柴油發(fā)電機的工作原理 工作原理 一、柴油發(fā)電機組生成機理： 柴油發(fā)電機組中常用的發(fā)電機為同步交流發(fā)電機，是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)式機械。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。 在柴油機汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動曲軸轉(zhuǎn)動的力量，從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。 將無刷同步交流發(fā)電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機就會輸出感應(yīng)電動勢，經(jīng)閉合的負載回路就能產(chǎn)生電流。 柴油發(fā)電機組工作結(jié)構(gòu)圖 二、交流發(fā)電機生成機理 以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機為例介紹柴油機組中發(fā)電機的工作原理。 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的原理與旋轉(zhuǎn)電樞式相同，都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點： （1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機通過電樞的旋轉(zhuǎn)使閉合線圈的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機則通過磁極的旋轉(zhuǎn)使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （2）電力輸出方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機通過電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機則直接將電力送往外接電路，因此相對于旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機。 1、電動勢的產(chǎn)生 ● 當(dāng)導(dǎo)體切割磁場的磁力線時，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 ● 線圈abcd代表整個電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉(zhuǎn)，且相對位置和連接關(guān)系不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發(fā)電機的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動接觸關(guān)系不變。 ● 當(dāng)電樞沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，ab邊處于N極下時、山邊的感應(yīng)電動勢方向為由c至d，并設(shè)此時電動勢方向為正方向;當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時ab和cd邊中的電動勢均改變方向，顯然此時電動勢為負值。 由上述過程可知，對于一對磁極的單向同步交流發(fā)電機、其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，在電樞繞組中產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產(chǎn)生正弦交流電動勢。而對于三相同步交流發(fā)電機、其各項繞組產(chǎn)生交流電動勢的原理與單項同步交流發(fā)電機完全相同。 2、電動勢的大小 根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)體與磁場發(fā)生相對運動時、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——導(dǎo)體在磁場中的有效長度； ● V——導(dǎo)體垂直于磁場方向的運動速度。 而正弦交流電動勢的有效值E計算： E=Kn ● 式中n——發(fā)電機轉(zhuǎn)速； ● K——發(fā)電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 同步交流發(fā)電機制成后，其結(jié)構(gòu)常數(shù)K已成定值。因此，可通過改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來調(diào)整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動勢的頻率f恒定，而頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比，所以發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是不能隨便調(diào)整的。因此，主要通過調(diào)節(jié)同步交流發(fā)電機磁通量的大小，達到調(diào)整其輸出電壓的目的。 3、電動勢的頻率 ● 當(dāng)發(fā)電機磁極對數(shù)一定時(如P=1)，其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周，產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢，苦轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60周，則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f與發(fā)電機轉(zhuǎn)速n成正比。 ● 當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速一定時(如n=1周/s)，磁極對數(shù)P=1，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。磁極對數(shù)P=2，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢。若為P對磁極，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個周波的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f還與磁極對數(shù)P成正比。 綜上所述，同步交流發(fā)電機電動勢的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對數(shù)P成正比，因此f的計算公式為： F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n或磁極對數(shù)P,均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機制成后，其磁極對數(shù)P是不能改變的因此,只能通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)整頻率f。一旦頻率f達到額定值后，就不能再隨便改變轉(zhuǎn)速n。 4、改善電動勢波形的措施 根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機輸出電壓應(yīng)為正弦波。但是，由于發(fā)電機定子鐵芯結(jié)構(gòu)、磁極結(jié)構(gòu)、電樞繞組結(jié)構(gòu)、三相發(fā)電機電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動勢的波形會產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動勢。 非正弦交流電動勢中除含有基波分量外，還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴(yán)重影響發(fā)電機的性能和工況，還影響用電設(shè)備的正常工作。因此，在設(shè)計、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機時，采取了諸多方法，改善電動勢波形，使其成為正弦波。其具體方法有：改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結(jié)構(gòu)和三相發(fā)電機采用星形接法。 （1）改善磁極形狀：磁極的分布規(guī)律由磁極的形狀決定，將磁極尖削尖或采用扭斜磁極，使磁通密度B近似按正弦規(guī)律分布，進而使電動勢成為正弦波； （2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個槽距的位置，使其成為斜糟定子，無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至何種位置，磁極端畫所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變，這樣可齒諧波的影響； （3）改善定子繞組結(jié)構(gòu)：同步交流發(fā)電機通常采用短距分布式繞組結(jié)構(gòu)，可或削弱許多高次諧波分量，使電動勢接近于正弦波； （4）三相發(fā)電機采用星形接法：三相同步發(fā)電機的三相電樞繞組采用星形接法，其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數(shù)次諧波分量·改善線電壓的波形。 5、同步交流發(fā)電機勵磁方式 發(fā)電機勵磁功率的產(chǎn)生方式，稱為其勵磁方式。同步交流發(fā)電機的勵磁方式有他勵式和自勵式兩種。 （1）他勵式：勵磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機稱為:他勵式發(fā)電機。根據(jù)獲得勵磁功率形式的不同，他勵式交流發(fā)電機又有采用血流勵磁機勵磁和采用無刷交流勵磁機勵磁之分。其中、采用直流勵磁機勵磁是靠同軸轉(zhuǎn)動的并勵直流發(fā)電機供給勵磁功率的；采用無刷交流勵磁機勵磁是由同軸轉(zhuǎn)動的交流勵磁發(fā)電機供給勵磁功率的。 （2）自勵式：勵磁功率由本身供給的發(fā)電機稱為自勵式發(fā)電機。其勵磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機電樞繞組為帶抽頭式的，由抽頭處引出部分電樞繞組供給。 綜上所述，無論是他勵式同步交流發(fā)電機，還是自勵式同步交流發(fā)電機，改變勵磁電流的大小，均可調(diào)整發(fā)電機的輸出電壓。

電機進相運行技術(shù)措施 發(fā)電機正常運行時，向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態(tài)即遲相運行。當(dāng)逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機端電壓一個角度，此種狀態(tài)即進相運行。同步發(fā)電機進相運行時較遲相運行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少，發(fā)電機電勢Eq亦相應(yīng)降低。從P-功角關(guān)系看，在有功不變的情況下，功角必將相應(yīng)增大，比值整步功亦相應(yīng)降低，發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機短路比，外接電抗，自動勵磁調(diào)節(jié)器性能及其是否投運等有關(guān)。 　　進相運行時發(fā)電機定子端部漏磁較遲相運行時增大。特別是大型發(fā)電機線負荷高，正常運行時端部漏磁比較大，端部鐵芯壓指連接片溫升高，進相運行時因為漏磁增大，溫升加劇。進相運行時發(fā)電機端部電壓降低，廠用電電壓也相應(yīng)降低，如果超出10%，將影響廠用電運行。 　　因此，同步發(fā)電機進相運行要通過試驗確定進相運行深度。即在供給一定有功狀態(tài)下，吸收多少無功才能保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，各部件溫升不超限，并能滿足電壓的要求。 　　進相運行進相運行現(xiàn)象： 　　1、勵磁電流大幅度減少; 　　2、發(fā)電機定子電壓降低; 　　3、發(fā)電機無功負荷變?yōu)樨撝怠?　　相運行進相運行危害： 　　1、增加發(fā)電機有功負荷，將使發(fā)電機向不穩(wěn)定方向發(fā)展，易造成發(fā)電機失穩(wěn)運行甚至系統(tǒng)振蕩事故。 　2、繼續(xù)減少發(fā)電機勵磁電流，使發(fā)電機進相深度增加，可能導(dǎo)致發(fā)電機失磁保護動作或發(fā)電機失穩(wěn)運行。 　　3、發(fā)電機進相運行，定子電流增加，定子發(fā)熱增加;發(fā)電機進相運行時，定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發(fā)熱嚴(yán)重，發(fā)電機定子線圈溫度將持續(xù)上升。 　　4、發(fā)電機進相運行，發(fā)電機出口電壓降低，使得6KV母線電壓降低。設(shè)有低電壓保護的高壓電動機將跳閘;運行中的各電氣設(shè)備，因母線電壓降低，電流增大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，長時間運行會損壞設(shè)備絕緣。 　　該廠母線電壓考核范圍為230—235KV，在電網(wǎng)某些運行方式下，會出現(xiàn)我廠發(fā)電機無功減至 但是母線電壓仍然高出235KV，此時應(yīng)考慮發(fā)電機進相運行。 　　一、運行人員要密切監(jiān)視220KV母線電壓和機組有功、無功負荷，當(dāng)母線電壓超過235 KV時，必須控制發(fā)電機組功率因數(shù)達到0.99以上。當(dāng)機組功率因數(shù)已達0.99以上，母線電壓接近控制上限值時，值長應(yīng)主動向上級調(diào)度匯報，根據(jù)上級調(diào)度的命令調(diào)整機組無功出力，直至進相運行。 　　二、發(fā)電機是否進相運行由值長統(tǒng)一命令執(zhí)行，在進相運行前應(yīng)匯報上級調(diào)度發(fā)電機帶無功及220KV母線電壓情況，并請示上級調(diào)度申請進相運行，如上級調(diào)度未許可則申請220KV母線電壓超限點免考核，未經(jīng)上級調(diào)度許可不得擅自進相運行。 　　三、機組在不同運行方式下進相運行規(guī)定： 　　1、單機運行時原則上不進相運行，但在春節(jié)等特殊方式下除外。 　　2、雙機運行時原則上一臺機進相運行，另一臺機組保持高功率因數(shù)遲相運行，即控制無功盡量在小范圍。但在春節(jié)等特殊方式下可以同時進相運行。 　　3、在考慮進相運行的機組時，該機組運行情況應(yīng)保持穩(wěn)定。否則考慮另一臺機組進相運行，當(dāng)兩臺機組運行都不穩(wěn)定時，應(yīng)向上級調(diào)度說明詳細情況，并按照調(diào)度命令執(zhí)行。 　　4、若兩臺機同時運行時，考慮兩臺機同時進相，且兩臺機進相深度應(yīng)保持平衡。 　　四、連續(xù)進相運行時間不得超過6小時。 　　五、進相運行時，應(yīng)專設(shè)監(jiān)盤人員，并嚴(yán)格按照上級調(diào)度命令進行。 　　六、在發(fā)電機進相運行期間，無值長允許任何崗位人員不得私自啟動6KV轉(zhuǎn)機，包括輸煤、脫硫、化學(xué)、水源地，否則將按嚴(yán)重違反生產(chǎn)調(diào)度紀(jì)律處理!待啟動6KV轉(zhuǎn)機前，值班員需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.1KV以上，在啟動電泵、循泵、增壓風(fēng)機等大容量設(shè)備需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.45KV以上。 　　七、進相運行時操作：在進相運行前，請示上級調(diào)度解除AVC裝置自動，手動減少發(fā)電機勵磁，發(fā)電機在減少無功操作時，要循序漸進緩慢進行，嚴(yán)禁超調(diào)度規(guī)定進相深度值。進相結(jié)束后，手動增加發(fā)電機勵磁，使之恢復(fù)正常運行方式觀察五分鐘無異常后，投入AVC自動。在手動調(diào)整期間應(yīng)保持220KV母線電壓合格。 　　八、進相運行期間監(jiān)視參數(shù)：發(fā)電機出入口風(fēng)溫、定冷水、氫氣壓力;定子鐵芯及鐵芯端部溫度、定子線圈各部溫升、溫差不超過規(guī)定允許值、軸振不超過允許值;定子電流、勵磁電流、端電壓、勵磁變高壓側(cè)電流、滑環(huán)溫度、勵磁變溫度不超過允許值;上述參數(shù)每小時檢查一次。 　　九、進相運行參數(shù)控制： 　　1、任一段6KV廠用母線電壓不得低于5.8KV，0.4KV母線電壓不得低于0.36KV(照明段除外)，發(fā)電機端電壓不得低于20KV，220KV母線電壓230—235KV，功率因數(shù)不得低于0.95。 　　2、發(fā)電機進相運行時功角不得大于60度，防止系統(tǒng)沖擊破壞發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定而造成發(fā)電機震蕩。 　　3、進相深度試驗數(shù)據(jù)(二零零九年河南省電力實驗院)： 　　4、根據(jù)我廠實際情況且在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再留有充分進相裕度，現(xiàn)規(guī)定：發(fā)電機進相深度限制不得超過調(diào)度規(guī)定的進相深度。 　　5、在機組負荷大于500MW情況下需要進相時，應(yīng)向上級調(diào)度充分說明此時進相運行危險性，并按上級調(diào)度命令處理。 　　十、發(fā)電機進相運行必要條件：勵磁系統(tǒng)自動運行，勵磁自動調(diào)節(jié)器無異常報警信號;低勵限制、失磁保護投入。 　　十一、進相運行機組應(yīng)具備雙向無功表，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置正常投入，其低勵定值應(yīng)按滿足進相運行進行整定。 　　十二、若進相運行引起系統(tǒng)故障時，應(yīng)立即恢復(fù)原運行方式。 　　十三、進相運行期間做好事故預(yù)想，在值班日志做好進相運行時間、進相深度及命令人等相關(guān)記錄。 　　十四、進相運行期間事故處理： 　　1、若發(fā)電機出現(xiàn)機端電壓越下限，應(yīng)立即停止進相并匯報上級調(diào)度，積極恢復(fù)6KV母線電壓不超過規(guī)定值，確保廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定。 　　2、運行期間參數(shù)異常達到停機值則應(yīng)申請停機。 　　3、若震蕩或者失去同步時，應(yīng)立即增加勵磁電流，同時減少有功負荷，恢復(fù)正常運行方式，若在1分鐘內(nèi)不能恢復(fù)則申請停機，待系統(tǒng)正常后再申請并網(wǎng)。 　　4、發(fā)電機失磁，若失磁保護動作跳閘，則按發(fā)電機跳閘處理，若保護未動作則應(yīng)立即解列發(fā)電機。 　　5、在進相運行過程中若發(fā)生異常情況，應(yīng)及時匯報調(diào)度。