图中曲线1和曲线2分别是感性负载和电阻性负载时的调整特性，可见为保持发电机端电压不变，随着负载电流的增加，必须相应地增大励磁电流，以补偿负载电流所产生的电枢磁场的去磁作用。因此这两种情况下的调整特性曲线都是上升的。而容性负载时，为了抵消电枢磁场的助磁作用，保证电压不变，随负载的增加，需要相应的减小励磁电流，因此这种情况下的调整特性是下降的，如曲线3所示。
六、功角特性 功角特性是指同步发电机接在电网上稳态运行时，发电机的电磁功率与功角之间的关系。所谓功角是
?之间的相位角。由图3–11所示同步发电机的相量图可得： ?和端电压U指发电机的空载电势E0PG?UIcos??E0Usin? Xd （3–4）
式中：PG——发电机一相的电磁功率；
U——发电机的相电压； I——发电机的相电流； E0——发电机的空载电势； Xd——发电机的同步电抗； ?——功率因数角； ?——功角。
式（3–4）表明，在发电机的端电压及励磁电流不变时，电磁功率PG的大小决定于?角的大小。所以称?角为功角。电磁功率随着功角的变化曲线，称为功角特性曲线如图3–12所示。
图3–11 同步发电机的简化相量图 图3–12 同步发电机的功角特性曲线
从功角特性曲线可知，同步发电机的电磁功率PG与功角成正弦函数关系。当功角从零逐渐增加到90?时，电磁功率PG随着功角?的增加而增加；当?=90?时，电磁功率达到最大值，即
PGmax?E0U Xd （3–5）
当功角?从90?继续增加到180?时，电磁功率随功角的增加而减小；当? > 180?时，电磁功率由正变负，说明发电机不再向电网输送有功功率，而从电网吸收有功功率，即电机从发电机运行状态变成电动机或调相机运行状态。
功角?是同步发电机运行的一个重要变量。它不仅决定了发电机输出功率的大小，而且能表明电机的运行状态。
第三节 同步发电机的启、停操作
一、启动前的准备
发电机安装或检修完毕，得到系统调度的命令即可将其启动，并投入运行。启动前，为保证发电机的
安全可靠，必须对有关设备和系统进行一系列检查、测量和试验。只有下述全部项目都合格后，方可启动机组。
1．需要检查的项目
（1）发电机—变压器组的一、二次设备安装或检修终结后，在启动前应将工作票全部收回。详细检查各部分及其周围的清洁情况，各有关设备、仪表是否完好，短路线和接地线是否拆除，检修人员是否已撤离现场。
（2）检查升压变压器和厂用变压器油位是否正常，各散热器蝴蝶阀、冷油器进出油阀是否全开，主断路器油位、操作机构是否正常。
（3）将经过过滤与干燥的压缩空气通入发电机，保持机座内压力达到0.3 MPa，并在转子静止状态下，检查发电机水路的密封性。
（4）进水前检查滤净设备是否完好，水质的导电率、硬度、pH值等是否达到要求。
（5）检查轴承润滑油路及高压顶轴设备，在油压大于15 MPa时，顶起高度是否大于0.04mm。
（6）打开定子汇水管上的排气阀门，启动冷却水泵，开启定子绕组的进水阀，待从排气阀门溢水时关闭汇水管上的排气阀门，维持定子进水压力为0.2～0.5 MPa。 2．需要测量的项目
（1）在冷态下测量转子绕组的直流电阻和交流阻抗。 （2）测量定子、转子绕组的绝缘电阻。
定子绕组的绝缘电阻采用1000～2500V摇表测量，其绝缘电阻值未作规定，但若测得结果较前次有明显降低（如为前次的1/3～1/5），则应查明原因并将其消除；转子线圈的绝缘电阻应包括发电机转子及向其供电的励磁机回路，测量时应采用500～1000V摇表。励磁回路全部绝缘电阻若低于0.5M?时，应采取措施加以恢复。
3．需要进行试验的项目
（1）在通水情况下，进行发电机定子绕组对地交流耐压试验，试验电压为
0.75 (2UN + 3000) =32250 (V) (3–10)
式中 UN—发电机的额定电压，试验时间为1min。
（2）对定子绕组水路进行0.75MPa、8h的水压试验，应无渗漏现象。在额定水压下通水循环4h以后，绝缘电阻仍应符合要求。 二、启动
当发电机的定子和转子内冷却水水质、水温、压力等均符合规程规定，冷却器通水正常，高压顶轴油压大于规定值时，即可启动转子。在转速超过200r/min时停止顶轴。应注意，发电机开始转动后，即应认为发电机及其全部电气设备均已带电。 对安装和检修后第一次启动的机组，应缓慢升速并监听发电机的声音，检查轴承给油情况及振动情况。在确认无摩擦、碰撞声后，逐渐增加转速，然后迅速通过一阶临界转速。通过临界转速时，轴承座的振动值要大些，但不应大于0.1mm。这时还要检查集电环上的电刷是否有跳动、卡涩或接触不良现象，如有，应设法消除。如无异常情况，即可升速至额定转速3000r/min。 三、升压
当汽轮发电机升速至额定转速且定子绕组已通水的情况下，就可以加励磁升高发电机定子绕组电压，简称升压。发电机电压的升高速度一般不作规定，可以立即升至规定值，但在接近额定值时，调整不可过急，以免超过额定值。升压时还应注意：
（1）三相定子电流表的指示均应等于或接近于零，如果发现定子电流有指示，说明定子绕组上有短路（如临时接地线未拆除等），这时应减励磁至零，拉开灭磁开关进行检查。
（2）三相电压应平衡，同时也以此检查一次回路和电压互感器回路有无开路。
（3）当发电机定子电压达到额定值时，应检查转子电流是否和空载电流值相符合。此时应将发电机的励磁整流A、B柜内的“均流/均流退”小开关切至“均流”位置，检查A、B柜均流正常，检查A、B柜输出与转子电流相符、参考电压相等。 四、并列
当发电机电压升到额定值后，可准备对电网并列。并列是一项非常重要的操作，必须小心谨慎，操作不当将产生很大的冲击电流，严重时会使发电机遭到损坏。发电机的同期并列方法有二，即准同期并列与
自同期并列，分别介绍如下： 1．准同期并列
准同期并列是一种常用的基本同期并列方式，并列时应满足以下三个条件： （1）待并发电机的电压与系统电压相等。 （2）待并发电机的频率与系统频率相等。
（3）待并发电机的电压相位角与系统的电压相位角一致。
并列操作可以手动进行，称为手动准同期；也可以自动进行，称为自动准同期。自动准同期需借助于专有的自动准同期装置进行。
进行手动准同期操作前，应确认主断路器、隔离开关位置正确，如有屏幕显示器，也可通过画面确认。还应确认操作开关及同期开关位置正确（不允许有第二个同期开关投入）。接着可投入同期表盘，同期表开始旋转，同期灯也跟着时亮时暗。这时可能还要少许调整发电机端电压，以满足第1个并列条件。调整的方法是调整自动电压调节器的电压给定开关（特殊情况下也可利用调节器内的“手动回路开关”或感应调压器进行调压），继而调整发电机的转速以满足第2、3个并列条件。当3个条件都满足时，同期表指针指在同期位置，同期灯最暗，表示已到达同步点，但一般是在指针顺时针方向缓慢旋转，且接近同步点（预留到达同步点的主断路器合闸时间）时，即可合闸，使发电机与系统并列。随即可增加发电机的励磁电流和有功负荷，确认发电机已带上5%的负荷，即15MW的有功负荷和7～10Mvar的无功负荷，记下并列时间，切断同期表开关和同期开关，并列操作完成。
发电机手动准同期操作是否顺利，与运行人员的经验有很大关系，经验不足者往往不易掌握好合闸时机，从而发生非同期并列事故。因此，现在广泛采用自动准同期装置进行自动准同期并列。
自动准同期并列装置的功能是根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调速脉冲去调节待并发电机的转速，使其高出系统一预整定数值。然后检查同期的回路开始工作，当待并发电机以微小的转速差向同期点接近，且待并发电机与系统的电压差在±10%以内时，它就提前按一个预先整定好的时间发出合闸脉冲，合上主断路器，实现与系统的并列。
应该说明，某些自动准同期装置只能发出“调速”脉冲，而不发出“调压”命令，因而并列时仍要人工调整励磁调节器的“给定”开关，使待并发电机电压与系统电压相等。 2．自同期并列
自同期并列的方法是，当待并发电机的转速接近额定转速(相差±2%范围之内)时，在励磁开关断开的情况下，先合上发电机的主开关，然后再自动合上励磁开关，加上励磁，使发电机自动拉入同步。采用自同期并列的优点是： （1）操作简单；
（2）可防止非同期并列引起的危险；
（3）在紧急情况下，可以很快地将发电机并入系统，对加速事故的处理有很重要的意义。 自同期并列的缺点是，并列时待并发电机会受到较大电流的冲击，甚至使系统电压降低。对于100MW以下的任何发电机，在系统运行条件允许的情况下，均可采用自同期并列。对于100MW及以上的发电机，是否能采用自同期并列，应经过试验后慎重决定。 五、负荷接带与调整
发电机并列后，即可按规程规定接带负荷，其有功负荷的增加速度决定于汽轮机。一般由值班员进行加负荷与调整负荷的操作。
有功负荷的调整是通过汽轮机的同步器电动机进行的，即调整汽轮机的进汽量，该操作可由值班员或由自动装置协调控制。有功负荷的增加速度通常由汽轮机和锅炉的工作条件决定，但无论是开机或正常运行，增加速度都不能过快。
加负荷时，应注意监视冷却介质、铁心、绕组的温度，以及电刷、励磁装置的工况，监视定子端部有无渗漏现象，在增加发电机有功负荷的同时，要相应地增大其无功负荷，以保持一定的功率因数。
如果有功负荷不变，调整无功负荷也会改变功率因数。汽轮发电机的额定功率因数多为0.85（滞后），即功率因数从0.85～1之间均可长时间带额定有功负荷运行。但是如果励磁再进一步减少就会变为进相运行，这时φ＜0。虽然一般汽轮发电机都允许在cosφ=0.95（超前、进相）情况下运行，但进相运行下有两个问题特别要注意：
其一，可导致发电机定子端部构件发热。
其二，可能导致电力系统运行失稳。
因而，在正常运行中，如发现功率因数表指示进相，且超过了允许的功率因数值，则应增大励磁电流。如果这时定子电流过大，则在增大励磁电流的同时，减少发电机的有功负荷，否则可能引起发电机振荡或失步。
六、运行监视
对运行中的发电机，应监视其运行情况，并对其各部分进行系统的检查，以便及时发现不正常现象，及早消除。发电机配电盘上所有仪表应每隔1h记录一次，在最大负荷时间内，每隔半小时记录一次功率和电流值。
发电机定子绕组、定子铁芯和进出风的温度，必需每小时检查一次，每两小时记录一次。如装有自动记录仪表，其抄表时间可延长。监视定子及励磁回路绝缘的电压表，每班测量一次。对全部自动化的机组，仪表读数的抄录，应在定期巡查时进行。 发电机的正常检查项目应包括：
（1）对发电机及励磁机电刷的检查。电刷应完整，不卡塞，不剧烈振动，不过短、无火花，刷架清洁无灰尘，电刷及连线完好，无过热现象。
（2）发电机无异音、无振动、无串轴等现象。并应注意有无焦味。 （3）从窥视孔观察有无异状，端部绕组应无火花，头套温度应正常。 （4）灭火装置应有正常水压。
（5）励磁开关室内设备正常、清洁，接点严密无过热。
（6）检查发电机空气冷却室的门应关闭严密，冷却阀门应开度正常，如发现冷却风温度不正常时，可通知汽机副司机调节。
（7）检查发电机各部温度不应超过规定值。
发电机在运行中除进行上述检查外，对励磁回路的绝缘电阻应进行监视，规定每班要测量一次，测量结果不应低于0.5M?。 七、解列与停机
在接到电网调度员解列命令后，操作人员应按值长命令填写操作票，经审核批准后执行。
有的发电机出线上带有厂用电，则首先应将厂用电切换后，拉开供厂用电的开关，随后将本机组的有功及无功负荷转移到其它发电机上。对于正常停机，应在机组有功负荷降到某一数值后，停用自动调节励磁装置，然后将有功和无功降到零时，才能进行解列。在减有功负荷的同时，注意相应减少无功负荷，保持功率因数约为0.85。
断开发电机出口开关，调整励磁调节器的自动（或手动）整定开关，使励磁电流减小，检查发电机电压约为8.4kV时，断开励磁机磁场开关，记下解列时间。
解列后，如果发电机必需停下来，值长应通知汽机值班员减速停机，拉开发电机出线隔离开关，停运主变压器及其冷却装置，拉开主变压器中性点接地刀闸。
在解列与停机之间的时间内，定子的冷却水系统应继续运行，直至汽轮机完全停止转动为止。如果发电机停用时间较长，应将定子绕组和定子端部的冷却水全部放掉，吹干，冷却水系统管道内的积水也应放掉，并注意使发电机各部分的温度不低于＋5℃,以防止冻坏。
运行两个月以上的发电机停机后，应对发电机的水回路进行反冲洗，以确保水路畅通。
第四节 同步发电机的正常运行方式
装设在发电厂的发电机组，对每一台发电机，电厂有关部门都应根据制造厂提供的技术资料及部颁发电机运行规程并参考安装、试验资料，制定本机组的运行规程。
发电机按运行规程规定数据运行的方式称为额定运行方式或正常运行方式。
一、发电机的允许温度和温升
同步发电机厂房内的环境温度不得低于+5℃。
密封式冷却的发电机最低进风温度以整体冷却器不出现凝结水珠为标准。通常这一温度不低于20℃。双水内冷发电机应保持定子内冷水温度高于进风温度，以防止发电机内结露。
运行中应对定子测温元件的温差和出水支路同层各定子线棒引水管出水温差进行监视，温差控制应按厂家规定执行，如表3–2所示。
表3–2 发电机各部温度限额 发电机的部位 定子铁芯轭部 定子铁芯齿部 定子线圈 定子线圈进/出水 转子线圈进/出水 铜屏蔽进/出水 发电机进/出风 主励磁机定子线圈 主励磁机转子线圈 励磁机两端风温差 励磁机进出风温差 温度上限（℃） 140 120 90 5～40/80 5～40/80 5～40/80 40/80 115 130 3 25
当定子线棒最高与最低温度的差值达到8℃或定子线棒引水管出水温度差达到8℃时应报警，查明原因
允许温差（℃） 90 80 50 40 40 40 40 75 90 并加强监视。此时可降低负荷。一旦定子线棒温差达14℃；或出水温差达12℃；或任一定子槽内层间测温元件温差超过90℃；或出水温度超过85℃时，在确认测温元件无误后，为避免发生重大事故，应立即停机进行反冲洗及相关的检查处理。 二、电压的允许变动范围 电压是供电的质量指标之一。过高或过低的电压变动，对系统及用户的正常生产、生活都会产生影响；对电力系统及发电机本身也有影响。如电压过高会影响用户用电设备的使用寿命；而电压过低将使用户电动机发热甚至烧毁。
在实际运行中，由于电力系统负荷总是变动的，所以不可能使电压始终保持在某一数值上，常因电力系统的需要而保持在一定范围内变动。
发电机正常运行时电压的变动范围是在额定电压±5%以内，此时发电机的额定容量可保持不变。即当电压降低5%时，定子电流可升高5%；而当电压升高5%时，定子电流应降低5%。
发电机连续运行的最高允许电压应遵循制造厂的规定，但最高电压不得大于额定值的110%，因为当电压过高运行时可能产生以下危险：
（1）转子励磁电流增加，可能使转子绕组温度超过允许值。若维持转子电流不变升高电压，则需降低出力。
（2）定子铁芯磁通密度增大，铁损增加，可能使定子铁芯和定子绕组温度超过允许值。 （3）由于定子铁芯磁通密度增大，铁芯饱和后发电机端部漏磁也会增加，会引起发电机的实体部分（如漏磁逸出轭部，绕穿机座某些结构部件如支持筋、机座，齿压板等）和支持端部的金属零件发生过热，造成事故。
（4）过电压运行对定子绕组绝缘（如存在绝缘薄弱点）有击穿危险。
发电机的最低运行电压应根据稳定的要求来确定，一般不应低于额定值的90%。电压过低造成的危害是：
（1）引起系统并列运行稳定性问题和发电机本身励磁调节稳定性问题。当发电机电压低于95%以下运行时（一般到90%），会使系统并列运行稳定度大大降低，因为此时由于励磁电流的减少使定子磁场和转子磁场拉力减少，很容易产生失步和振荡。此外，发电机正常运行时，铁芯磁密工作在饱和区，当降低电压使发电机工作在不饱和区后，励磁电流的不大变化将会引起电压的较大波动，调节是不稳定的。