发电机PQ运行曲线

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，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。