《发电机的运行原始》PPT课件.ppt

发电机的运行 河南机电高等专科学校电气工程系2007年10月20号 一 发电机的基本知识 N S 发电机原理 原始型 采用永磁磁场 转子线圈上感应出电流经滑环碳刷送出 N S 随发电机容量增大 改造为定子线圈发电 仍采用永磁磁场 后来 为了进一步提高发电机容量 和为了发电机负荷和电压调整方便 便把转子磁场由永磁改造为电磁场 发电机的分类 铭牌额定电流 额定电压 额定容量 COS 412410 5KV60MW 75MVA0 8思考题 发电机为什么采用星形连接而不采用三角形连接 二同步发电机的运行特性 1 同步 同步电机和异步电机的区别 同步发电机 定子磁场与转子磁场以同方向 同转速旋转 空载特性概念 额定转速下 发电机不带负荷 即只加励磁 不并网时的特性 空载特性试验 定速后 逐渐增加励磁 到端电压130 后逐渐降低励磁 会得到空载特性曲线 空载特性曲线 Eo I 作用 和继报保有关 用来求电压变化率 不饱和电抗值 增加励磁过程 降低励磁过程 磁滞现象 3 发电机的短路特性定子绕组短路 定子绕组电流与励磁电流之间的关系作用 求发电机的同步电抗 断路比 判断转子绕组的匝间短路 发电机的外特性指COS 励磁电流 转速恒定时 发电机定子电流与端电压的变化关系 1 5U 1 I 1 0 0 5 COS 0 8 COS 1 COS 0 8 在滞后的COS 下 当定子电流增加时 电压降较大 此时是去磁作用 在超前的COS 下 当定子电流增加时 电压反而升高 此时是助磁作用 5 发电机的调整特性 指电压 转速 COS 恒定 改变定子电流时的励磁电流的变化曲线 COS 0 COS 0 8 COS 1 COS 0 8 0 1 励磁电流 定子电流 1 发电机调整特性曲线 在滞后的COS 下 负荷增加 励磁电流也必然增加 此时去磁作用加强 要维持气隙磁通 必须增加转子磁势 在超前的COS 下 负荷增加 励磁电流一般要降低 这是因为电枢反应有助磁作用 三 同步发电机的能量输出 1 有关发电机的损耗摩擦损失 风阻铁芯磁滞 涡流定子绕组本身的损失 机械损失 铁损 铜损 1 可以忽略 汽轮机输入的功率减去以上损失 剩下的作为有功功率输出 空载损耗 2 同步发电机有功输出当发电机带纯阻性负荷时 出现定子电流 产生定子磁场 电枢反应磁场 阻碍转子磁场前进 汽机转速降低 汽机增加进汽 维持额定转速 使气隙磁场发生歪曲或畸变 即气隙磁场对于主磁场来说 逆着转向偏了一个 角 N S F0 发电机转向 发电机空载 0 N S F0 发电机转向 角 F FR 发电机带负荷时 的大小负荷大小性质有关 纯感性负荷去磁端电压 纯容性负荷助磁端电压 上两种负荷只会使磁场削弱或加强 但不会扭曲 但是 实际负荷都是感性的 相当于纯阻性和纯感性的叠加 所以它既有使主磁场的扭曲 又有去磁作用 故 在同步发电机中 气隙磁场轴线和主磁场轴线之间的夹角与发电机输出的有功功率的大小有关 当同步发电机输出的有功功率增大时 原动机输入的有功功率增大 角也随着增大 角也叫做功率角 一般汽轮发电机额定负荷运行 角约为250 300 四 发电机的功角特性 1 发电机的功角特性发电机和无穷大电网并联运行时 发电机的输出功率为 Pde UE0 Xd sin 其中 发电机端电压与空载电势的夹角 功率角 U 发电机端电压E0 发电机空载电势Xd 发电机同步电抗式中U E0 Xd都可以认为是常数 这样Pde的大小仅仅与 有关 它们之间是正弦函数关系 Pde与之间的关系曲线为功角特性 2 功角特性对运行的影响1 发电机的功率极限 当 角从0 900时 有功随 增大而增大 当 900时 有功最大 PMAX UE0 Xd 发电机的功率极限 当 900时 有功随 增大而减小当 1800时 有功为0 静态稳定区 汽轮机功率不变 转子在外力的作用下 角发生微小变化 如果原来的工作点在 角0 900之间 则发电机会通过若干个摆动回到原来的工作点 此区间为静态稳定区非稳定区 如果 角在900 1800之间 则不会稳定 为非稳定区如果 角超过1800 则为逆功率运行 一 发电机的额定运行方式发电机按照制造厂铭牌额定参数运行的方式 称为额定运行方式二 发电机的允许运行方式允许偏离额定值但在一定范围内 一 允许温度和温升超过额定允许运行温度6oC长期运行寿命减半 温升 发电机与周围环境温度之差 二 冷却介质的质量 温度 压力变化范围冷却水的水质 温度和压力空气的温度 四 发电机的运行方式 三 发电机电压允许变化范围1 电压低于额定值对发电机的影响 1 降低并列运行的稳定性和电压调节的稳定性 例如 容易失步 2 定子绕组温度升高由于出力不变 电压降低 电流必然增大 定子温度升高 3 影响厂用电动机及整个电力系统的安全运行2 电压高于额定值对发电机的影响 1 转子温度可能超过允许值保持出力不变 需提高电压 励磁电流增加 转子温度升高达到额定值1 3 1 4倍时 就有可能超过允许值 2 定子铁心温度升高定子绕组发热传递 定子铁心温度升高 定子电压升高 使定子铁心磁通密度增加 铁心损耗明显增加 使定子铁心温度大大增高 4 可能使定子结构部件出现局部温度升高定子铁心过度饱和 使磁通通过其他部件例如 机座 支撑筋 齿压板 4 发电机频率允许变化范围正常运行 应保持50HZ 变化范围应在额定值 0 2HZ 最大不应超过额定值的 0 5HZ 频率超过 2 5HZ应立即停机 频率变化较大将对发电机造成较大影响 1 频率降低对发电机的影响 1 频率降低 转子风扇转速下降 通风减少 冷却变坏 绕组和铁心温度上升 2 频率降低时 若增加转子电流来位置机端电压不变 定子铁心磁通增加 饱和 机座上某些部件温度局部高温 3 频率降低时 定子电动势下降 若保持出力不变 定子电流增加 定子温度升高 若增加转子电流保持出力 则增加转子励磁电流 转子温度增加 4 频率降低时 厂用电动机转速下降 出力降低 发电机出力也会降低 恶性循环 将影响系统稳定 5 频率过低 可能引起汽轮机叶片断裂 频率降低 出力不变 则转矩增加 叶片过负荷而引起震动 2 频率过高发电机转速增加 转子离心力增加 转子部件损坏 当频率高至汽轮机危急保安器动作 使主气门关闭 机组停止运行 5 发电机功率因数允许变化范围发电机运行时 定子电流滞后于定子电压一个角度 同时向系统输出有功和无功 称为发电机迟相运行 此时功率因数称为迟相功率因数发电机运行时 定子电流超前于定子电压一个角度 同时向系统吸收无功 用以建立磁场 并向系统输出有功 称为发电机进相运行 此时功率因数称为进相功率因数 发电机一般运行在迟相状态 向系统发出无功 功率因数一般为0 8 0 9 一般不得超过迟相0 95 也可运行与0 95 1 0或进相运行 只可短时运行 但此时发电机静态稳定性能差 容易引起振荡和失步 发电机的有功无功出力范围取决于以下四个方面 1 原动机的额定功率 2 定子发热温度 3 转子发热温度 4 发电机进相运行时的静态稳定极限6 定子不平衡电流允许范围不平衡电流的影响 1 使转子温度升高或局部损坏负序产生倍频电流在转子表面流通 温度升高 2 引起发电机振动 发电机的三相不平衡电流的允许范围 1 正常运行时 不平衡电流不超过额定值的10 低于额定值运行时 可大于上述值 但不能超过额定值20 2 长期稳定运行时 每相电流均不大于额定值时 负序电流分量不大于额定值的8 9 3 短时耐负序电流的能力应满足I2t 10I指t时间内变化着的负序电流有效值与额定值的比值 t是故障时允许I存在的时间 7 发电机组绝缘电阻允许范围 1 发电机组定子绝缘电阻的规定 2 发电机组转子绕组机励磁回路绝缘电阻的规定 3 发电机励磁机绝缘电阻的规定 4 发电机轴承和测温元件绝缘电阻的规定 五 发电机运行的操作 一 发电机启动前的检查 1 检查发电机 主变压器 高压厂用变压器及辅助设备一 二次回路工作已经全部结束 工作票已经收回 并具备运行条件 2 检查上述设备为检修安全设置的临时安全措施 如接地线 接地隔离开关 短路接线 标识牌等 已全部拆除 固定遮拦和常设固定安全设施已恢复 3 检查一 二次设备及其回路应具备送电条件 检查的要求均案现场规定进行 4 检查发电机励磁回路及设备正常 5 检查与启动有关设备的继电保护及自动装置 按规定投入 6 测量绝缘符合要求 测量按现场规定进行 7 检查机组冷却系统正常 8 启动前的有关实验项目符合要求 二 发电机并列前的预备工作 1 机组的厂用起动电源送电 2 将发 变组一 二次电路操作为热备用状态 3 高压厂变操作为热备用状态 4 将发电机励磁系统操作为热备用状态 5 向机组的厂用机械送电 6 将主变的冷却装置投入运行 三 发电机升压和并列操作1 并列条件 方法和注意事项 1 并列条件准同期并列 达到额定转速后 再并列自同期并列 一般为准同期并列 为避免电流的冲击和转轴受到扭转力矩的作用 必须满足以下条件 1 待并发电机电压与系统电压相等 最大误差不超过10 2 待并发电机频率与系统频率相等 最大误差不超过0 1Hz 3 待并发电机相位与系统相位相同4 待并发电机相序与系统电压的相序一致 2 发电机并列的方法1 AVR 自动励磁调节器 自动方式 AC 自动准同期并列2 AVR手动方式 DC 自动准同期并列3 AVR自动方式 AC 手动准同期并列4 AVR手动方式 DC 手动准同期并列5 备励方式自动准同期并列5 备励方式手动准同期并列 3 发电机并列操作注意事项1 无论采用何种方式并列操作 不允许解除同期闭锁 防止非同期合闸 2 无论采用何种方式并列操作 应检查同期检定继电器动作正确 并调整发电机转速 使同步表指针缓慢顺时针方向旋转 4 10r min 若同期表指针旋转不均匀或出现停止及跳动现象 不允许发电机并列 3 在进行自动准同期并列时 若自动调整回路失灵 严禁使用该方式 在采用手动准同期方式并列时 若手动调速失灵 可由汽机值班员进行调整 4 升压操作时 应使定子电压缓慢 均匀地升高 注意定子三相电流接近于零 定子电压升至额定值时 核对转子空载电流 电压符合要求 与历次比较相近 以判断转子绕组有无匝间短路 2 并列发电机地操作 略 具体根据操作票 四 发电机接带负荷和运行中负荷的调整1 发电机接带负荷发电机并网后 按现场规程规定接带负荷 发电机初始有功负荷的大小及增加速度主要决定于汽轮机和锅炉的允许条件 也与发电机的容量 冷热状态起动及运行情况有关 冷态汽轮机起动并网后 其有功功率增加速度不宜过快 否则会使汽轮机进汽量增加过快 汽轮机内部各金属部件受热不均 膨胀不均产生过大的热应力 热变形 引起动静摩擦 对于锅炉而言 有功功率增加过快 锅炉运行参数来不及调节 使汽温 汽压下降 造成汽轮机内部各金属部件疲劳损坏 甚至使主蒸汽带水 严重时发生对汽轮机水冲击而损坏叶片 对于发电机而言 冷态发电机 定子绕组与铁心温度低于额定值的50 并网后 立即使其带上很大的负载 定子电流增加过快 过大 定子绕组和定子铁心间会产生过大温差 从而损坏定子绕组绝缘 转子因电机容量大 绝缘厚 绕组与铁心温差加大 另外 转子正常运转时 后离心力作用压紧转子绕组与钢体紧固为整体 若有功增加过快 励磁电流相应增加也快 转子绕组受热膨胀不能自由伸展 使转子绕组绝缘损坏和发生残余变形 另外 水冷发电机组的电磁负荷较大 有功功率增加太快 对定子端部绕组造成过大冲击力 影响端部固定 同时冷台机组起动并网后 应按一定速度带初始有功 按汽轮机要求 先进行初负荷暖机和不同负荷段暖机 再逐步带上额定负荷 具体参数以厂家参数标准 发电机并网后 其无功负荷增长速度影响转子绕组绝缘 故应缓慢均匀地增加无功 接带初始无功应使功率因数值再0 85 0 95范围内 即初始无功初始有功的33 62 前者为低限 后者为高限 2 发电机负荷的调整发电机正常运行时 由于系统负荷发生变化 因此运行人员应按照给定的负荷曲线或调度命令 及时对发电机的有功和无功进行调整 对于大容量的单元机组 如300 汽轮发电机组 其有功调节是通过机组协调控制系统 CCS 数字电液调节系统 DEH 和锅炉控制器来实现 当需要增加有功时 由汽轮机值班员再CCS盘上设定目标负荷和负荷变化率 根据机组运行昂市 机炉以功率控制方式 以机为基础或以炉为基础运行方式 进行调整 例如以机为基础运行方式经有关操作由CCS控制DEH DEH改变调速汽门开度 增加有功 此时 主蒸汽压力相应降低 CCS控制锅炉控制器 锅炉控制器根据主蒸汽压力的变化调节锅炉的燃烧以恢复气压 相反 通过类似操作 使机组有功减少 事故情况下 汽轮发电机机组有功的调整或事故停机 一般仍由汽轮机值班人员进行 因涉及机 炉一系列操作 当系统或发电机发生电气故障时 由电气值班员解列机组 以保证系统稳定和发电机的安全运行 发电机无功的调整 是利用改变励磁电流来实现的 发电机由同轴直流励磁机供给励磁时 通过改变励磁机磁场变阻器阻值的大小来调整无功 采用半导体励磁的大型发电机 通过改变AVR的工作电进行无功调节 正常情况下 根据电网给定的电压曲线 由电气运行值班人员进行调整 为保证发电机和电网的稳定运行 在调整无功时 一般情况下 应保证发电机的无功与有功的比值不小于1 3 并注意并联运行机组间无功负荷的分配情况 防止机组出现无功过负荷或进相运行 运行人员在调节负荷时 应注意下列事项 1 调节幅度应控制得小些 避免被调节对象大起大落 2 调节时 必须认清被调对象的操作设备 避免弄错操作把手而造成机组异常运行 3 调节过程中 严格监视有关标计的变化 五 发电机的解列 停机操作步骤发电机解列是指将发电机与系统在电气回路上断开 停机是指发电机已解列的前提下 将机组所属电气系统和动力系统停用 发电机正常解列时 应由机炉运行人员逐步降低机组有功负荷 电气运行人员相应地降低无功负荷 尽量维持发电机地功率因数在0 85 和进行电气解列有关操作 操作的一般顺序 1 收到值长停机命令后 由机 炉值班员控制 将发电机有功功率逐渐降低 2 当发电机有功降至一定值时 将常用电源切换至备用变供电3 发电机减负荷过程中 调整冷却系统运行工况 使之适应机组负荷的变化4 发电机减有功的同时 相应减少无功负荷 保持正常的功率因数5 解列前合上主变压器中性点接地隔离开关 投入相应保护 6检查发电机有功负荷应减至最小位置 同时将发电机的无功减至07 断开发电机主断路器8 检查定子三相电流为0 断路器分闸正常9 操作AVR自动整定控制开关至最小位置10 将AVR控制方式切换开关90DC切至 手动 11 操作AVR手动调整控制开关至最小输出位置 检查发端电压正常12 断开励磁机磁场开关13 断开分闸开关 断开断路器 并检查分闸开关14 回报 五 发电机运行的监视与维护 一 发电机组运行中监视的内容与方法1 通过仪表和画面显示监视2 通过检测装置进行监视 1 转子绕组及励磁回路监视1 用电压表测量2 用磁场接地检测装置测量发电机转子和励磁机转子的绝缘 2 定子绕组绝缘监视 由电压表和切换开关组成 3 转子绕组运行温度检测 用电阻法进行测量 4 定子绕组各部位运行温度监测 通过发电机温度巡检装置的切换测量和监视画面 二 发电机运行中的检查与维护1 发电机本体的检查与维护 1 加查1 发电机运行时声音 无金属摩擦或撞击声 无异常振动现象 2 发电机运行时 检查外壳应无漏风 机壳内无烟气和放电现象3 发电机运行时 应检查机端线圈运行情况4 发电机运行时 应定期检查也为检测器内的漏水 漏油情况5 发电机运行时 应检查滑环和电刷 2 维护1 清扫脏物2 调整电刷压力3 定期测量电刷均流度4 更换电刷 4 发电机励磁系统的检查与维护 1 盘面检查 2 现场检查 检查100Hz整流柜2 检查AVR3 检查50Hz手动励磁装置4 检查励磁机运转正常5 备用机组的维护 六 发电机异常运行及事故处理 一 发电机的异常运行及处理指机组脱离正常运行状态 某些参数失调 但未造成恶果的运行方式1 发电机过负荷正常情况下 不允许过负荷 但在系统发生事故 如系统中个别机组跳闸 为维持系统静态稳定 允许发电机在短时间内过负荷运行 应注意按允许的短时间过负荷运行 不影响发电机的寿命 具体遵守制造厂规定 过负荷越高允许运行时间越短 一般在10 120秒以内 1 发电机过负荷时的现象中央信号动作 发 发电机过负荷 光字牌 并伴随警铃响 发电机定子电流指示超过额定值 发电机有功 无功超过额定值 2 发电机过负荷的处理2 发电机三相电流不平衡超限 1 发电机三相不平衡现象三相电流不相等 差值较大 负序电流指示增大 超过额定值时 发 发电机不对称过负荷 光字牌 2 产生原因非全相运行 单相负荷过大 表计故障 3 定子三相不平衡处理1 若不是表计故障 则立即降低机组负荷 降至允许值以下 并回报2 解列后出现 应立即检查断路器三相某相分闸不正常3 并列后出现 应立即检查断路器三相某相合闸不正常3 温度异常 1 现象发电机温度巡测表中绕组及铁心温度异常或超限 汽轮机盘发出 发电机温度巡检报警 及冷却介质温度报警光字牌信号 2 温度异常的处理1 若不是表计故障 应立即减负荷 降至合格范围2 检查三相电流是否平衡3 三相电压是否平衡4 是否为冷却故障5 是否为过负荷4 仪表指示异常5 发电机进相运行大多由励磁故障引起 发电机此时励磁电流较小 向系统吸收无功 又称欠励运行 1 原因低谷运行 负荷突然增加 励磁故障 2 处理1 设备造成 只要未出现振荡和失步 可适当降低有功 同时增加励磁电流 2 如由设备造成 不能恢复正常时 应及早解列3 大型发电机设计时允许 如系统需要 可进相运行二 发电机的事故处理1 定子单相接地瞬时 断续 永久 内部 外部 真接地 假接地 1 定子接地原因1 小动物2 定子绕组绝缘损坏3 定子引出线瓷瓶受潮或脏物4 水冷漏水5 主变及高压侧接地 由电压互感器高压熔断器熔断造成 开口三角型电压升高 成为假接地 如何判别真假接地 真接地 定子电压表指示接地相对地电压降低 或等于零 非接地相电压升高 大于相电压而不超过线电压 而线电压仍然平衡 假接地 相对地电压不会升高 线电压也不平衡 3 处理判明真假 中性点不接地的发电机 单相接地时 接地电流不超过允许值 2 4A 可继续运行 并查找故障和处理接地故障 若判明在机内部 则立即减负荷停机 若在机外 运行时间不超过2小时 中性点接地 经高阻接地200MW以上 发生单性接地 一般会跳闸 待机停转后 检查绝缘电阻 内部故障 电弧损坏铁心 不宜修复 同时接地电流能使铁心融化发展为相间短路假接地 应检查判明发电机压互熔断器熔断的相别 视情况 带电或停机更换 2 发电机转子接地 1 接地原因 工作人员在励磁回路 转子滑环 槽及槽口 端部 引线等绝缘损坏 绝缘老化 2 转子一点接地1 现象 警铃响 发电机一点接地 光字牌亮一点接地不形成电流回路 故障点无电流通过 励磁保持正常状态 不影响机组运行 处理 复归信号 如果能复归 则为瞬时性 若不能复归 则需通知检修人员检查转子一点接地保护是否正常 若正常 则利用转子电压表通过切换开关测量正 负极对地电压 鉴定是否接地 若发现某极对地电压降到0 另一极对地电压升高为全电压 证明发生接地处理步骤 1 检查励磁回路是否有人2 励磁回路有无明显损伤3 对有关回路检查 必要时可停用整流柜4 接地是在励磁回路还是在测量保护回路5 转子带一点接地保护运行时 若又发现欠励或失步 一般可认为一点接地已经发展为两点接地 保护应动作于跳闸 否则应立即人为停机6 若转子接地为一点稳定金属接地 且无法查明原因 应加强监视机组运行 在取得调度同意后 经转子两点接地保护作用于跳闸 并申请尽快停机 3 转子两点接地现象及处理现象 转子电流剧增 转子电压和定子电压表降低 无功明显降低 功率因数提高是指进相 转子一点接地 光子牌亮 警铃响 机组震动较大 严重可能发生失步或失磁保护跳闸 由于转子两点接地 转子接地电流增加很多 造成励磁回路设备过热甚至损坏 如果其中一接地点发生在转子绕组内部 部分转子绕组也要出现过热 另外 转子两点接地是磁场对称性破坏 故机组震动剧烈 特别是两点接地时除发出刺耳的尖叫外 发电机两端轴承间隙还可能向外喷带火苗的黑烟 为此 发电机两点接地时 应立即停机 如果一点光子牌未亮 由于层间短路因此机组震动超过允许值或转子电流明显增大时 应立即减少符合 使震动转子电流减少至允许乏味 经处理无效 申请停机 3 F发电机的非同期并列不满足同期并列条件时 人为或借助自动装置操作将发电机并入电网 是发电厂电气操作的恶性事故之一 后果非常严重 会产生非常大的合闸冲击电流 机组产生剧烈震动 绕组变形扭曲绝缘崩裂 定子绕组并头套融化 甚至烧毁 特别是大容量机组 冲击更加剧烈 引起机组于系统直接的功率振荡 因此必须防止发电机的非同期并列 1 现象 发电机定子产生巨大电流冲击 定子电流表剧烈摆动 定子电压表也随之摆动 发电机发生剧烈振动 发出轰鸣声 其节奏与摆针摆动相同 2 处理 根据事故现象正确处理 当同期条件相差不大时 发电机机组无强烈振动和轰鸣 且表计摆动能很快趋于缓和 则机组不必停机 机组会很快被拉入同步 进入稳定运行状态 若非同期并列对发电机组产生很大冲击和引起强烈的振动 表计摆动剧烈且不衰减时 应立即解列停机 待试验检查确认机组无损后 方可重新启动开机 4 发电机的失磁失去直流励磁 称为失磁 发电机失磁后 经过同步振荡进入异步运行状态 发电机在异步运行状态下 以低转差率s与电网并列运行 从系统吸收无功功率建立磁场 向系统输送一定的有功功率 是一种特殊运行方式 1 失磁原因1 励磁开路如励磁开关误跳2 转子回路断线如励磁机电枢回路断线 励磁机励磁绕组断线3 励磁机或励磁回路元件故障4 转子绕组短路5 失磁保护误动和运行人员误操作 2 现象 1 中央音响信号动作 发电机失磁 光子牌亮2 转子电流表指示等于0或接近03 转子电压表指示异常4 定子电流表指示电压升高5 定子电压降低且摆动6 无功功率表指示为负值7 有功功率指示降低且摆动 3 发电机失磁影响1 发电机失磁后 从系统吸收无功 造成系统的无功功率严重缺额 造成系统电压下降 2 对失磁机组影响 发电机失磁运行 定子电流增大 引起定子绕组温度升高 使机端漏磁增加 端部铁心 构件