部严重变形，即使当时没有立即将设备损坏，也可能造成严重的隐患，就整个电力系统来讲，如果一台大型机组发生非同期并列，则影响很大，有可能使这台发电机与系统间产生功率振荡，严重地扰乱整个系统的正常运行，甚至造成崩溃。


8.    发电机大轴接地电刷有什么用途？
答：发电机大轴接地电刷具有如下三种用途：
（1） 消除大轴对地的静电电压。
（2） 供转子接地保护装置用。
（3） 供测量转子线圈正、负极对地电压用。


9.    为什么电压变动调无功？
答：电压的波动主要是由无功负荷引起的，有功负荷对电压的波动也有影响，不过其影响小一些。当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，感性负载对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低，这时要使端电压维持不变，就需要增加转子电流，即增加无功，以补偿去磁电枢反应部分，反之，当无功过剩，端电压便上升，这时要使端电压维持不变，就需要减少转子电流，即减少无功。这就是电压变动调无功的道理。


10.    发电机三相电流不对称运行有什么影响？
答：运行中的发电机三相电流不对称将使：
（1） 发电机转子表面过热。三相电流不对称，产生负序磁场，这个磁场扫过转子表面、转子表面产生二倍工频电流而引起损耗，造成局部高温，转子线圈的温度受到直接的影响。
（2） 转子产生振动。一般振动是由脉动力矩造成的，而脉动力矩的产生与转子磁场不对称有关。不对称的三相电流所产生的负序磁场与转子有相对速度，而转子磁路是不对称的，当负序磁场正对着转子纵轴附近时，气隙小，磁阻小，磁通就大，定子与转子的作用力就大，反之，当负序磁场对着转子横轴附近时，气隙大，磁阻大，定子转子的作用力就小。这样，负序磁场与转子之间作用力时大时小，使力矩脉动，从而使转子产生振动。 

所以发电机三相电流不平衡度愈大，这些不利因素愈利害。因此规程规定发电机在运行时三相电流不对称程度不得超过额定值的10%。


11.    发电机失磁后的现象、后果和处理方法是什么？
答：运行中的发电机失磁的表现为：无功电力表反指，定子电流周期性摆动，有功负荷稍低，定子电压降低，转子电压、电流根据故障点的不同有不同的指示，转子回路断线时，电压升高，电流为零；励磁机励磁回路或电枢回路断线，电压、电流近于零。
失磁的发电机因转子磁场消失，电磁转矩下降，而原动机转矩未变，于是机组转速升高，转子与定子磁场有了相对速度，即它们之间发生转差，脱出同步。转子定子间存在转差，发电机产生异步转矩，与原动机的转矩相平衡，继续向电网送出有功功率，但失磁的发电机却不能向电网输送无功功率，反而从电网吸取无功。我们称这种运行状态为发电机的异步运行状态。
发电机失磁，将在转子线圈、转子铁芯表面、阻尼系统产生滑差电流，引起附加温升。在槽楔与齿壁之间、槽楔与套箍之间，以及齿与套箍间的接触面上都可能产生局部高温。此外，定子中的滑差电流将产生交变机械转矩，可能影响机组的安全。
发电机失磁后由原来向电网送无功变为由电网吸收无功，要引起发电机、厂用电及附近电网电压下降，其他发电机可能过电流，严重时可能引起其他发电机失去稳定或电压崩溃。
至于失磁后发电机能带多少负荷，取决于发电机的异步转矩特性和调速系统特性，研究试验表明，发电机失磁后，如将有功负荷迅速降至额定值的40——50%，有可能在低滑差状态下运行一段短时间（几十分钟），对发电机并无损害。因而目前对发电机失磁有两种处理方法：凡本类型机组进行过失磁试验，证明可以短时间无励磁运行的，失磁后应在规定时间之内减少有功功率至规定值，若厂用电电压过低，应将厂负荷倒至备用电源带，然后迅速查找失磁原因并加以消除，恢复同步；未进行过失磁试验或经试验及论证不适于无励磁运行的机组，应由失磁保护切除或手动解列停机。


12.    短路对发电机和系统有什么危害?
答：短路对发电机的危害：
  (1) 定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用,有可能使线棒的外层绝缘破裂;
  (2) 转子轴受很大的电磁力矩的作用;
  (3) 引起定子绕组和转子绕组发热;
  短路对电力系统的影响：
  (1) 可能引起电气设备的损坏.
  (2) 可能因电压低而破坏系统的稳定运行.


13.    发电机失磁后为什么必须采用瞬停方法切换厂用电？
答：发电机失磁后，系统运行不正常，频率、电压都将受到影响。如果采取并列方法切换厂用电，将影响非故障设备及其系统的运行，还可能造成非同期，扩大系统运行不正常范围，所以，采用瞬停方法切换厂用电。


14.    端电压高了或低了对发电机本身有什么影响？
答：电压高时对电机的影响：
（1） 有可能使转子绕组的温度升高到超出允许值；
（2） 定子铁芯温度升高；
（3） 定子的结构部件可能出现局部高温；
（4） 对定子绕组绝缘产生威胁。
电压低时对电机的影响：
（1） 降低运行的稳定性，一个是并列运行的稳定性，一个是发电机电压调节的稳定性。
（2） 定子绕组温度可能升高。


15.    频率高了或低了对发电机本身有什么影响？
答：频率高对发电机的影响：
频率最高不应超过52.5HZ，即超出额定值的5%。频率增高，主要是受转动机械强度限制，频率高，电机的转速高，而转速高，转子上的离心力就增大，这就易使转子的某些部件损坏。
频率低对发电机的影响：
（1） 频率降低引起转子的转速降低，使两端风扇鼓进的风量降低，使发电机冷却条件变坏，各部分温度升高。
（2） 频率低，致使转子线圈的温度增加，否则就得降低出力。
（3） 频率低还可能引起汽机断叶片。
（4） 频率降低时，为了使端电压保持不变，就得增加磁通，这就容易使定子铁芯饱和，磁通逸出，使机座的某些结构部件产生局部高温，有的部位甚至冒火星。
（5） 频率低时，厂用电动机的转速降低，致使出力下降，也对用户用电的安全、产品质量、效率等都有不良的影响。
（6） 频率低，电压也低，这是因为感应电势的大小与转速有关的缘故，同时发电机的转速低还使同轴励磁机的输出减少，影响无功的输出。


16.    发电机进相运行时，运行人员应注意什么？
答：从理论上讲，发电机是可以进相的，所谓进相，即功率因数是超前，发电机的电流超前于端电压，此时，发电机仍向系统送有功功率，但吸收无功功率，励磁电流较小，发电机处于低励磁情况下运行，发电机进相运行时，我们要注意两个问题：
（1） 静态稳定性降低；
（2） 端部漏磁引起定子端部温度升高。


17.    说出600MW发电机无刷励磁系统的原理及优缺点？
答：永磁机定子产生的高频400HZ电源经过两组全控整流桥供给主励磁机励磁绕组，主励磁机电枢输出的中频200HZ电源供给旋转整流器，整流器的直流输出构成发电机的励磁电源，通过转子中心孔，导电杆馈送至发电机的励磁绕组。
发电机无刷励磁系统的优点：
（1） 取消了大电流集电环及碳刷装置，防止常规换向器上火花的产生。
（2） 结构紧凑。
（3） 减少运行维护量。
发电机无刷励磁系统的缺点：
这中励磁控制系统中包括了励磁机的时滞，为了提高其快速性，在励磁调节器回路中加入了发电机转子电压的硬负反馈，减少了时间常数，但增加了付励磁机容量和电压值。


18.    发电机的振荡和失步是怎么回事？怎样从表计的指示情况来判断哪台发电机失步？振荡和失步时运行人员怎么办？ 

答：同步发电机正常运行时，转子的转速和定子磁场的同步转速处于同步状态。当负荷突然变化时，由于转子惯性作用，转子位移不能立刻稳定在新的数值，而要引起若干次在新的稳定值左右的摆动，这种现象就是同步发电机的振荡，当发生振荡的机组的转速不再和定子磁场的同步转速一致时，造成发电机与电力系统非同期运行，这种现象就是同步发电机的失步。
从表计的指示上来看振荡或失步有以下现象：
（1） 定子电流表的指针剧烈摆动，电流有可能超过正常值；
（2） 发电机电压表和其它母线电压表的指针剧烈摆 动，且经常是降低；
（3） 有功电力表的指针在全刻度摆动；
（4） 转子电流表的指针在正常值附近摆动。
在事故情况下，往往是并列运行着的各台电机的表计都在摆动，这可以从以下几方面来区别：
（1） 由本厂发生事故引起的失步，总可以从本厂的操作原因或故障地点来判定哪一台有关机组可能失步；
（2） 一般来说，失步电机的表计摆动幅度比别的电机厉害；
（3） 失步电机有功电力表的摆动是全刻度的，甚至撞到两边的针挡，而其它机组则在正常负荷值左右摆动，而且当失步电机的有功电力表的表针摆向零或负时，其它电机的表针则摆向正的指示值大的一侧，即两者摆向正好相反。
若发生趋向稳定的振荡，即愈振荡愈小，则不需要操作什么，振荡几下就过去了，只要做好处理事故的思想准备就行。
若造成失步时，则要尽快创造恢复同期的条件，一般可采取下列措施：
（1） 增加发电机的励磁；
（2） 若是一台电机失步，可适当减轻它的有功出力；
（3） 按上述方法进行处理，经1——2分钟后仍未进入同步状态时，则可将失步电机与系统解列。


19.    发电机定子绕组单相接地对发电机有危险吗？怎样监视单相接地？
答：单相绕组接地主要危险是故障点电弧灼伤铁芯，使修复工作复杂化，而且电容电流越大，持续时间越长，对铁芯的损坏越严重。另外单相接地故障会进一步发展为匝间短路或相间短路，出现巨大的短路电流，造成发电机严重损坏。
单相接地的监视，一般采用接在电压互感器开口三角侧的电压表或动作于信号的电压继电器来实现，也可用切换发电机的定子电压表来发现。


20.    发电机转子发生一点接地可以继续运行吗？
答：转子线组发生一点接地，即转子绕组的某点从电的方面来看与转子铁芯不通，此时由于电流构不成回路所以按理也应能继续运行，但转子一点接地运行不能认为是正常的，因它有可能发展为两点接地故障，两点接地时部分线匝被短路，因电阻降低，所以转子电流会增大，其后果是转子绕组强烈发热，有可能绕毁，而且电机产生强烈振动。


21.    发电机启动操作中有哪些注意事项？
答：（1） 在升压过程中及升压至额定值后，应检查发电机及励磁机的工作状态，如有无振动，电刷接触是否良好，出口风温是否正常等。
（2） 三相定子电流均应等于零。
（3） 三相定子电压应平衡。
（4） 核对空载特性。


22.    发电机为什么为实行强励？强励时间受哪些因素限制？强励动作后不返回有哪些危害？应怎样处理？
答：为了提高发电机运行系统的稳定性，在短路故障切除之后电压能迅速恢复到正常状态，要求电压下降到一定数值时，发电机的励磁能立即增加，所以发电机要实行强行励磁。
强励动作就是由继电器自动将励磁机回路的磁场调节电阻短接，或由发电机的自动调整励磁装置自动迅速调整使励磁机在最大值电压下工作，以足够的励磁电流供给发电机。
发电机的强行励磁只有在强励倍数较高，励磁电压上升速度较快，强励时间足够的条件下才能发挥应有的作用，因此，发电机的励磁因强励而加到最大值时，在1分钟之内不得干涉强励的动作，在1分钟之后，则应立即采取措施，减低发电机定子和转子电流到正常允许的数值。
强励动作后，如果不返回，磁场电阻长时间被短接，在发电机正常运行时，转子将承受很高的电压而受到损伤。
根据发电机运行状况，在保证正常运行的前提下，可以将不返回的强励装置切除，查明原因，排除故障后再投入运行。


23.    发电机大修时，为什么测定绕组绝缘的吸收比时当R60″/R15″＞1.3就认为绝缘是干燥的？
答：用摇表测量绝缘物的电阻，实际上是给绝缘物加一个直流电压，在这个电压的作用下，绝缘物中便产生一个电流，产生的总电流可以分为三部分：1、传导电流（或称为泄漏电流）；2、位移电流；3、吸收电流。
测量绝缘电阻时，绝缘物在加压后流过的电流为上述三个电流之和，所测得 的绝缘电阻实际上是所加电压除以某瞬时的电流而得，由于电流有不同的瞬时值，所以绝缘电阻在不同的瞬时也有不同值，绝缘电阻随时间而变化的特性，就称为绝缘的吸收特性。利用吸收特性可以判断绝缘是否受潮，因为绝缘干燥时和潮湿时的吸收特性是不一样的，而一般判断干、湿时是不画吸收特性曲线的，只是从摇测绝缘开始，至15S时读一个数R15″，至60S时又读一个数R60″，用这两个瞬时阻值的比值来近似地表示吸收特性。这个比值R60″/R15″就叫作吸收比，实际上，测吸收比时，上述三个电流中的第二个位移电流由于衰减很快，对15S和60S的阻值影响不大，可不考虑，主要是第一个和第三个电流在起作用，当绝缘干燥时，传导电流小，吸收电流衰减得慢，总电流中的主要成分是吸收电流，故其随时间变化情况主要由吸收电流的变化所决定，曲线比较陡，这时15S和60S时的电流数值相差较大，故吸收比大，而如果绝缘受潮，由于水分中的离子以及溶解于水中的其它导电物质的存在，使传导电流大大增加，在总电流中，传导电流占了主要部分，而且由于受潮后各层电阻减小，使电荷重新分布完成得更快，吸收电流出衰减得很快，故总电流曲线与传导电流曲线相近，变得比较平坦。在这种情况下，电流随时间的变化情况，不像绝缘干燥时变化得那么明显，将15S和60S的电流相比，差值也较小，其相应的两个电阻值相差也较小，故吸收比小，根据经验，吸收比R60″/R15″＞1.3时，可以认为绝缘是干燥时，而当R60″/R15″＜1.3则认为绝缘受了潮。 
24.    发电机失磁后，各表计的反应如何？
答：（1）转子电压表、电流表指示零或接近于零。
（2）定子电压表指示显著降低。
（3）定子电流表指示升高并摆动。
（4）有功功率表指示降低并摆动。
（5）无功功率表指示负值。


25.    发电机振动产生的原因？
答：分为两类：
电磁原因，如：转子两点接地、匝间短路、负荷不对称、气隙不均匀等。
机械原因：找正不正确、靠背轮连接不好、转子旋转不平衡等。


26.    发变组非全相运行处理方法？
答：发变组出现非全相运行、保护拒动时应立即手功断开主油开关及励磁系统各开关，手动切除开关仍无效时，立即联系网控就地打跳开关或请示调度，将发电机所在母线上其它元件倒至另一段母线运行，以母联开关将发电机与系统解列。


27.    发电机进相运行时,运行人员应注意什么?
答：从理论上讲，发电机是可以进相运行的。所谓进相，即功率因数是超前的，发电机的电流超前于端电压，此时，发电机仍向系统送有功功率，但吸收无功功率，励磁电流较小，发电机处于低励磁情况下运行。发电机进相运行时，我们要注意两个问题：
  (1)静态稳定性降低。
  (2)端部漏磁引起定子端部温度升高。


28.    有那些原因造成发电机升不起电压？怎样进行处理？
答：一般启动中的发电机，升不起电压，可能是励磁回路有开路或短路的现象，也可能是副励磁回路出现问题，也有可能是已经有电压，未能测量出来，这可能是发电机电压互感器一、二次保险熔断，连接松动，接触不良；还可能是电压表卡涩。
发电机升不起电压，首先检查整个励磁回路，特别是电压互感器的保险，进行处理或更换。


29.    发电机主开关自动跳闸时，运行人员应进行那些工作？
答：（1）检查励磁开关是否跳开，只有当厂用变压器也跳闸时，方可断开励磁开关（指厂用变压器接在发电机出口的情况）。
（2）检查厂用备用电源是否联动，电压是否平稳，应分别根据情况，正确处理。
（3）检查由于那种保护装置动作使发电机跳闸。
（4）检查是否由于人为误动而引起，如果确认是由于人为误动而引起跳闸者，应立即将发电机并入系统。
（5）查明保护装置的动作是否由于短路故障所引起，应情况进行处理。


30.    发电机启动升压过程中为什麽要监视转子电流和定子电流？
答：发电机启动升压过程中，监视转子电流的目的如下：
（1）监视转子电流和与之对应的定子电压，可以发现励磁回路有无短路。
（2）额定电压下的转子电流较额定空载励磁电流显著增高时，可以粗略判定转子有匝间短路或定子铁芯有局部短路。
（3）电压回路断线或电压表卡涩时，防止发电机电压升高，威胁绝缘。
  发电机启动升压过程中，监视定子电流是为了判断发电机出口及主变高压侧有无短路情况。
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