發(fā)電機(jī)同步飛輪力矩常識

1．什么是“同步”發(fā)電機(jī)?同步轉(zhuǎn)速是如何確定的?

    答：發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠的心臟設(shè)備，發(fā)電機(jī)按其驅(qū)動的動力大致可分為水輪發(fā)電機(jī)(水力)和汽輪發(fā)電機(jī)(蒸汽)。本書所涉及的內(nèi)容均是指同步發(fā)電機(jī)(限于立式水輪發(fā)電機(jī))。

    發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時，在發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙間有一個旋轉(zhuǎn)的合成磁場，這個磁場由兩個磁場合成：轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場。所謂“同步”發(fā)電機(jī)，就是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)速(原動機(jī)產(chǎn)生)與定子磁場的轉(zhuǎn)速(電力系統(tǒng)頻率決定)相等。

    轉(zhuǎn)子磁場由旋轉(zhuǎn)的通有直流電的轉(zhuǎn)子繞組(磁極)產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)速也就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，也即整個機(jī)組的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子由原動機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)速由機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，這個轉(zhuǎn)速在發(fā)電機(jī)的銘牌上都有明確標(biāo)示。定子旋轉(zhuǎn)磁場由通過三相對稱電流的定子三相繞組(按120°對稱布置)產(chǎn)生，其轉(zhuǎn)速由式確定(式中：p為轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)；f為電力系統(tǒng)頻率；n為機(jī)組轉(zhuǎn)速)。從式中可見，對某一具體的發(fā)電機(jī)，其磁極對數(shù)是固定不變的，而我國電力系統(tǒng)的頻率也是固定的，即50Hz(也稱工頻)，可見每一具體的發(fā)電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速在發(fā)電機(jī)制造完成后就是“定值”。當(dāng)然，電力系統(tǒng)的頻率并不能真正穩(wěn)定在50Hz的理

論值，而是允許在這個值的上下有微小的波動，也即定子磁場在運(yùn)行中實(shí)際是在額定轉(zhuǎn)速值的周圍動態(tài)變化的。轉(zhuǎn)子磁場為了與定子磁場同步也要適應(yīng)這個變化，也即機(jī)組的轉(zhuǎn)速作動態(tài)的調(diào)整。如果轉(zhuǎn)速不能與定子磁場保持一致，則我們說該發(fā)電機(jī)“失步”了。

    2．什么是發(fā)電機(jī)的飛輪力矩 ? 它在電氣上有什么意義?

    答：發(fā)電機(jī)飛輪力矩，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分的重量與其慣性直徑平方的乘積�？雌饋硭�是一個與電氣參數(shù)無關(guān)的量，其實(shí)不然，它對電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和動態(tài)穩(wěn)定影響很大。它直接影響到在各種工況下突然甩負(fù)荷時機(jī)組的速率上升及輸水系統(tǒng)的壓力上升，它首先應(yīng)滿足輸水系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證計算的要求。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，機(jī)組負(fù)荷突變時，因調(diào)速機(jī)構(gòu)的時滯，使機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，為限制轉(zhuǎn)速，機(jī)組需一定量的，越大，機(jī)組轉(zhuǎn)速變化率越小，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好。

    與機(jī)組造價密切相關(guān)， 越大，機(jī)組重量越大、制造成本越大。

    3．什么是發(fā)電機(jī)的短路比Kc?Kc與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系?

    答：短路比Kc，是表征發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定度的一個重要參數(shù)。Kc原來的意義是對應(yīng)于空載額定電壓的勵磁電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流與額定電流之比，即Kc=Iko/IN。由于短路特性是一條直線，故Kc可表達(dá)為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時的勵磁電流Ifo與三相穩(wěn)態(tài)短路電流為額定值時的勵磁電流Ifk之比，表達(dá)式為：Kc=Ifo／Ifk≈1／Xd。Xd是發(fā)電機(jī)運(yùn)行中三相突然短路穩(wěn)定時所表現(xiàn)出的電抗，即發(fā)電機(jī)直軸同步電抗(不飽和值)。

    如忽略磁飽和的影響，則短路比與直軸同步電抗Xd互為倒數(shù)。短路比小，說明同步電抗大，相應(yīng)短路時短路電流小，但是運(yùn)行中負(fù)載變化時發(fā)電機(jī)的電壓變化較大且并聯(lián)運(yùn)行時發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差，即發(fā)電機(jī)的過載能力小、電壓變化率大，影響電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和充電容量。短路比大，則發(fā)電機(jī)過載能力大，負(fù)載電流引起的端電壓變化較小，可提高發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行中的靜態(tài)穩(wěn)定性。但Kc大使發(fā)電機(jī)勵磁電流增大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，使制造成本增加。短路比主要根據(jù)電廠輸電距離、負(fù)荷變化情況等因數(shù)提出，一般水輪發(fā)電機(jī)的K，取0．9～1．3。結(jié)構(gòu)上，短路比近似的等于

    可見，要使Kc增大，須減小A，即增大機(jī)組尺寸；或加大氣隙，須增加轉(zhuǎn)子繞組安匝數(shù)。