以保持一定的静态稳定储备。
除此之外，当功率因数cos?=1，即?=0时，发电机的无功负荷Q=0，从图3–14（a）相量图中可以看出，电压三角形OCA是直角三角形，此时，
Ucos?? （3–7）
E0从图3–14（b）也可以看到：当cos??cos??U时，?角显得比较小，发电机向系统输送无功功率；当E0U时，?角显得和比较大，发电机从系统吸收无功功率。在Q=0时，励磁电流越小，即E0越小时，E0?角也越小。所以在一定的E0值时，增加有功负荷，?角也增加，发电机很可能从发出无功功率的运行方式变成吸收大量无功功率。所以在增加有功负荷时，必须相应地增加励磁电流。
十、励磁电流调整
当发电机的励磁电流降低时，电磁转矩随之下降，由于原动机转矩未变，所以发电机加速，如图3–
→ →
15（a）所示，此时，功角?由?1增至?2，OA1相量转至OA2位置。由于P=常数，所以相量图中A1B1=A2B2，E0端点A的轨迹是一条与电压相量相互平行的直线。从图3–15（a）相量图很容易求出无功功率Q、定子电流I、功率因数cos?，功角?和励磁电流IL的关系曲线，如图3–15（b）所示。
U时（用标幺值表示），Q=0。当有功负荷P增加大时，功角?增cos?大，维持Q=0所需的励磁电流也越大。
由式（3–7）可知，当IL?E0?U时，发电机处于过励磁运行状态，向系统输出无功功率，此时，功角?值显得相当小。cos?若励磁电流越大，向系统输送的无功Q和定子电流I也越大，cos?则越小，此时最大励磁维持电流不应超过转子的额定电流。
当IL?Eq?
图3–15 在各种励磁电流情况下发电机的工作状态
（a）相量图；（b）Q、I、?、cos?变化曲线
U时，发电机处于欠励磁运行状态，从系统吸收无功功率，励磁电流IL越小，从系统cos?吸收的无功功率Q越多，定子电流I和功角?也越大，cos?则越小。最小励磁电流ILmin，由?=?max?90?决定，它等于（用标幺值表示）
当IL?E0?PXd （3–8） U有功负荷越小，发电机从系统吸收最大无功功率时所需的励磁电流也越小。没有有功负荷时，励磁极限最小电流等于零。发电机在进相运行时，励磁电流应大于最小励磁电流ILmin。
ILmin?第五节 同步发电机的特殊运行
一、同步发电机的进相运行
随着电力系统的扩大，电压等级的提高，输电线路的加长，线路上的电容电流也越来越大。在轻负荷时，线路上的电压会升高，例如在节假日、午夜等低负荷的情况下，如果不能有效地吸收剩余的无功功率，枢纽变电站和发电厂母线上的电压可能超过额定电压的15%~20%左右。此时最好利用部分发电机进相运行，以吸收剩余的无功功率，进行电压调整。
如前所述，如果减小发电机的励磁电流，使E0?U，发电机即从迟相运行转为进相运行，也就是cos?从发出无功功率转为吸收无功功率。励磁电流越小，从系统吸收的无功功率越大，功角?也越大，系统的静态稳定性也越低。所以，发电机在进相运行时，允许吸收多少无功功率，发出多少有功功率，决定于静态稳定的极限角。另外，发电机进相运行时，会使发电机端部发热，端部发热是由于端部漏磁增大所引起的。发电机进相运行时，定子端部铁芯、端部压板以及转子护环等部分，通过相当大的端部漏磁。由于转子端部漏磁对定子有相对运动，所以在定子端部铁芯齿部、压板、压指等部件中感应涡流，引起涡流损耗和磁滞损耗。
综上所述，发电机从迟相转为进相运行时，静态稳定储备下降，端部发热严重。这两方面的影响都和发电机的千伏安出力密切相关。发电机在进相运行时，千伏安出力越大，静态稳定性能越坏。在一定功率因数下，端部漏磁通约与发电机的千伏安出力成正比，如图3–16所示。因此，欲保持一定的静态稳定储备，保持端部发热为一定值，随着进相程度的增大，千伏安出力应相应降低。
图3–16 端部漏磁通与发电机出力（kVA）的关系
图3–17表示大型机组功率因数变化时的允许出力（有功和无功）。从图上很明显地看出，当发电机由迟相转入进相运行时，随着功率因数的降低，发电机允许的千伏安出力剧烈下降。
图3–17 功率因数变化时，发电机的允许有功功率和允许无功功率
值得提起的是，目前大型发电机已采取多种措施来减少端部发热，例如：采用非磁性钢的转子护环、采用铜板屏蔽、开槽分割以限制涡流通路等等。采用上述措施后，可降低进相运行时的端部温升，从而提高进相运行时的允许功率。
二、同步发电机的调相运行
所谓调相运行，是指同步发电机只发出无功或只吸收无功的运行方式。在下列情况下，同步发电机有必要作调相运行：①水轮发电机在低水位或枯水季节时；②汽轮发电机的汽轮机处于检修期间；③汽轮发电机的技术经济指标很低。
发电机调相运行时，根据系统需要，可以过励磁运行，也可以欠励磁运行。当系统感到无功功率不足，负荷在电厂附近时，调相机作过励磁运行；当电厂在低负荷且接有长距离输电线路时，则作欠励磁运行，吸收无功功率。
如图3–18所示，为发电机从发电状态过渡到电动状态的示意图。如图3–19所示，为同步发电机作调相运行时忽略有功损耗的相量图。
图3–18 发电机从发电状态过渡到电动状态示意图 （a）发电状态；（b）调相状态；（c）电动状态
图3–19 调相运行的相量图
（a）正常励磁；（b）过励磁；（c）欠励磁
发电机作调相运行时，可以与原动机（水轮机或汽轮机）不分离，也可以将原动机拆开，电机单独运行。发电机与原动机不分离时，运行的灵活性较大，在不改动设备的情况下，既可作调相运行，又可作为系统的旋转（热）备用，随时可转为正常的发电运行方式。
启动发电机作调相运行非常简便，可先利用原动机作动力，让蒸汽（或水）进入汽轮机（或水轮机），拖动发电机，待并入电网后，再将进汽（或进水）量减至最小，到能维持调相运行为止。以上叙述的均为与原动机不分离运行的优点，但这种方式也有其缺点，主要是在调相运行时，必须带着原动机旋转，损耗
较大；另外，将原动机改为无工质运行，只对水轮机较合适，若汽轮机改为无工质运行，由于发热和散热条件的复杂性，是否允许运行，必须进行详细分析和试验才能决定。通常，因较大的损耗将使汽轮机叶片和发电机端部等部件发生过热，为了防止过热，必须让小部分蒸汽通过汽轮机叶片，这样，就产生一个所谓的最小允许有功功率，该功率约为额定容量的10%～20%，具体视汽轮机的类型和容量而定。立式水轮发电机由于结构上的原因，不能和原动机拆开，为发减少有功损耗，在调相运行时，应使水轮机叶片不在水中旋转，而在空气中旋转。为此，必须用压缩空气将水压出，以保证发电机顺利调相运行。
发电机在和原动机拆开作调相运行时，可以减少有功损耗，但这样作，就不可能再利用原动机来启动了，在此情形下，常用电动机启动或异步启动。电动机启动就是利用一台小容量的电动机（其容量约为发电机容量的3%~5%）拖动发电机，克服发电机的阻力，待转速上升至接近额定转速时，再将发电机并入系统。异步启动就是将发电机直接接入或经电抗器接入电网，借助异步转矩，进行启动。
第六节 汽轮发电机的运行维护和事故处理
一、发电机的运行维护
对于运行中的汽轮发电机，必须经常进行检查、维护，以便及时发现异常情况，消除设备缺陷，保证发电机长期安全运行。下面将分别介绍各个设备的检查维护内容。 1．对汽轮发电机的一般检查与维护
（1）严密监视运行中发电机各种表计，如电压、电流、频率、各处温升等，不得超过规定值。每小时应记录一次发电机的工况参数，如有计算机打印值，可与之对照。如发现个别温度测点值异常，应对期加强监视，缩短记录间隔时间；
（2）按值长命令执行负荷曲线的运行；
（3）通过窥视孔检查发电机端部，应无异状、异音、无焦味、放电、火星、臭味、渗水、漏水及结露等。用手触摸发电机外壳，应无异常振动与过热等。 3．对集电环和电刷的检查与维护
集电环和电刷的检查与维护由电气值班人员负责，其检查与维护的内容主要有： （1）检查电刷在刷框内有无摇动或卡住现象，接触是否良好，有无发热和冒火情况。 （2）检查各电刷的电流分担是否均匀，电刷和连线是否过热。 （3）按照电刷的磨损程度，调整电刷的压力。
（4）发电机停机后，必须清理集电环的通风孔，因为这些孔会逐渐被灰尘阻塞而失去通风作用。 （5）应定期用干布擦拭集电环及其周围零件，因为碳粉弄脏了表面会降低转子绕组的绝缘电阻。 （6）检查集电环时，可顺序将电刷由刷框内抽出。更换电刷时，在同一时间内，每个刷架上只许换一个。换上的电刷需在相等直径的集电环模型上研磨良好，且新旧牌号应一致。励磁机电刷一次换一块，发电机电刷一次更换每极不超过6块。
（7）为了使集电环磨损均匀，在2～3个月内必须更换一次集电环的极性。
发电机运行中，在励磁回路上进行调整时，工作人员应站在绝缘垫上，并应穿绝缘靴，将衣袖扎紧，切不可戴手套，工作时应有专人在场监护。 二、发电机的事故处理 1．发电机温度不正常
当发电机在额定负荷下或接近额定负荷下运行时，发电机定子绕组温度或铁芯温度超过极限值，或是转子温度超过极限值时，电气值班员必须立即检查有无某种不正常的情况，并将所发生的情况报告值长和班长，同时检查空气冷却器的阀门是否完全开放，冷却水的进水是否正常，冷却水温是否过高，空冷器是否脏污。如果发电机温度的升高是由于冷却水的中断或进入到气体冷却器的水量减少造成的，则应立即恢复供水。如供水不能立即恢复或冷却系统不正常时，则必须减少发电机的负荷，直至温度降到允许值为止。但如果减负荷后，仍不能使发电机达到正常状态，就要报告值班调度员，并尽可能将负荷转到其他各发电机上，然后再停机。 2．发电机自动跳闸
发电机自动跳闸的原因，有以下几种情况：
（1）发电机内部故障，如定子绕组短路等。
（2）发电机外部故障而该保护未动，如系统短路。 （3）误操作与二次回路故障。
（4）保护装置与断路器操作机构误动作。 发电机在运行中断路器突然跳闸，发电机盘表计全部指示为零，系统有冲击现象或有保护动作指示（掉牌或信号继电器指示灯亮）。此时发电机主断路器及励磁开关应绿灯闪光并发出事故音响信号。 这时电气值班员应作如下处理：
（1）检查厂用电源的联动情况是否正常。 （2）向汽机发出“注意”、“发电机已解列”信号。 （3）停用自动调节励磁装置及强励装置。
（4）检查励磁开关（MK）是否跳开，如果未跳开，应手动切除。 （5）检查危急保安器是否动作。
（6）查明保护动作情况，根据保护动作情况，检查故障点。根据记录式仪表，检查保护是否是由于短路故障引起。
（7）检查是否由于人员误操作引起，如果确认跳闸是由于人员误操作引起，应立即将发电机重新并入电网。
当发电机由于内部故障（如相间短路、匝间短路、转子两端接地等）而跳闸，应测量定子绕组的绝缘电阻，并对发电机及其有关的设备和所有在动作保护区内的电气回路（包括电缆在内）的状况，作详细的外部检查，查明有无特殊音响、冒烟或其他现象，以判明发电机有无损坏。同时应检查动作的继电器，由继电器检修人员进行试验，判断其动作是否正确。
当进行外部检查、继电器检查和测定绝缘电阻未能找出故障的原因时，则应将发电机的电压慢慢地由零起升压，升压时发现有不正常情况，应立即停机，以便详细检查，并消除故障。如升压时未发现不正常现象，则发电机可并入电网运行。
检查结果如确系内部故障或保护范围内的故障而使发电机跳闸时，则应停机处理。
如果发电机由于电网内或发电机母线上的短路导致过电流保护装置动作而被切断，同时内部故障的保护装置未动作，发电机亦未发现明显的不正常现象，则发电机即可并入电网。
如果发电机的跳闸不是由于保护装置的动作所致，这时仪表指示没有故障情况，也看不到保护装置动作的信号。电气值班员可联系汽机司机，准备重新并列。但必须注意，当发电机再度跳闸或在解列后不能并上时，则应查明解列的原因，消除后再进行并列。 3．发电机定子回路一点接地
在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中运行的发电机，当发现系统中有一点接地时，应立即查明接地点。如接地点在发电机内部，则应立即采取措施，迅速将其消除。如接地点在发电机以外，则应迅速查明原因并将其消除，对于容量为150MW及以下的汽轮发电机、50MW及以下的水轮发电机和同期调相机，当接地电容电流小于5A时，允许发电机带接地点运行，但至多不超过2h；单元接线的发电机变压器组寻找接地的时间至多不超过30min。对于容量或接地电容电流大于上述规定的发电机，当定子回路单相接地时，应立即将发电机从电网解列，并断开励磁。
定子回路一点接地的反应是：有机压母线的机组，三相绝缘监察电压表指示一相降低，另两相升高；按动发电机接地检查按钮时，电压表有指示，此外发电机盘上有“接地”信号。 4．发电机振荡和失去同步
电力系统发生重大事故，例如短路或突然切除带大量负荷的发电机和线路时，往往使个别的发电机或全厂的发电机与系统之间发生电流和功率的激烈振荡，有时可能出现个别发电机与系统失步。
发电机发生振荡，就是发电机的电磁功率与汽轮机的机械功率之间的平衡遭到破坏，发电机转子获得了加速度（包括正的和负的）。因此，发电机在振荡时间内，一瞬间向系统送出功率，另一瞬间又从系统吸收功率。这种振荡现象如果得不到及时的有效处理，就可能导致机组失步，甚至可能损坏机组，并破坏电力系统的稳定性，导致更大事故。
当发电机发生振荡或失步时，仪表的反应是：
（1）定子电流表的指针来回剧烈摆动，并有超过正常值的情况。 （2）发电机和母线上的电压表指针发生剧烈摆动，通常是电压降低。