第九章_同步发电机的运行ppt课件

第九章同步发电机的运行 主讲人 齐郑qizheng319 NorthChinaElectricPowerUniversity 问题 同步发电机的工作原理 同步发电机如何启动 同步发电机正常运行 过负荷运行 异步运行 进相运行 过励磁运行各有何特点 NorthChinaElectricPowerUniversity 第九章同步发电机的运行 基本要求1 大型同步发电机参数的特点2 汽轮发电机和水轮发电机参数的特点2 发电机的P Q图及正常运行特性3 同步发电机的异步运行 不对称运行 进相运行 过励磁运行的特性 NorthChinaElectricPowerUniversity 一 同步发电机的基本知识 按原动机分类 汽轮发电机水轮发电机燃气轮发电机柴油发电机 按冷却介质分类 空气冷却氢气冷却水冷却 按主轴安装方式分类 卧式安装立式安装 按主体结构分类 旋转电枢式旋转磁极式 1 同步发电机的类型 NorthChinaElectricPowerUniversity 2 同步发电机的原理性结构 1 定子 定子铁心 定子绕组 1 定子铁心 采用导磁材料 一般为硅钢片 内圆均匀开槽 2 定子绕组 共有A B C三相绕组对称地放置在定子铁心槽内 用于产生三相感应电动势 接上负载后 向负载输出三相对称交流电流 NorthChinaElectricPowerUniversity 2 转子部分 主要包括转子铁心和励磁绕组 1 转子铁心 采用导磁材料 一般由整块钢制成或由钢板叠压而成 2 励磁绕组 缠绕在转子磁极铁心上 通入直流电流 产生励磁磁场 3 气隙 定子与转子之间的空隙 NorthChinaElectricPowerUniversity 1 感应电动势 1 感应电动势的产生 励磁磁场随转子旋转 切割定子绕组 2 感应电动势的频率 3 感应电动势的波形 正弦变化 4 感应电动势的对称性 三相绕组在空间上相差120度 感应电动势相位互差120度 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的基本工作原理 2 三相负载电流与电磁转矩 三相对称电流产生旋转磁场 该磁场与转子励磁磁场作用 产生电磁转矩 其方向与转子旋转方向相反 为制动转矩 原动机要克服电磁转矩做功 实现从机械能转换为电能 NorthChinaElectricPowerUniversity 4 汽轮发电机与水轮机结构简介 汽轮发电机 转速高 一般3000r min 无明显突出磁极 励磁绕组放在转子槽内 水轮发电机 转速较低 极数多 励磁绕组套在转子磁极上 NorthChinaElectricPowerUniversity 5 发电机的励磁系统 为同步发电机提供励磁电流 励磁方式 直流励磁机 交流励磁机 静止励磁方式 交流励磁机静止整流器励磁方式 有刷 交流励磁机旋转整流器励磁方式 无刷 NorthChinaElectricPowerUniversity 采用自励恒压中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图 NorthChinaElectricPowerUniversity 采用永磁式中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图 NorthChinaElectricPowerUniversity 无刷励磁系统原理图 NorthChinaElectricPowerUniversity 自并励励磁系统原理图 NorthChinaElectricPowerUniversity 汽轮发电机组 定子发出三相100HZ交流电流 可控硅整流 同步发电机励磁绕组 永磁副励磁机 定子发出三相400 500HZ交流电流 可控硅整流 主励磁机转子绕组 主励磁机 NorthChinaElectricPowerUniversity 6 发电机的启动 锅炉点火升温升压汽轮机暖管升速至额定转速低速暖机校核发电机具备并网条件 NorthChinaElectricPowerUniversity 发电机的启动 冷备用状态检修人员已向运行人员办理了工作票终结手续 全部检修人员已撤离现场 在此工作 牌已全部除去 常设遮拦恢复并挂上 高压 生命危险 标志 所有接地措施均已解除 各部分绝缘电阻测量合格 检修状态发电机处于停止状态 有关电源 出线 励磁系统 电压互感器 及所有的操作电源均已隔绝 并按电气工作票的要求执行安全措施 如在规定部位挂上接地线或合上接地隔离开关 一 二次设备把手上挂好 有人工作 禁止合闸 牌 各有关检修现场已挂上 在此工作 牌 NorthChinaElectricPowerUniversity 发电机的启动 热备用状态除高压断路器未合外 所有的一 二次设备 包括合上应投入运行设备的隔离开关 电压互感器的初 次级 励磁系统已改至热备用 操作能源已投入 均已投运 运行状态将高压断路器合上 即机组与主系统并列 NorthChinaElectricPowerUniversity 锦州发电机的冷启动规程 备用变向厂用电系统供电 锅炉点火 汽轮机冲转 电液调速打到低转速档 在达到500转 分前 每分钟增加100转 之后 在达到1000转 分时检查机组的振动等情况 暖机半小时 在达到2800转前 每分钟增加800转 迅速超过临界转速 在达到2800转 分后 电液调速打到高速档 每分钟增加50转 在转速稳定后准备同期并网 自动励磁投入 手动调节励磁 当转速 电压幅值 相角差符合要求时并网运行 发电机接带负荷 增大汽门 同时增加发电机的有功和无功输出 直到达到稳定运行状态 NorthChinaElectricPowerUniversity 7 发电机中性点接地方式 采用非直接接地方式 不接地 经消弧线圈接地 经高阻抗接地 发电机绕组发生单相接地故障时 接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路连接元件 主母线 厂用分支 主变压器低压绕组等 的对地电容电流 该电流超过允许值将烧伤定子铁芯 进而损坏定子绕组的绝缘 引起匝间或相间的短路 NorthChinaElectricPowerUniversity 中性点不接地方式 适用于单相接地电流不超过允许值的125MW及以下中小机组 发电机中性点应装设电压为额定相电压的避雷器 防止三相进波在中性点反射引起过电压 有发电机电压架空直配时线时 在发电机出线端应装设电容器和避雷器 以削弱进入发电机的冲击波陡度和幅值 NorthChinaElectricPowerUniversity 经消弧线圈接地方式 适用于单相接地电流超过允许值的中小机组或要求能带单相接地故障运行的200MW及以上的大机组 对具有直配线的发电机 消弧线圈可直接接在发电机的中性点 也可接在厂用变压器的中性点 并宜采用过补偿方式 对单元接线的发电机 消弧线圈应接在发电机的中性点 并宜采用欠补偿方式 补偿后的单相电流小于1A 可不跳闸停机 仅作用于信号 提高供电的可靠性 NorthChinaElectricPowerUniversity 经高电阻接地方式 适用于200MW及以上的大机组 具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0 配电变压器或电压互感器 接入中性点 电阻接在变压器的二次侧 接地变压器的一次电压取发电机的额定电压 二次电压可取100V或220V 接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜 部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻 发电机经高电阻接地后 发电机单相接地故障时可限制健全相的过电压不超过2 6倍额定相电压 限制接地故障电流不超过10 15A 为定子接地保护提供电源 便于测量 发生单相接地时 总的故障电流不宜小于3A 以保证接地保护不带时限立即跳闸 NorthChinaElectricPowerUniversity 8 发电机的冷却方式 NorthChinaElectricPowerUniversity 二 同步发电机的参数及其额定值 125MW同步发电机的主要技术参数 额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据 NorthChinaElectricPowerUniversity 300MW同步发电机的主要技术参数 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机运行参数 同步发电机的额定参数电压 电流 功率 功率因数 转速 励磁电流 励磁电压 长期容许温度 冷却介质温度等 额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据 发电机运行规程的原则在运行中不要发生电气损坏 机械故障和缩短寿命 即定子绕组 转子绕组 铁心温度都不超过容许值 各部分产生的应力都不超过容许限度 发电机可以在各个运行参数不同于额定值时运行 NorthChinaElectricPowerUniversity 冷却介质不同于额定值时对额定容量的影响 冷却介质温度不同于额定值 容许负荷会增减 定子绕组和转子绕组温度不超过容许值 冷却介质温度低于额定值 发电机按转子电流容许增大的倍数提高出力 冷却介质温度高于额定值 发电机按定子电流限制来减少出力 冷却介质温度比额定值每低1度所增加的电流倍数小于冷却介质比额定值每高1度所降低的电流倍数 NorthChinaElectricPowerUniversity 端电压不同于额定值时发电机运行 发电机端电压在额定电压 5 变动 发电机可以保持额定出力不变 定子电压降低5 定子电流增加5 定子电压增加5 定子电流降低5 定子电压低于95 定子电流不超过额定值的5 发电机降低出力 定子电压高于105 端电压最高和最低限值为额定值的110 90 NorthChinaElectricPowerUniversity 频率和功率因数不同于额定值时发电机运行 运行频率在 0 5HZ变化 容许发电机保持额定出力不变 频率高于额定值 转子机械强度限制 发电机效率下降 频率低于额定值 发电机各部分温度升高 汽轮机叶片易损坏 发电机容许在不同于额定功率因数运行 定子电流不超过容许值 高于额定值 转子电流不超过容许值 低于额定值 满足稳定极限 进相运行 NorthChinaElectricPowerUniversity 大型发电机参数变化对电力系统影响 有效材料利用提高 采用直接冷却系统 大型发电机 参数变化趋势 阻抗值增大 机械时间常数降低 线路不长 阻抗增大 静态稳定储备降低 最大电磁转炬与发电机电抗成反比 阻抗增大 机械时间常数与临界切除时间的平方成正比 机械常数降低 暂态稳定性能下降 合理选择和整定励磁控制的参数 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的正常运行 发电机正常运行属于容许长期连续运行的工作状态 发电机的有功负荷 无功负荷 电压 电流等都在容许范围以内 是最常见的额定工作状态 发电机容许运行范围取决于四个条件 1 原动机额定功率大于或等于发电机额定功率2 定子发热决定发电机额定容量3 转子发热决定发电机磁场和励磁机的最大励磁电流4 进相运行时发电机有功输出受到静态稳定限制 NorthChinaElectricPowerUniversity 发电机的容许运行范围 定子额定电流 转子额定电流 电流有功分量 电流无功分量 转子电流限制 定子电流限制 原动机额定出力限制 静态稳定运行限制 NorthChinaElectricPowerUniversity 凸极机的容许运行 凸极机与隐极机的安全运行极限基本相同 1 2 3条 在进相运行时 凸极机的安全运行极限比隐极机的大 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的正常运行特性1 调整有功功率 维持励磁不变 改变进汽门或导水翼 有功增加 无功减少 发电机稳定运行下有功增加的极限为静态稳定极限 增加励磁电流可以增大静态稳定极限 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的正常运行特性2 调整励磁 维持有功不变 改变发电机转子电流 发电机处于过励状态 向系统输出无功 励磁电流越大 向系统输出的无功和定子电流越大 发电机处于欠励状态 向系统吸收无功 励磁电流越小 向系统输出的无功和定子电流越大 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的非正常运行1 最常见的非正常工作状态 过负荷 异步运行 不对称运行 电力系统发生故障 发电机定子或转子短时过负荷 电机绕组可能会超过容许限度 过负荷持续时间 发电机冷却方式 只有在事故情况下 当系统必须切除部分发电机或线路时 为防止系统静态稳定破坏 保证连续供电 才能容许发电机短时过负荷 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的非正常运行2 励磁系统故障 误切励磁开关而失去励磁 由于短路使发电机失步 发电机异步运行 发电机超出同步转速运行 发电机转子和定子旋转磁场出现相对运动 在转子绕组 阻尼绕组等感应出频差交流电流 发电机向系统输出有功 转速增大至制动异步转矩与旋转转矩相等 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的非正常运行2 发电机异步运行 从系统吸收大量无功功率 发电机端电压及附近电压下降 所需无功功率与发电机电抗和转差率有关 汽轮发电机 有阻尼绕组的水轮发电机 电抗大 转差率小 无阻尼绕组的水轮发电机 短时间 15 30min 的异步运行是容许的 转差率小 阻尼绕组有过热危险 容许几秒钟异步运行 转速增大 负荷减少为零 必须与系统断开 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的非正常运行3 负荷不对称 电气机车 电弧炉 输电线路不对称 断线 发电机不对称运行 定子绕组额外产生负序电流 转子过热 机械振动 转子发热严重 汽轮发电机 机械振动不大 转子发热小 机械振动较大 水轮发电机 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的非正常运行3 发电机不对称运行 长时间运行 短时间运行 长时间容许负荷决定于三条件 负荷最重相定子电流不超过发电机额定电流 转子最热点温度不超过容许温度 不对称运行时的机械振动不超过容许范围 短时间容许负荷决定于短路中负序电流所引起的温升 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的进相运行 进相运行 定子电流超前端电压 发电机欠励磁运行 向系统提供有功功率 向系统吸收无功功率 电磁参数对称 保持同步转速 1 发电机端部的漏磁较迟相运行时增大 会造成定子端部铁心和金属结构件的温度增高 甚至超过容许的温度限值 2 进相运行的发电机与电力系统之间并列运行的稳定性较迟相运行时降低 可能在某一进相深度达到稳定极限而失步 进相运行时的有功功率和无功功率是有限制的 特点 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的进相运行 定子绕组温升限制 转子绕组温升限制 定子端部温升限制 外阻抗为零时的静稳定极限 外阻抗不为零时的静稳定极限 NorthChinaElectricPowerUniversity 同步发电机的进相运行 1 带自动电压调节器后 进相能力明显增加2 发电机短路比大 进相能力强3 发电机与系统连接紧密时 进相能力强 边远地区孤立电厂的进相能力弱 甚至不能进相4 系统电压越高 无功储备越大 则发电机进相