Question

关于发电的问题。汽轮机的进气量变化，汽轮机转速三千转为什么维持不变？进气量变化，

发电量肯定变化，转子的转速不变，发电量怎么会有变化呢？

Answer 1

根据我国的工程标准，电网频率是f=50HZ，我国所有的电器也是根据这个频率设计的，如果供电频率偏离这个范围，会导致各行业生产的各种损失，所以发电机发出的电能的频率要控制在50Hz，根据转速与频率和磁极对数的关系：n=60*f/p，p是发电机转子磁极对数，n是汽轮机转速（转/分钟），f是频率（Hz）。其实很好理解，f是50Hz，意思就是每秒钟50个周期，那么每分钟就是3000个周期，即每分钟完整切割发电机转子磁场3000次，当发电机p=1时，磁极数是2（一对），要保证频率为50Hz，就需要拖动发电机的汽轮机的转速n=3000转/分钟。当磁极对数是2时，汽轮机拖动发电机每旋转一圈，则定子线圈会完整切割转子磁场两次，这样只需要汽轮机转速为1500转/分钟，就能输出频率为50Hz的电能。目前，火力发电厂的发电机的磁极对数一般是一对，即p=1，水电的都大于1，因为水轮机转速要达到3000转/分钟，有很多不利因素，所以把发电机极对数设计多一些，水轮机转速设计低一些，具体多少，我不是很了解。以上说明了汽轮机需要多少转速，才能满足发电机输出合格品质的电能。那么，这个转速是怎么达到的呢？在发电机还没有并网的时候，汽轮机转速是依靠DEH（数字式电液调节系统）来控制的，即控制汽轮机进汽量来控制汽轮发电机的转速。当发电机并网以后，在发电机的自动励磁调节器正常工作的情况下，汽轮机的进汽量不再影响汽轮发电机的转速。我们取一个瞬间状态来解释这个问题：假设汽轮发电机当前在3000转/分钟带300MW负荷稳定运行，进汽量有一个突然增加，这时原动力增加，导致汽轮发电机转速增加，大于3000转/分钟，电能频率大于50Hz，转速增加会导致发电机功角增加，则在电势能不变的情况下，发电机机端电压会下降，发电机的自动励磁调节器的调节目标就是机端电压，当极端电压下降时，自动励磁调节器会自动增加励磁电流（表现在励磁电流上升），将发电机机端电压恢复至其控制目标值，这样，发电机的电磁功率就会增加，与其对应，发电机输出的电能跟着增加（表现在定子电流上升），最终，发电机的电磁功率的增加量会与汽轮机原动力的增加量平衡，汽轮发电机又会回到3000转/分钟，即汽轮机输入原动力的突增量，都会转变成发电机输出电能的增量。以上说的是一个瞬间过程，因为自动励磁调节器的反应非常快（毫秒级别），所以汽轮发电机的频率会一直稳定在50Hz左右，即汽轮发电机转速3000rpm。但是当自动励磁调节器故障时，最极端的情况是发电机失磁，这样，汽轮发电机失去电磁功率的制动，其转速会飞升，当转子转速与电网频率有一个转速差的时候，转子就会因为切割定子磁场产生电流，但是这个感应电流的电磁力矩远远不足以制动汽轮机输入的原动力，转子转速会持续飞升，直至汽轮机超速动作跳闸。当然，大型发电机都有失磁保护，不会等到超速保护动作来跳闸机组，因为超速对汽轮机的寿命损失很大。简单来说，汽轮机转速在并网前依靠DEH系统控制进汽量，使原动力与机组空载损耗的平衡来控制转速，并网后靠自动励磁调节器控制励磁电流（即转子磁场的强度），使电磁功率与原动力的平衡来保持转速。

Answer 2

关于发电的问题。汽轮机的进气量变化，汽轮机转速三千转为什么维持不变？---这是发生在发电机与电网并联运行时，当发电机输出一定功率运行在某一状态，这时增加汽轮机的进气量，发电机的动力得到增加，转速要上升，转子磁极与定子旋转磁场之间的角度增加（功角增加），它的输出功率就增加了，阻力也增加了，重新达到新的平衡，这时，转速不变，输出功率增加了。
从物理的角度讲，这个过程几乎是瞬间完成的（因为电的速度是300000公里/秒），我们看不出它的微观变化，实际上在进气量增加时，转子的角速度是增加了一点，同时定子绕组电压也增加了一点，输出电流增加，阻力矩增加---平衡了进气量的增加，速度没有变，只是比原来增加了一点角度；同时，输出电流的增加，电枢反应增大，电压几乎不变。这就是变化的过程。

Answer 3

汽轮机进汽量变化后，发电机励磁系统阻力增大，发电量变化，汽轮机转速不变