汽轮电机运行课件

1、汽轮发电机运行课件汽轮发电机运行汽轮发电机运行2010.122010.12汽轮发电机运行课件资料来源资料来源 IEEEstd67-2005 汽轮汽轮发电机运行、维护导发电机运行、维护导则则 IEEEc37 102 交流交流发电机保护导则发电机保护导则 DL/T 汽轮汽轮发电机运行规程发电机运行规程 GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置继电保护和安全自动装置技术规程技术规程 DL/T 684-1999 发电机变压器组继电保护整发电机变压器组继电保护整定计算导则定计算导则汽轮发电机运行课件内容内容一一.汽轮机与发电机容量匹配汽轮机与发电机容量匹配二二.发电机发电机运行范围和监测运

2、行范围和监测三三.非额定运行非额定运行四四.发电机经济运行发电机经济运行五五.常见故障分类常见故障分类六六.发电机保护发电机保护七七.运行中各种异常情况和检查运行中各种异常情况和检查八八.安全警示安全警示汽轮发电机运行课件一一.发电机与汽轮机容量匹配发电机与汽轮机容量匹配1.单循环汽轮机：单循环汽轮机出力相对独立于环境条件的如单循环汽轮机：单循环汽轮机出力相对独立于环境条件的如温度（湿度等），发电机基本定额对应于汽轮机阀门全开温度（湿度等），发电机基本定额对应于汽轮机阀门全开(VWO) ，锅炉超压的工况。发电机容量（在额定功率因数和，锅炉超压的工况。发电机容量（在额定功率因数和最大次级冷却温度

3、时）要满足汽轮机的上述运行工况最大次级冷却温度时）要满足汽轮机的上述运行工况。2 单循环燃气轮机：单循环燃汽轮机对应不同环境温度有两单循环燃气轮机：单循环燃汽轮机对应不同环境温度有两种不同定额即基本容量和峰值容量。配此燃机的发电机也应种不同定额即基本容量和峰值容量。配此燃机的发电机也应有两个设计定额，基本容量和峰值容量。有两个设计定额，基本容量和峰值容量。燃气轮机出力是入口空气质量的函数，如果是现场入口空气燃气轮机出力是入口空气质量的函数，如果是现场入口空气，当环温增加时燃气轮机出力会下降。发电机出力必须与燃，当环温增加时燃气轮机出力会下降。发电机出力必须与燃气轮机相配匹，要大于相应环境温度时

4、燃气轮机的出力。气轮机相配匹，要大于相应环境温度时燃气轮机的出力。汽轮发电机运行课件续续3.联合循环联合循环 ：在联合循环中，从一个或几个燃机中排出的废气进入余热锅在联合循环中，从一个或几个燃机中排出的废气进入余热锅炉（炉（HRSG）产生蒸汽供给汽轮发电机，一台燃气轮机产生）产生蒸汽供给汽轮发电机，一台燃气轮机产生的余热使汽轮机功率可达燃机功率的一半左右。的余热使汽轮机功率可达燃机功率的一半左右。在多轴联合循环中：若一台燃气轮机和一台汽轮机相配则汽在多轴联合循环中：若一台燃气轮机和一台汽轮机相配则汽轮发电机的功率为燃机发电机功率的一半。若两台燃机带一轮发电机的功率为燃机发电机功率的一半。若两台

5、燃机带一台汽轮机联合运行，汽轮发电机定额等于燃气轮发电机定额台汽轮机联合运行，汽轮发电机定额等于燃气轮发电机定额。有多于两台的燃气轮机配一台汽轮机，汽轮机出力约为一。有多于两台的燃气轮机配一台汽轮机，汽轮机出力约为一台燃机出力一半乘燃机数目。台燃机出力一半乘燃机数目。在单轴联合循环布置中，燃气轮机和汽轮机共同拖动一台发在单轴联合循环布置中，燃气轮机和汽轮机共同拖动一台发电机。在单轴布置中发电机出力是燃机出力和汽轮机出力之电机。在单轴布置中发电机出力是燃机出力和汽轮机出力之和。发电机出力是燃气轮机出力的和。发电机出力是燃气轮机出力的1.5倍。倍。 汽轮发电机运行课件二二. 发电机运行范围和监测发

6、电机运行范围和监测1.额定容量：额定容量：指发电机额定点的容量包括额定电压、频率、功率因指发电机额定点的容量包括额定电压、频率、功率因数、进风温度、氢压。它是设计和比较的基准。数、进风温度、氢压。它是设计和比较的基准。2.允许运行的容量范围：允许运行的容量范围：实际上发电机很难在额定点运行，但应在给定的范围实际上发电机很难在额定点运行，但应在给定的范围内运行。指发电机上述参数均不一定在额定点，但发内运行。指发电机上述参数均不一定在额定点，但发电机各部份温度均在标准规定内的允许的运行范围。电机各部份温度均在标准规定内的允许的运行范围。一般制造厂会给出电压频率运行范围，出力图，容量一般制造厂会给出

7、电压频率运行范围，出力图，容量与进风温度曲线，冷却器进水温度与出力关系等曲线与进风温度曲线，冷却器进水温度与出力关系等曲线，在这些曲线范围内的运行都是安全的。，在这些曲线范围内的运行都是安全的。汽轮发电机运行课件关於冷却介质温度关於冷却介质温度1.初级冷却介质：无论何种冷却方式均以额定值初级冷却介质：无论何种冷却方式均以额定值400C作为设计基准和温升考核基准作为设计基准和温升考核基准 风温允许范围：空气或氢气风温允许范围：空气或氢气,开启式开启式-200C-+500C, P 200MW空冷空冷400C+-2, 氢冷氢冷450C+-2,对大容量发电机维持进风温度稳定是为了控制铜铁温对大容量发电

8、机维持进风温度稳定是为了控制铜铁温差差,减少热应力减少热应力2.次级冷却介质水温：开式次级冷却介质水温：开式5-330C ,闭式循环闭式循环380C,冷冷却器按此设计却器按此设计3.制造厂应提供初级冷却介质在允许运行范围内的出制造厂应提供初级冷却介质在允许运行范围内的出力以检查与拖动机的容量配匹是否满足要求力以检查与拖动机的容量配匹是否满足要求4.若发电机用改变氢气压力、改变功率因数、设立峰若发电机用改变氢气压力、改变功率因数、设立峰值容量等方法来与拖动机的最大容量相配匹值容量等方法来与拖动机的最大容量相配匹,需得到用需得到用户的同意户的同意汽轮发电机运行课件绝缘耐温等级与允许温度绝缘耐温等级

9、与允许温度1.绝缘耐温等级绝缘耐温等级指按过去的运行经验或承认的对比试验，证明可按指按过去的运行经验或承认的对比试验，证明可按IEC标标准规定的温升极限或最高温度可靠连续运行的等级。同步准规定的温升极限或最高温度可靠连续运行的等级。同步电机绝缘等级分为电机绝缘等级分为130（B）、）、155（F）、或）、或180（H）。）。2.允许温度与温升允许温度与温升指按指按IEC标准中规定的发电机相关部件允许的温度或温升标准中规定的发电机相关部件允许的温度或温升,它与测温方法、测温元件埋置位置、不同绝缘等级、通风它与测温方法、测温元件埋置位置、不同绝缘等级、通风结构结构等有关。大型发电机一般都降一级考核

10、等有关。大型发电机一般都降一级考核,如如F级按级按B级考核级考核,这不是提高出力留的裕度这不是提高出力留的裕度,而是确保运行安全的必而是确保运行安全的必要裕度。要裕度。3.发电机不可能按现场环境逐一对应设计发电机不可能按现场环境逐一对应设计,而是依照典型环而是依照典型环境条件作标准设计境条件作标准设计(进风温度为进风温度为400C)。如有特殊要求可采如有特殊要求可采用系列中上一挡容量来满足用系列中上一挡容量来满足汽轮发电机运行课件发电机的设计寿命发电机的设计寿命发电机设计寿命取决於温升、温差、应力和工作制发电机设计寿命取决於温升、温差、应力和工作制,除除非另有规定非另有规定,否则规定如下：否则

11、规定如下：1.燃气轮发电机每年起动允许燃气轮发电机每年起动允许500次次,设计寿命为设计寿命为20年年2.可调峰运行可调峰运行(包括两班制包括两班制)发电机发电机,寿命期内允许起动寿命期内允许起动10000次次,设计寿命为设计寿命为30年。年。3.基本负载发电机基本负载发电机,允许起动允许起动3000次次,设计寿命为设计寿命为40年。年。4.核电发电机带基本负荷核电发电机带基本负荷,寿命期内允许起动寿命期内允许起动3000次次,设设计寿命为计寿命为60年。年。无论那种工作制的发电机无论那种工作制的发电机,在寿命期内根据寿命评估可在寿命期内根据寿命评估可有计划地更换定、转子绕组等关键部件有计划地

12、更换定、转子绕组等关键部件,以保证发电机以保证发电机在寿命期内的可靠运行。在寿命期内的可靠运行。汽轮发电机运行课件运行期间电压频率变化运行期间电压频率变化汽轮发电机运行课件空载过励磁曲线空载过励磁曲线汽轮发电机运行课件出力曲线和效率曲线出力曲线和效率曲线汽轮发电机运行课件发电机发电机V型曲线型曲线 汽轮发电机运行课件发电机负载与氢气冷却器进水温度、氢气压力关系曲线发电机负载与氢气冷却器进水温度、氢气压力关系曲线 汽轮发电机运行课件配燃机发电机出力曲线配燃机发电机出力曲线汽轮发电机运行课件几点提示几点提示1.氢内泠却发电机不能在空气下带负荷运行氢内泠却发电机不能在空气下带负荷运行,空转或空转或c

13、o2下的转速不下的转速不能超过能超过50%额定转速额定转速2.发电机加载或卸载速率由拖动机决定发电机加载或卸载速率由拖动机决定3.冷却器初次通水时需注意排除管内空气，若冷却器有并联水路需冷却器初次通水时需注意排除管内空气，若冷却器有并联水路需注意各水路的流量平衡注意各水路的流量平衡4.打开氢冷电机前需确认置换巳完成打开氢冷电机前需确认置换巳完成,供氢、供供氢、供co2管路与发电机已管路与发电机已隔离，机内巳经是大气压力隔离，机内巳经是大气压力5.集电环投运前与碳刷要预磨合集电环投运前与碳刷要预磨合,电刷种类和电密要合适电刷种类和电密要合适,调整时应调整时应注意各碳刷间电流的均衡性及火花情况注意

14、各碳刷间电流的均衡性及火花情况6.氢水冷却发电机长期停运又不抽转子时应进行如下保养：定子绕氢水冷却发电机长期停运又不抽转子时应进行如下保养：定子绕组水系统通组水系统通500c水、水质不变继续循环。机内充水、水质不变继续循环。机内充0.01MP空气增压空气增压,油密封系统正常运行。每周将转子旋转油密封系统正常运行。每周将转子旋转900 。空冷发电机长期仃机应打开加热器。空冷发电机长期仃机应打开加热器。汽轮发电机运行课件发电机监测参数项目表发电机监测参数项目表序号序号监监 测测 参参 数数 的的 项项 目目记记 录录 周周 期期1有功功率有功功率连续记录连续记录2无功功率无功功率连续记录连续记录3

15、定子电压定子电压连续记录连续记录4定子电流定子电流连续记录连续记录5定子绕组温度定子绕组温度连续记录连续记录6定子铁心温度定子铁心温度连续记录连续记录7内冷水进出水温度内冷水进出水温度连续记录连续记录8内冷水流量内冷水流量连续记录连续记录9机内氢气压力机内氢气压力连续记录连续记录10氢、空侧密封油压、油温氢、空侧密封油压、油温连续记录连续记录11冷、热氢气温度冷、热氢气温度连续记录连续记录12轴瓦温度轴瓦温度连续记录连续记录汽轮发电机运行课件发电机监测参数项目表发电机监测参数项目表序号序号监监 测测 参参 数数 的的 项项 目目记记 录录 周周 期期13轴承回油温度及油量轴承回油温度及油量连续

16、记录连续记录14油密封装置油量油密封装置油量连续记录连续记录15氢气冷却器、空气冷却器、油水冷却器、水水冷却器氢气冷却器、空气冷却器、油水冷却器、水水冷却器进水温度。进水温度。连续记录连续记录16轴承室内氢气含量轴承室内氢气含量连续记录连续记录17轴颈和轴承振动值轴颈和轴承振动值连续记录连续记录18定子绕组水路及其外部内冷水系统内氢气含量定子绕组水路及其外部内冷水系统内氢气含量连续记录连续记录19封闭母线外壳内氢气含量封闭母线外壳内氢气含量连续记录连续记录20氢油间压差氢油间压差连续记录连续记录21水水冷却器及过滤器前后内冷水压力水水冷却器及过滤器前后内冷水压力每每4 h一次一次22机内氢气纯

17、度（自动分析仪）机内氢气纯度（自动分析仪）每每4 h一次一次23机内氢气定期化学分析机内氢气定期化学分析每每4 h一次一次24氢气冷却器及空气冷却器水流量氢气冷却器及空气冷却器水流量每每4 h一次一次汽轮发电机运行课件发电机监测参数项目表（续）发电机监测参数项目表（续）25定子绕组进出水压力定子绕组进出水压力每每4 h一次一次26励磁电压励磁电压每班一次每班一次27油水冷却器前后密封油温度油水冷却器前后密封油温度每班一次每班一次28内冷水化学特性内冷水化学特性每班一次每班一次29内冷水电导率（固定仪表）内冷水电导率（固定仪表）每班一次每班一次内冷水电导率（化验分析）内冷水电导率（化验分析）每周

18、至少一次每周至少一次30过滤器前后密封油压力过滤器前后密封油压力每班一次每班一次31压差阀、平衡阀跟踪情况压差阀、平衡阀跟踪情况每班一次每班一次32励磁回路绝缘电阻值励磁回路绝缘电阻值每班一次每班一次33定子绕组水路及其外部内冷水系统内氢含量（定期化验分析）定子绕组水路及其外部内冷水系统内氢含量（定期化验分析）每班一次每班一次34机内氢气湿度（定期化验分析或用仪器）机内氢气湿度（定期化验分析或用仪器）每班一次每班一次35充氢前氢气湿度（化验分析）充氢前氢气湿度（化验分析）每次充氢及补氢前每次充氢及补氢前36漏氢率及漏氢量漏氢率及漏氢量每昼夜一次及补氢每昼夜一次及补氢时时37轴振动值（定期就地测

19、量）轴振动值（定期就地测量）每周一次每周一次汽轮发电机运行课件三三.非额定运行非额定运行 非额定运行规定见非额定运行规定见JB/T 10499定义和区分：定义和区分：在设计范围内的进相运行、不平衡负荷、调峰运行应在设计范围内的进相运行、不平衡负荷、调峰运行应属于正常运行范畴。属于正常运行范畴。失步振荡、失磁运行、频率异常运行属于应避免而又失步振荡、失磁运行、频率异常运行属于应避免而又不可能完全排除的非正常运行状态。不可能完全排除的非正常运行状态。汽轮发电机运行课件我国避免电网大仃电的经验我国避免电网大仃电的经验全世界至今共发生过全世界至今共发生过23次失去功率次失去功率800万万KW的大仃电其

20、的大仃电其中中2003年年8月月14日美加大仃电损失功率日美加大仃电损失功率70000MW尤为引人尤为引人深思。深思。中国中国电力系统安全稳定导則电力系统安全稳定导則 规定的规定的三道防线三道防线：当：当线路故障跳闸引起负荷转移时，从保护线路故障跳闸引起负荷转移时，从保护/稳控技术和无功功稳控技术和无功功率储备上避免率储备上避免连锁跳闸连锁跳闸，使系统难以失稳；即使失稳，使系统难以失稳；即使失稳时，全部线路和绝大多数发电机的继电保护都不应也不会时，全部线路和绝大多数发电机的继电保护都不应也不会连锁跳闸连锁跳闸，系统都会在短时内恢复同步运行，避免出，系统都会在短时内恢复同步运行，避免出现大停电。

21、所以，近三十年来中国（除台湾一次外）都完现大停电。所以，近三十年来中国（除台湾一次外）都完全防止了重大停电。我国电网结构中跨区联网采用直流输全防止了重大停电。我国电网结构中跨区联网采用直流输电，发展先进的快速单相重合闸技术分区分层无功供应平电，发展先进的快速单相重合闸技术分区分层无功供应平衡对电网稳定作出了很大贡献。衡对电网稳定作出了很大贡献。汽轮发电机运行课件需要我们了解的知识需要我们了解的知识 发电机是电网的动力源，要保证电网安全和设备安全，还要发电机是电网的动力源，要保证电网安全和设备安全，还要保证经济运行（获取最大经济效益），要知道我们能做什么？保证经济运行（获取最大经济效益），要知道

22、我们能做什么？还要了解发电机能做什么？还要了解发电机能做什么？ 经济效益要服从安全问题。造价和安全、节能环保低碳和经济效益要服从安全问题。造价和安全、节能环保低碳和安全，最好双赢，当不能兼得时，安全稳定更重要。安全，最好双赢，当不能兼得时，安全稳定更重要。 安全分清主次，在考虑电网和设备安全问题上，要兼顾还安全分清主次，在考虑电网和设备安全问题上，要兼顾还要有所舍弃。电网安全更重要，如机组振荡立即跳机保机要有所舍弃。电网安全更重要，如机组振荡立即跳机保机组，电网就可能崩溃。组，电网就可能崩溃。 预先做好决策规划，做好事故预案，这是我们能做的。预先做好决策规划，做好事故预案，这是我们能做的。89

23、汽轮发电机运行课件发电机的性能发电机的性能 发电机应对电网扰动的能力发电机应对电网扰动的能力 1、小扰动时发电机有动态稳定能力、小扰动时发电机有动态稳定能力 2、承担三相不平衡负荷的能力、承担三相不平衡负荷的能力A）暂态故障能力突发事故承受能力）暂态故障能力突发事故承受能力B）稳态运行能力非正常运行方式）稳态运行能力非正常运行方式 3、增减有功负荷（汽轮机增减输出）、增减有功负荷（汽轮机增减输出） 4、调整无功和电压支撑（增减励磁）、调整无功和电压支撑（增减励磁） 5、突然短路能力、突然短路能力90汽轮发电机运行课件发电机组自身的局限发电机组自身的局限 耐振荡能力：机组越大能力越小耐振荡能力：

24、机组越大能力越小 调节无功能力：受到系统和厂用电压以及发电机静调节无功能力：受到系统和厂用电压以及发电机静稳能力、端部发热等的制约稳能力、端部发热等的制约 承担负序能力：转子表面过热不论暂态还是稳承担负序能力：转子表面过热不论暂态还是稳态态 短路电流能力：机组越大相对能力越小（标幺值）短路电流能力：机组越大相对能力越小（标幺值）91汽轮发电机运行课件失磁异步运行的有关规定失磁异步运行的有关规定 汽轮发电机失磁异步运行的能力及限制，很大程度上与电汽轮发电机失磁异步运行的能力及限制，很大程度上与电网容量、机组容量、有否特殊设计等有关。网容量、机组容量、有否特殊设计等有关。 通常发电机的设计本身允许

25、作短时失磁异步运行：通常发电机的设计本身允许作短时失磁异步运行： 对间接冷却的发电机在定子电压接近额定值时，可带到对间接冷却的发电机在定子电压接近额定值时，可带到0.6倍的额定有功功率，此时定子电流不超过倍的额定有功功率，此时定子电流不超过1.01.1倍倍额定值，失磁异步运行不超过额定值，失磁异步运行不超过20min； 直接冷却的直接冷却的300MW及以下发电机组可以在失磁后及以下发电机组可以在失磁后60s内内减负荷至额定有功功率的减负荷至额定有功功率的60，90s内降至内降至40，在额，在额定定子电压下带定定子电压下带0.4倍额定有功，定子电流不超过倍额定有功，定子电流不超过1.01.1倍时

26、，发电机总的失磁运行时间不超过倍时，发电机总的失磁运行时间不超过15min。 600MW及以上机组的允许运行时间和减负荷方式由用及以上机组的允许运行时间和减负荷方式由用户与制造厂协商决定。户与制造厂协商决定。 水轮发电机一般不宜失磁运行。水轮发电机一般不宜失磁运行。92汽轮发电机运行课件发电机失磁异步运行的安全限制条件发电机失磁异步运行的安全限制条件 发电机在具备如下条件时通常可以进入短时异步运行：发电机在具备如下条件时通常可以进入短时异步运行： 电网有足够的无功容量维持合理的电压水平；电网有足够的无功容量维持合理的电压水平； 机组能迅速减少负荷（应自动进行）到允许水平；机组能迅速减少负荷（应

27、自动进行）到允许水平； 发电机带的厂用供电系统可以自动切换到另一个电源，发电机带的厂用供电系统可以自动切换到另一个电源，如果在规定的短时运行时间内不能恢复励磁，则机组应如果在规定的短时运行时间内不能恢复励磁，则机组应当与系统解列；当与系统解列； 失磁后是立即解列还是允许机组快速减负荷并短时运行，失磁后是立即解列还是允许机组快速减负荷并短时运行，应当根据电网和机组的实际情况综合考虑。电网调度机应当根据电网和机组的实际情况综合考虑。电网调度机构应当与电厂就具体机组失磁后可能的运行方式达成协构应当与电厂就具体机组失磁后可能的运行方式达成协议。议。93汽轮发电机运行课件汽轮发电机耐振荡能力汽轮发电机耐

28、振荡能力 振荡基本概念振荡基本概念 当发电机带励磁失步时，失步表示转速离开额定值，带励当发电机带励磁失步时，失步表示转速离开额定值，带励磁表示发电机发出有功和无功，但电流偏离磁表示发电机发出有功和无功，但电流偏离50Hz，电网，电网还是还是50Hz，等于两个不同频率正弦函数相加，先从数学，等于两个不同频率正弦函数相加，先从数学上看看变成什么函数：上看看变成什么函数： 发出电流频率与电网不同的结果是产生差拍振荡，电流幅发出电流频率与电网不同的结果是产生差拍振荡，电流幅值等于原电流的两倍，振荡频率等于两个正弦函数频率之值等于原电流的两倍，振荡频率等于两个正弦函数频率之差差。)sin()(2sins

29、inBABA94汽轮发电机运行课件发电机发电机E电力系统电力系统Un当发电机当发电机E频率与电力系统频率与电力系统U频率不等时，产生频率不等时，产生差拍振荡。差拍振荡。振荡振荡UmaxEU，振荡，振荡UminEU，振荡的，振荡的频率频率ffEfU的差值。的差值。振荡电流最大值：振荡电流最大值： Imax= (EU ) / z振荡电流最小值：振荡电流最小值： Imin= ( EU ) / z例如：当频率差为例如：当频率差为1时（如时（如5049），振荡频），振荡频率就是率就是1Hz，即每秒钟一次。特征明显。，即每秒钟一次。特征明显。95汽轮发电机运行课件失稳振荡保护原则失稳振荡保护原则汽轮发电机

30、运行课件振荡的危害振荡的危害1发电机端部松动发电机端部松动 电流超额定值，即振荡期间有电流冲击，而绕组端部的电流超额定值，即振荡期间有电流冲击，而绕组端部的受力与电流的平方成正比，若电流小于受力与电流的平方成正比，若电流小于70的三相短路的三相短路电流，最大受力就小于三相短路时的电流，最大受力就小于三相短路时的1/2，仍可能破坏发，仍可能破坏发电机绕组端部的紧固性。电机绕组端部的紧固性。 正常运行时定子绕组端部处于长期的正常运行时定子绕组端部处于长期的100Hz振动力作用振动力作用下，若因过流冲击产生结构松弛，固有频率也会随之改下，若因过流冲击产生结构松弛，固有频率也会随之改变，可能出现共振，

31、即使没形成整体共振，松弛现象也变，可能出现共振，即使没形成整体共振，松弛现象也必然逐渐加重，最后是绝缘磨损和短路接地。必然逐渐加重，最后是绝缘磨损和短路接地。97汽轮发电机运行课件振荡的危害振荡的危害2对转子轴的伤害对转子轴的伤害 振荡时发电机发出的有功功率呈周期性变化，其最大值可达振荡时发电机发出的有功功率呈周期性变化，其最大值可达额定值的额定值的2倍，即转子大轴上产生周期性过负荷的扭转应力倍，即转子大轴上产生周期性过负荷的扭转应力变化，这种周期性应力变化的影响在金属材料上是累积的，变化，这种周期性应力变化的影响在金属材料上是累积的，可以造成金属材料的寿命损失，积累到一定程度就产生金属可以造

32、成金属材料的寿命损失，积累到一定程度就产生金属疲劳断裂。疲劳断裂。 研究表明：汽轮发电机承受振荡的能力，主要由转子大轴轴研究表明：汽轮发电机承受振荡的能力，主要由转子大轴轴系寿命损失的程度决定。所以在制定有关发电机运行的标准系寿命损失的程度决定。所以在制定有关发电机运行的标准时，限制条件是轴系的规定。时，限制条件是轴系的规定。98汽轮发电机运行课件为什么大机组的问题更严重为什么大机组的问题更严重 发电机容量越大，额定电流越大。电流产生的电磁发电机容量越大，额定电流越大。电流产生的电磁力大小与电流的平方成正比关系，电流大产生的机力大小与电流的平方成正比关系，电流大产生的机械力冲击就更大得多，而汽

33、轮发电机受转子离心力械力冲击就更大得多，而汽轮发电机受转子离心力限制，转轴直径不能无限继续增大，转轴的强度也限制，转轴直径不能无限继续增大，转轴的强度也就不能随机组增大而增加，就使大机组耐振荡能力就不能随机组增大而增加，就使大机组耐振荡能力较弱。更易于在振荡之后产生大轴断裂问题。较弱。更易于在振荡之后产生大轴断裂问题。 单机容量占电网容量的比重越大，振荡对电网其他单机容量占电网容量的比重越大，振荡对电网其他机组的冲击也越大。处理不当更可能造成连锁反应。机组的冲击也越大。处理不当更可能造成连锁反应。99汽轮发电机运行课件振荡电流造成的发电机附加发热问题振荡电流造成的发电机附加发热问题 发电机定子

34、允许过流公式：发电机定子允许过流公式： 容量在容量在1200MVA及以下，电机允许的过电流时间与过电及以下，电机允许的过电流时间与过电流倍数以下式表示：流倍数以下式表示： （I2-1）t=37.5s 研究表明：设发电机变压器组高压侧短路电流约为额定电流研究表明：设发电机变压器组高压侧短路电流约为额定电流的的2.5倍，如果振荡电流幅值等于高压侧短路电流，则定子绕倍，如果振荡电流幅值等于高压侧短路电流，则定子绕组发热允许时间为组发热允许时间为17.6秒。即持续十几秒的振荡造成的绕组秒。即持续十几秒的振荡造成的绕组过热在允许值内。过热在允许值内。100汽轮发电机运行课件振荡的应对措施振荡的应对措施

35、300MW及以上大机组需要限制带励磁失步的时间，通及以上大机组需要限制带励磁失步的时间，通常用振荡周期考核，目前规定在振荡电流低于三相短路常用振荡周期考核，目前规定在振荡电流低于三相短路电流的电流的70以下时，允许振荡以下时，允许振荡520个振荡周期，要求制个振荡周期，要求制造厂提供此判据，主要依据是轴系的强度设计。有时需造厂提供此判据，主要依据是轴系的强度设计。有时需要进行计算机的仿真计算。要进行计算机的仿真计算。 当振荡起因为发变组内部故障时，应立即与电网解列，当振荡起因为发变组内部故障时，应立即与电网解列，即清除振荡源，保机组也保电网。即清除振荡源，保机组也保电网。 延迟几个振荡周期是为

36、保电网，机组则承担有限损失。延迟几个振荡周期是为保电网，机组则承担有限损失。101汽轮发电机运行课件 频率异常是电网的常见故障。频率异常是电网的常见故障。 电能主要指标：电压、波形、频率电能主要指标：电压、波形、频率 国内外多次电网崩溃事故与发电机与电网之间的频率不一致国内外多次电网崩溃事故与发电机与电网之间的频率不一致引起。引起。 1999年夏季台湾全岛大停电是典型事故。年夏季台湾全岛大停电是典型事故。 南北负荷和电源分布差异。南北负荷和电源分布差异。 当连接线断了以后，电源区域负荷不足电网频率过高只能当连接线断了以后，电源区域负荷不足电网频率过高只能甩一些发电机；而负荷区域失去足够电压支撑

37、只能甩一些发电机；而负荷区域失去足够电压支撑只能“低周低周减载减载”，结果是崩溃。，结果是崩溃。 频率异常问题是网机协调关系既要保电网又要保设备的典型频率异常问题是网机协调关系既要保电网又要保设备的典型问题。目前研究比较成熟，有结论性意见。问题。目前研究比较成熟，有结论性意见。102汽轮发电机运行课件汽轮发电机运行课件续汽轮发电机运行课件发电机组频率异常的影响发电机组频率异常的影响 同步发电机本身对频率的适应性很宽，偏离额定同步发电机本身对频率的适应性很宽，偏离额定值使运行效率下降，但短期的偏离不足以威胁设值使运行效率下降，但短期的偏离不足以威胁设备安全。备安全。 美国的电力系统采用美国的电力

38、系统采用60Hz工频，我国为工频，我国为50Hz工频，在引工频，在引进美国大型发电机制造技术时，初期的进美国大型发电机制造技术时，初期的300MW和和600MW汽轮发电机建立在汽轮发电机建立在60Hz基础上。长期偏离额定频率运行基础上。长期偏离额定频率运行属非标准设计，可能出问题。属非标准设计，可能出问题。 山东石横电厂山东石横电厂330MW全氢冷汽轮发电机是引进西屋技全氢冷汽轮发电机是引进西屋技术第一台机，运行中引线因共振过大造成疲劳断裂。术第一台机，运行中引线因共振过大造成疲劳断裂。专家分析是原机可以避开专家分析是原机可以避开60Hz电流系统的共振，但电流系统的共振，但50Hz没有避开。经

39、查国际上同样情况的多台发电机均没有避开。经查国际上同样情况的多台发电机均出事。出事。 偏离额定频率短时运行的限制因素在于汽轮机末级叶片，偏离额定频率短时运行的限制因素在于汽轮机末级叶片，必须避免叶片产生谐振。必须避免叶片产生谐振。105汽轮发电机运行课件频率范围频率范围（Hz）允许运行时间允许运行时间累计（累计（min）每次（每次（sec）51.0以上以上51.5303050.5以上以上51.018018048.550.5连续运行连续运行48.5以下以下48.030030048.0以下以下47.5606047.5以下以下47.0102047.0以下以下46.525 频率异常允许运行时间频率异常

40、允许运行时间106汽轮发电机运行课件对频率异常允许运行时间的说明对频率异常允许运行时间的说明 耐频率异常能力由汽轮机而不是发电机决定。耐频率异常能力由汽轮机而不是发电机决定。 汽轮机的问题集中在末级叶片的固有频率，每台汽汽轮机的问题集中在末级叶片的固有频率，每台汽轮机取决于设计要求，不可能一致。轮机取决于设计要求，不可能一致。 由于产生的是机械方面的影响，效果是累积的，故由于产生的是机械方面的影响，效果是累积的，故规定了每种频率范围下每次允许时间，还要规定累规定了每种频率范围下每次允许时间，还要规定累计时间。计时间。 上表产生基础：美国西部大电网大停电事故以后，上表产生基础：美国西部大电网大停

41、电事故以后，西北系统协调委员会（西北系统协调委员会（WSCC)、北美电力可靠性委、北美电力可靠性委员会（员会（NERC), IEEE, CIGRE和和EPRI等组织进行了等组织进行了大量网机关系问题研究，其中防止频率异常造成电大量网机关系问题研究，其中防止频率异常造成电网事故的研究结果。网事故的研究结果。107汽轮发电机运行课件对频率异常运行的有关规定对频率异常运行的有关规定 已经形成标准，如：已经形成标准，如： DL/T 970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则及维护导则 JB/T10499-2005透平型发电机非正常运行工况设透平型发电机非正常

42、运行工况设计和应用导则计和应用导则 因为涉及制造，故适用大型（因为涉及制造，故适用大型（300MW以上）新机组。以上）新机组。 发电机应装设低频保护，保护动作于信号并有低频累计发电机应装设低频保护，保护动作于信号并有低频累计时间显示。低频保护的跳闸设定应与制造厂协商并符合时间显示。低频保护的跳闸设定应与制造厂协商并符合相关标准。相关标准。 运行中措施是调度和运行人员在管理层面的，如紧急情运行中措施是调度和运行人员在管理层面的，如紧急情况下的低周减载。况下的低周减载。108汽轮发电机运行课件四四.发电机经济运行发电机经济运行氢气纯度对发电机效率的影响氢气纯度对发电机效率的影响 氢气纯度下降则气体

43、密度增加，可引起通风损耗氢气纯度下降则气体密度增加，可引起通风损耗增加，即发电机的效率下降，最终使得电厂的经增加，即发电机的效率下降，最终使得电厂的经济利益受到一定影响。济利益受到一定影响。 当氢气纯度从额定值下降一个很小的百分数时，当氢气纯度从额定值下降一个很小的百分数时，对发电机的安全性应不存在任何不利影响，但对对发电机的安全性应不存在任何不利影响，但对经济性的影响则是不可忽视的。经济性的影响则是不可忽视的。 国外有详细的分析研究，对维持高纯度氢气运行国外有详细的分析研究，对维持高纯度氢气运行的要求非常迫切。的要求非常迫切。汽轮发电机运行课件国外发电机的分析研究实例国外发电机的分析研究实例

44、氢气纯度下降引起发电机风摩损耗增加的关系曲线，氢气纯度下降引起发电机风摩损耗增加的关系曲线，kWkW氢气纯度，氢气纯度，汽轮发电机运行课件国内国内600MW发电机的情况发电机的情况 从图中曲线可以得出从图中曲线可以得出800MW和和400MW发电机的风摩损耗与发电机的风摩损耗与纯度的关系：纯度的关系： 800MW发电机，纯度下降发电机，纯度下降1，损耗增加，损耗增加366kW 400MW发电机，纯度下降发电机，纯度下降1，损耗增加，损耗增加107kW 很容易得出很容易得出600MW发电机风摩损耗与纯度的关系：发电机风摩损耗与纯度的关系： 600MW发电机纯度下降发电机纯度下降1，损耗增加，损耗

45、增加240kW 按照国外文献的算法，纯度从额定的按照国外文献的算法，纯度从额定的98下降到下降到95，下降，下降3，燃料消耗不变但发电机损耗增加了，燃料消耗不变但发电机损耗增加了720kW 按按kWh电力电力0.3元上网电价计算，一台机组年运行元上网电价计算，一台机组年运行6000h，氢，氢气纯度上的节能潜力约为气纯度上的节能潜力约为130万元。万元。汽轮发电机运行课件氢气纯度与电厂的经济效益直接挂钩氢气纯度与电厂的经济效益直接挂钩 电厂通常有多台电厂通常有多台600MW发电机，如果氢气纯度都常年在发电机，如果氢气纯度都常年在9596%运行，与运行，与99纯度比较，差了纯度比较，差了34，损失

46、电功，损失电功率完全是在不知不觉之中失去的，很容易被人们忽略。率完全是在不知不觉之中失去的，很容易被人们忽略。 计算取年运行计算取年运行6000h是理想数据，是理想数据，2008年中电联统计显示，年中电联统计显示，600MW及以上机组平均年运行小时数不到及以上机组平均年运行小时数不到5000h，上网电价，上网电价各地区也差异很大，因此上面计算的经济效益数不准，但可各地区也差异很大，因此上面计算的经济效益数不准，但可以肯定说绝不是个小数目。以肯定说绝不是个小数目。 目前我国在运行的目前我国在运行的600MW发电机组约有发电机组约有350台，能够长期保台，能够长期保持氢气纯度在持氢气纯度在98%以

47、上的是少数。按平均每台机每年损失以上的是少数。按平均每台机每年损失100万元计算，全国每年为此损失约万元计算，全国每年为此损失约3.5亿元。亿元。汽轮发电机运行课件发电机负荷偏离额定值运行使效率变低发电机负荷偏离额定值运行使效率变低 发电机的设计原则是最大运行效率点处于额定值上：额定氢发电机的设计原则是最大运行效率点处于额定值上：额定氢气压力（影响散热）、额定氢气纯度（影响散热）、额定电气压力（影响散热）、额定氢气纯度（影响散热）、额定电压（决定铁心损耗大小）、额定电流（决定铜损大小），额压（决定铁心损耗大小）、额定电流（决定铜损大小），额定功率因数等，任一个参数偏离额定值就不再是设备说明书定

48、功率因数等，任一个参数偏离额定值就不再是设备说明书中的效率值了（中的效率值了（600MW发电机通常为发电机通常为98.94)。600MW发发电机负荷电机负荷50%比比80%的损耗大的损耗大420kw。 电机设计理论：效率随负荷变化的曲线为抛物线，抛物线的电机设计理论：效率随负荷变化的曲线为抛物线，抛物线的顶点处于铜损铁损时，铁损称为不变损耗。铜损顶点处于铜损铁损时，铁损称为不变损耗。铜损I2R，与，与电流的平方成正比，负荷总在变化，所以是可变损耗。电流的平方成正比，负荷总在变化，所以是可变损耗。 低负荷下电流明显减小，效率也明显下降。汽车有个经济速低负荷下电流明显减小，效率也明显下降。汽车有个

49、经济速度，发电机也有个经济运行范围。低负荷时效率较低。度，发电机也有个经济运行范围。低负荷时效率较低。汽轮发电机运行课件如何做到发电机的经济运行如何做到发电机的经济运行 尽可能接近额定条件，额定功率运行，特别是氢气压力、尽可能接近额定条件，额定功率运行，特别是氢气压力、氢气纯度应接近额定值氢气纯度应接近额定值 不允许低氢压运行，即使空载、轻载也不行，目前没有实不允许低氢压运行，即使空载、轻载也不行，目前没有实时测温手段，低氢压很容易使转子绕组过热。时测温手段，低氢压很容易使转子绕组过热。 定子水内冷水量应随负荷自动调节，氢气冷却器水量应随定子水内冷水量应随负荷自动调节，氢气冷却器水量应随冷却器

50、进水温度自动调节冷却器进水温度自动调节,这样控制由铜铁温差起的应力和这样控制由铜铁温差起的应力和损坏损坏,对减少维修延长寿命是重要的对减少维修延长寿命是重要的 一台一台600MW若带负荷若带负荷50%、氢气纯度、氢气纯度95%运行一年，按运行一年，按kWh电力电力0.3元上网电价计算，年运行元上网电价计算，年运行6000h，节能潜力约，节能潜力约为为205万元，经济利益是十分可观的。万元，经济利益是十分可观的。 榔榔汽轮发电机运行课件五五.常见故障分类常见故障分类定子常见故障分析定子常见故障分析汽轮发电机运行课件读汽轮发电机运行课件转子常见故障分析转子常见故障分析汽轮发电机运行课件续续汽轮发电机运行课件辅助系统常见故障分析辅助系统常见故障分析汽轮发电机运行课件续续汽轮发电机运行课件六六.发电机继电保护和自动装置发电机继电保护和自动装置 1.发电机继电保护和自动装置按发电机继电保护和自动装置按GB/T14285执行，执行，该标准规定了发电机、变压器、电动机、断路器、该标准规定了发电机、变压器、电动机、断路器、线路、电力电容器、并联电抗器、直流输电系线路、电力电容器、并联电抗器、直流输电系 的保护要求。的保护要求。 2.继电保护