火电机组集控运行教科书

1、第一章汽轮发电机第一节概述同步发电机是生产电能的基本设备, 是电网的心脏 , 它的运行可靠性直接影响电网运行及向用户安全、经济地供电。运行中的发电机、绕组和铁芯都要发热, 所产生的热量和电机的输出功率有着密切的关系。电机的输出功率越大, 其发热量也越多, 当超过额定值时, 便会使电机的温度过高而超过绝缘允许值。反之, 人为地提高和增大冷却的效果, 使冷却介质在相同时间内带走更多的热量, 则发电机输出的功率就越大。由此可见, 电机的冷却能力在一定程度上影响了发电机出力的大小。当今世界上大容量发电机组采用的冷却方式通常有三种 : 全氢冷方式 ; 定子绕组水内冷 , 其余为氢冷 ( 水氢氢 ) 方式

2、 ; 双水内冷 ( 水水空 ) 方式。我国目前生产的 3 MW 发电机多采用后两种, 表 3-1-l 给出了目前我国三大电机厂所生产的 3 MW 汽轮发电机的主要额定参数。该表表明,QmNJ -2 型汽轮发电机都是水氢氢冷却方式 , 即定子绕组为水内冷, 转子绕组为氢内冷, 定子铁芯为氢表冷的冷却方式。 QF33 -2 型汽轮发电机采用的是双水内冷 ( 水水空 ) 方式 , 即定子绕组、转子绕组均为水内冷 , 定子铁芯为空冷的冷却方式。双水内冷发电机为我国首创。水内冷技术的应用, 为提高发电机容量开辟了一条新的道路。由于水的冷却能力比空气大 50 倍, 因此发电机的定子和转子采用了水内冷后 ,

3、 可以大幅度地提高发电机的出力但相对于全氢冷和水氢氢冷却的发电机来说 , 定、转子绝缘引水管漏水而导致的故障较多 ; 对全氢冷和水氢氢发电机来说 , 由于其转子采用氢内冷 , 不会发生因水内冷转子的绝缘引水管漏水而导致的故障, 所以运行的可靠性较之水冷转子为高。因为目前新建和扩建的火电厂单机容量均采用 3 MW 及以上的发电机组, 尤其以 3 MW 机组居多 , 所以本篇以某电机股份有限公司所设计制造的 03NJ -2-20 型三相同步交流发电机为主, 介绍 3 MW 汽轮发电机组的结构、原理及运行维护知识, 对其他机型做简要介绍。国产300MW机组主要参数型号QEBN-3-2-20QFBN-

4、3-2QEBN-3-2QEB-3-2QFBN-3-2生产厂家东方电机厂哈尔滨电机厂上海电机厂上海电机厂上海电机厂额定功率3MW3MW3MW页PMW3MW额定电压20kV20KV2OKV18kV2OKV额定电流10190A10190A10190A11320A10190A额定功率因数0.850.850.850.850.85额定转速3mr/m3mr/m3MBr/m3EDr/m3MBr/m额定氢压0.3MPa0.3MPaO.3IMPa0.2MPa(水压)O.4MPa效率98.898.8298.898.6198.6短路比0.5560.6560.50.470.5冷却方式水氢氢水氢氢水氢氢水水空氢氢氢第二节

5、汽轮发电机组的基本结构和主要参数-、同步发电机的基本结构QmN-3 -2 20 型发电机通常采取卧式轴, 轴系上带有三台同步发电机, 即发电机、主励磁机、副励磁机。发电机定子绕组及其连接线、出线采用水内冷 , 转子绕组、定子铁芯及端部采用氢冷 , 密封系统采用双环流式油密封。发电机的励磁采用同轴交流励磁机带静止硅整流的励磁方式 ; 交流励磁机的励磁采用同轴交流励磁机静止晶闸管整流励磁方式 ; 副励磁机为稀土钻永磁交流发电机的副励磁机、主励磁机、发电机三机同轴有刷励磁系统。就发电机而言, 其最基本的组成部件为定子和转子。定子主要由定子铁芯、定子绕组 ( 也叫电枢绕组 ) 、机座、端盖及挡风装置等

6、部件组成 ; 转子主要由转子铁芯、转子绕组 ( 也叫励磁绕组 ) 、滑环、转轴等部件组成。定子铁芯是电机磁路的一部分, 同时也嵌放定子绕组 ; 定子绕组是定子的电路部分, 是实现机电能量转换的重要部件。定子机座主要用于固定定子铁芯, 并和其他部件一起形成密闭的冷却系统。转子铁芯是电机磁路的一部分, 又是固定励磁绕组的部件, 大型汽轮发电机的转子一般采用导磁性能好、机械强度高的合金锻成, 并和轴锻成一个整体。转子绕组是转子的电路部分, 直流励磁电流一般是通过电刷和集电环引入转子绕组, 形成转子的直流电路。二、主要参数发电机型号为 QFSNJ -2 20, 其中Q 表示汽轮 ,F 表示发电机 ,S

7、 表示定子绕组水内冷 ,N 表示转子绕组氢内冷 ,3 表示发电机额定有功功率为 3 MW,2 表示有 2 个磁极,20 表示发电机额定端电压为 2OKV 。其主要参数有 :额定容量 :SN=353MVA( 发电机连续运行时, 所能输出的最大视在功率 );额定功率 :PN=3 MW( 发电机正常运行时 , 所能输出的最大有功功率 ); 额定定子电压 :UN=2OKV( 发电机额定运行时 , 机端定子三相绕组的线电压 ); 额定定子电流 :IN=10190A( 发电机连续运行时 , 定子绕组允许通过的最大线电流 );额定功率因数 :c 伊 N=0.85( 滞后 )( 同步发电机的额定功率和额定容量

8、的比值 ); 额定频率 :A =5OHz;额定转速 :nN=3 侧r/mn;定子绕组接线方式 : 双 Y( 并联 );额定励磁电压 :U =463V;额定励磁电流 :I =2203A;额定氢压 :0.3MPa;定子绕组直流电阻 (15 ):0. 19170/ 相 ;转子绕组直流电阻 (15 ):0.15610;定子每相对地电容 :A B C 三相各为 0.2242 F;直轴同步电抗 Xd:204.7%;横轴同步电抗 Xq:193%;直轴暂态电抗 Xd:26.61%;横轴暂态电抗 Xq:37%;直轴次暂态电抗 X 飞 :16.18%;横轴次暂态电抗 X 飞 :17.50%;负序电抗 X2:19.

9、74%;零序电抗 Xo:7.37%;短路比 SCR:0.5520各参数之间关系 :额定功率 PN=dUNINeos 伊 N; 额定转速 nN= JYp( 其中:f 为电网频率 ,p 为同步发电机磁极对数, 汽轮机磁极对数 p 为 1)第三节发电机的工作原理及工作特性一、同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理是利用电磁感应原理将机械能转变为电能。按照电磁感应定律, 导线切割磁力线能产生感应电动势, 将导线连成闭合回路 , 就有电流流过, 这就是发电机的基本工作原理。图 3 1 1 所示为同步发电机的工作原理示意图。在+同步发电机的定子铁芯内, 对称地安放着 A-X B-Y C-Z 三相绕组。所

10、请对称三相绕组, 就是每相绕组匣数相等 , 三相绕组的轴线在空间互差 120 。电角度。汽轮发电机转子直接与汽轮机转子连接 , 当蒸汽推动汽轮机高速旋转时, 发电机转子随着转动 , 在同步发电机的转子上装有励磁绕组, 当直流电通过励磁绕组时会产生主磁图 3 1 1 同步发电机工作原理图场, 它随着汽轮发电机转子旋转 , 其磁通如图中虚线所1 一定子铁芯 ;2 一转子 ;3 一集电环示。磁通自转子的一个极发出来, 经过空气隙进入转子、另一个极构成回路。发电机转子旋转一周在定子绕组内感应的电动势正好变化一次 , 所以电动势每秒钟变化的次数恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。所以 , 当原动机带动转子旋转

11、时 , 就得到一个在空间按正弦规律分布的旋转磁场。定子三相绕组在空间互差 120 。电角度。因此, 三相感应电动势在时间上也互差1200 电角度 , 发电机发出的就是对称三相交流电 , 即eA=Emsin teB=Emsin( t-1200) ec=Emsin( t-2400)感应电动势的频率取决于发电机磁极对数 p 和转子转速 n 。发电机转子为一对磁极时, 转子旋转一周 , 定子绕组中的感应电动势正好交变一次 , 即一个周期 ; 假如发电机转子有 p 对磁极时, 转子旋转一周, 感应电动势就交变了 p 个周期。设转子的转速为 n (r/min), 则感应电动势每秒钟交变 pn/60 次,

12、即感应电动势的频率为f=pn/60(Efz)(3 1-2)式 (3 1 2) 表明 , 当同步发电机的极对数 p 、转速 n 一定时 , 则定子绕组感应电动势的频率一定, 即转速与频率保持不变的关系。我国电力系统的标准频率规定为 50 施, 因此 , 当 n =3 则r/mn 时, 发电机应为一对极 ;当 n =15 r/min 时, 发电机应为两对极, 依次类推。当同步发电机的三相绕组与负载接通时, 对称三相绕组中流过对称三相电流, 并产生一个旋转磁场 ( 定子磁场), 定子旋转磁场的转速 nl=6OPp 。即定子磁场与转子磁场以相同的方向、相同的速度转速旋转 , 故称为同步发电机。二、同步

13、发电机的工作特性同步发电机带对称负载运行时, 主要有负载电流 I 、功率因数 cos伊、端电压 U, 励磁电流 IL 等几个互相影响的变量, 这些物理量每两个量之间的关系 , 称为同步发电机的运行特性。1. 空载特性同步发电机的空载特性 , 是指发电机转速等于额定转速问, 定子绕组开路 (I=0) 时空载电动势 E 。与励磁电流 IL 的关系曲线 ,如图 3 1 2 所示。图 3 13 同步发电机由图 3 13 可见, 空载特性曲线与发电机磁路的磁化曲线相同。的空载特性空载特性是发电机的基本特性之一, 它表征了发电机磁路的饱和情况, 利用它可以求得同步发电机的参数 ,在实际生产中还可利用该曲线

14、判断发电机的一些故障情况, 如励磁绕组有无匣间短路故障。如果励磁绕组有臣间短路, 在相同的励磁电流下, 励磁磁通势减小 , 曲线下降。2. 短路特性所谓短路特性, 是指发电机在额定转速下, 定子三相绕组短路时 , 定子稳态短路电流 I 与励磁电流 IL 的关系曲线, 即 I=图 3 1 3 同步发电机f (IL), 如图 3 13 所示。短路特 性曲线在做短路特性试验时, 要先将发电机三相绕组的出线端短路。然后 , 维持转速不变, 增加励磁, 读取励磁电流及相应的定子电流值 , 直到定子电流 l达到额定电流值时为止。在试验过程中 , 调整励磁电流时不要往返调整。在做短路特性试验时 , 要先将发

15、电机三相绕组的出线端短路。然后, 维持转速不变, 增加励磁, 读取励磁电流及相应的定子电流值, 直到定子电流达到额定电流值时为止。在试验过程中,在 ?l O 调整励磁电流时不要往返调整。CO 叩 =08短路试验测得的短路特性曲线, 不但可以用来0 求取同步发电机的重要参数 : 饱和的同步电抗与短路比。在实际工作中, 也常用它来判断励磁绕组有无臣间短路等故障。显然, 励磁绕组存在臣间短路II 时, 因安匣数的减少, 短路特性曲线是会降低的。3. 负载特性负载特性是当转速、定子电流为额定值, 功率因数 c 伊= 常数时 , 发电机电压与励磁电流之间的曲线, 即 U =f(IL) 。图 3-14 所

16、示为不同功率因数时的负载特性曲线当 c 伊值不同时, 我们即可得到不同负荷种类的特性曲线用负载特性曲线、空载特性曲线、短路特性可以测得发电机的基本参数, 这是发电机设计、制造的主要技术数据。4. 外特性同步发电机的外特性, 是指发电机在额定转速下 ,保持励磁电流和功率因数不变时 , 端电压 U 与负载电图 3 1 5 同步发电机的外特性曲线流 I 之间的关系曲线。图 3 1 5 所示为发电机带不同功l 一感性负载 :2 二电阻性负载 ;3 一容性负载率因数负载时的外特性曲线曲线 1 为感性负载时的外特性曲线, 它是随 I 增大而下降的曲线, 这是因为, 当感性负载电流增加时, 由于电枢磁场对转

17、子磁场呈去磁作用, 同时漏抗压降随之增大, 所以端电压随之下降 ; 曲线 2 是纯电阻负载时的外特性曲线, 这是一条略有下降的曲线, 这是因为, 当叩 =1 时, 负载电流 I 仍滞后于 E , 其电枢磁场也有去磁作用, 但去磁程度较小 ; 曲线 3 是容性负载时的外特性曲线, 它是随 I 增大而上升的曲线 , 这是因为 , 容性负载电流增加时, 电枢磁场对转子磁场呈助磁作用, 电枢磁场的助磁作用随电流3 增加而增强, 感应电动势增大, 所以端电压随之上升。5. 调整特性图3-1-6同步发电机的调调整特性是指同步发电机在额定转速下, 端电压和负载功整特性曲线率因数不变时, 励磁电流与负载电流的

18、关系曲线 , 图 3 14 是1 一感性负载 :2二电阻性负载 :同步发电机在不同功率因数时的调整特性曲线。3 一容性负载图中曲线 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, 需要相应地减小励磁电流, 因此这种情况下的调整特性是下降的, 如曲线 3 所示。6. 同步发电机并于无限大系统的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

19、机的电磁功率与功角之间的关系。所谓功角是指发电机的空载电势 E 。和端电压 U 之间的相位角由图 3 1 7 所示同步发电机的相量图可得PUEoU -sG=uIm 伊= 亏了 SIns式中 PG 一一 -发电机一相的电功率 ;U 一一发电机的相电压 ;I 一一发电机的相电流 ;E 。一一发电机的空载电动势 ;xd 一一发电机的同步电抗 ;伊一一功率因数角 ;一一功角o式 (3-1 3) 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 8角的大小 , 所以称角为功角o 电磁功率随着功角的变化曲线, 称为功角特性曲线, 如图 3-1 8 所示。从功角特性曲线可知, 同步发

20、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, 电磁功率达到最大值, 即 PG-m=EoU/Xd 。当功角从 90 继续增加到 1800 时电磁功率随功角的增加而减小 ; 当s 1800 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 8 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。一、同步发电机的正常情况下的运行同步发电机的正常运行方式属于允许长期连续的工作状态。它的特点是: 发电机的有功第四节同步发电机的正常运行方式和

21、调整操作功率、无功功率、电压、电流等都在允许范围以内, 因而它是一种稳定的、对称的工作状态。在正常情况下,3 MW 汽轮发电机组由于热力参数高、能源消耗小, 大部分时间都在额定负荷运行, 也就是按机组的铭牌值运行。此时, 发电机具有损耗小、效率高、转矩均匀等性能。但是, 由于电力系统的特点是连续供电和供需平衡, 因而不可能所有机组在所有时段全部按额定工况运行。因此, 当要求发电机的运行工况不符合额定要求时 , 电气运行人员仍应保证机组的连续正常运行。运行中的发电机工况通常发生如下的变化。1. 功率因数不在额定值运行因为运行中发电机的有功、无功负荷是不可能始终不变的 , 所以功率因数也相应发生变

22、化。功率因数的大小由运行的有功和无功负荷决定 , 即PP= = 一一一一一S dT+02式中P一一有功功率 ; 。一一无功功率; S 一一视在功率。图3 18 示出了发电机的有功功率 P 、元功功率Q 和功率因数 cos 伊之间的关系。由图 3 18 可见, 元功负荷越小 , 功率因数越高。发电机的额定功率因数一般为 0.85( 滞后 ) 最低值不作限制 , 但最高值则取决于机组和系统运行的稳定性。在 AVR 投入且情况良好的情况下 , 一般可允许升高至滞后 0.90.95( 在经过高功率 P 因数专门试验证实且系统允许时, 还可再适当提高 ) 在低功率因数运行时 , 应注意控制发电机的定、转

23、子电流不超过当时冷却条件下所允许的数值。在高功率因数运行时 , 由于发电机的电动势低, 发电机的端电压及静态稳定性下降 , 因此必须加强监视以避免发电机失步。2. 发电机定子电流不在额定值即使发电机运行在额定有功功率和功率因数情况下 , 由于电网电压的不断变化 , 发电机的定子电流也要发生变化。当定子电压运行在额定值的 95%105% 范围内时, 只要发电机各部位的温度不超限, 发电机可以按额定容量运行。例如当定子电压为 95% 额定值时, 定子电流可升至 105% 额定值。反之 , 定子电压达额定值的 105% 时 , 定子电流应相应降为额定值的 95% 。但是如定子电压低于额定值的 95%

24、 时 , 则定子电流不允许超过额定值的 105% 。因而必须降低发电机的容量。因为发电机的额定容量为 S =JEUI, 在容量不变的前提下, 定子电流随电压的降低而相应升高 , 电压降低越多, 电流也升高越大。实际上, 在电压降低 5% 而电流升高 5% 时, 发电机的视在功率 S 已经略低于额定值。不难理解, 定子绕组的承载能力不可能满足电压继续下降时的电流相应升高, 它理所当然地受到限制, 也就是说 ,105% 额定定子电流值就是正常运行时允许的最高值。事故情况下 , 允许发电机的定子绕组在短时间内过负荷运行。同时也允许转子绕组相应过负荷。 3 MW 机组的定子绝缘一般采用 B 级绝缘,

25、其最高容许温度为 130 , 但具体应遵照制造厂的规定来执行。发电机事故过负荷允许的时间应按制造厂规定执行 , 无规定时, 可参照表 3 13 所列值。发电机事故过负荷允许的时间事故过负荷电流值/额定电流值1.151281.522事故过负荷允许时间(s)1203010事故过负荷运行时, 应密切注意发电机各部位的温度不超过规定值, 否则应降低发电机负荷。3. 发电机定子电压不在额定值电力系统和发电机的端电压因外界因素的变化而经常变化。如前所述, 当发电机电压在额定值的 5% 范围变化时, 允许按额定容量长期运行。当电压过高时 , 可能引起转子绕组温度升高, 如超过允许值则易造成绝缘损坏, 使转子

26、端部绕组变形 ; 也可能引起铁芯温度升高, 使定子的结构部件产生局部高温 ; 甚至引起绕组匣间绝缘受损。当电压过低时 , 降低了并列运行机组和电压调节的稳定性, 同时, 在同样的功率下由于定子电流升高而引起定子绕组温度升高 ; 对厂用电动机也有影响, 如因过负荷发热和机械力矩降低等。因此, 发电机连续运行的最高电压允许为额定值的 105%, 最低电压一般不得低于额定值的 90%95%, 否则应考虑改变主变压器分接头的档数 , 对厂用电压也应采取措施, 维持其正常运行。4. 频率偏离额定值由于汽轮机对频率的要求较高, 在频率过低时, 还要影响发电机本身的正常运行, 如因通风效果降低使绕组和铁芯温

27、度升高, 因感应电动势下降而导致电流增加等。因此对频率变动的规定为一般不超过 0.2Hz, 在频率变动时 , 各发电厂应按系统要求和规定适当调整机组出力。如频率过高或过低时 , 则应按事故处理规定进行处理。5. 同步发电机的进相运行随着电力系统的不断发展 , 输电线路的电压也越来越高, 输电线路越来越长, 因此, 线路对地电容越来越大, 从而引起系统的电容电流及容性无功功率也越来越大。如果不能有效地吸收剩余的无功功率, 就会使电力系统的电压上升, 甚至超过容许范围。采用并联电抗器和同步调相机来吸收剩余的元功功率, 一是有一定的限度, 二是增加了设备投资。 .因此,最好利用部分发电机进相运行以吸

28、收过剩的无功功率并进行电压调整发电机进相运行, 从理论上分析是可行的, 实际中一般要通过研究和运行试验来决定 ,进相运行对发电机造成的影响主要有以下几方面 :(1) 静态稳定性的降低。由于功角 =900 时所对应的电磁功率是静态稳定理论上的最大值, 也即静态稳定极限, 当进相运行时, 在输出有功功率一定的条件下 , 随着励磁电流的减少 ,S 角就要增大 , 向 900 方向逐渐靠近, 从而使静态稳定性降低。(2) 端部漏磁的发热。发电机端部的漏磁是由定子端部与转子端部漏磁迭加而成的合成磁通。当发电机进相运行时, 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

29、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, 从而使发电机端部发热。(3) 厂用电电压的降低。厂用电通常引自发电机出口发电机进相运行时 , 随着发电机励磁电流的降低和发电机无功功率的倒流, 发电机端电压降低, 厂用电电压会随之降低。发电机从滞相转为进相运行时, 静态稳定储备下降, 端部发热严重, 厂用电电压下降。这些影响都和发电机的出力密切相关。发电机在进相运行时, 出力越大, 静态稳定性能越差。在一定功率因数下 , 端部漏磁通约与发电机的出力成正比。因此, 欲保持一定的静态稳定储备和端部发热为一定值 , 随着进相程度的增大, 出力应相应降低

30、。二、发电机运行中的调节发电机运行中的调节对象包括有功负荷和无功负荷, 目前机组采用的多是机炉电集中控制方式 , 即一台锅炉、一台汽轮机、一台发电机为一个独立的系统 , 有功负荷的调节由机炉协调完成, 无功负荷的调节则由电气系统完成。1. 发电机运行中的调节原则(1) 有功负荷。正常运行时, 值长根据上级调度命令, 通知运行人员相应调整燃料量、给水量、风量和汽机汽门开度。这一过程中运行人员要严密监视电气仪表, 以保证发电机的正常运行。事故时, 运行人员可根据具体情况直接进行有功负荷的调整。(2) 元功负荷。正常情况下 , 运行人员根据电网给定的电压曲线要求, 通过改变AVR 的工作点进行调节。

31、事故时, 根据事故处理要求进行调整。例如, 发电机失步时应增加元功负荷 , 三相定子电流不平衡超过规定时降无功负荷等。2. 调节过程中的注意事项(1) 调节过程中必须严密监视表计的变化情况, 要注意各参数不能超过允许值。(2) 调节幅度应控制得小一些, 要注意被调参数的升降速度不能太大。三、发电机的起、停和运行中的维护( 一 ) 发电机起动前的准备发电机安装或检修完毕 , 就可将其起动并投入运行。为了保证发电机的安全可靠 , 在起动前必须对有关设备和系统进行一系列的检查和试验, 只有当这些检查、测量和试验都合格时, 方可起动机组。1. 需要检查的项目(1) 发电机、变压器组及励磁系统的一、二次

32、回路的安装或检修工作终结后, 在起动前应将工作票全部收回 , 详细检查各部分及其周围清洁情况 , 各有关设备和仪表必须完好, 短路线和接地线必须撤除, 工作人员撤离现场。(2) 检查发电机组各部件之间是否安装连接可靠 , 有无松动及不牢固的现象。(3) 检查汇流管位于机座下部进出水管法兰处的接地片可靠接地。(4) 发电机通水前检查水系统设备是否完好, 水质的导电率、硬度、 pH 值是否达到要求。(5) 定子充水情况良好 , 压力正常 ,78 泄漏。(6) 检查主变压器一切良好 , 符合起动条件。2. 需要测量的项目(1) 在冷态下测量转子绕组直流电阻和交流阻抗。(2) 测量定子绕组和转子绕组的

33、绝缘电阻 , 定子绕组绝缘电阻 25MO(25 V 兆欧表 ),转子绕组绝缘电阻 231MO(5 v 兆欧表 ) (3) 各有关一次设备绝缘测量均合格。3. 需进行的试验(1) 试验发电机系统的所有信号正确。(2) 安装、大修后, 应检查励磁系统有关动、静态试验合格。(3) 做主断路器、灭磁开关、励磁系统各开关、 6kV 厂用分支断路器的跳、合闸试验、联动试验及保护传动试验, 均应合格。(4) 励磁系统连锁试验合格。(5) 定子水泵连锁试验及断水保护试验合格。(6) 安装、大修后的发电机, 应做水压、定子水反冲洗及气密试验o4. 启动前应完成的有关操作(1) 发电机氢、油、水系统投入, 参数正

34、常。在充氢过程中, 应严格遵循中间气体置换法。充氢的过程是 : 先用二氧化碳充满气体系统, 以驱出空气 ; 再用氢气充满气体系统, 以驱出二氧化碳, 从而将发电机转换至氢气冷却状态运行。反之, 停机后, 置换程序为氢气一一二氧化碳一一空气。采用中间气体置换法可以防止在系统管道和机内氢气与空气直接接触, 从而保证了置换过程的安全。(2) 依据规程投退有关保护压板及熔断器。( 二 ) 汽轮发电机的起动与升压1. 启动充氢后, 当发电机内的氢纯度和内冷凝结水水质、水温、压力及密封油压等均符合规程规定, 气体冷却器通水正常, 高压顶轴油压大于规定值时, 即可起动转子, 在转速超过 l2 r/min 时

35、, 可以停止顶轴。发电机开始转动后, 即应认为发电机及其全部设备均已带电。对安装和检修后第一次起动的机组 , 应缓慢升速并监昕发电机的声音, 检查轴承给油及振动情况 , 在确认元摩擦、碰撞之后 , 迅速增加转速。在通过临界转速时, 应注意轴承振动及集电环上碳刷是否有跳动、卡涩或接触不良现象, 如无异常即可升至额定转速 30 r/min 2. 升压当汽轮发电机升速至额定转速且冷却系统已投运的情况下, 就可以加励磁升高发电机定子绕组电压, 升压过程应平稳缓慢进行。注意事项有 :1) 升压操作应缓慢、谨慎 , 并密切注视三相定子电流为零 ; 此外 , 转子电流、电压及定子电压应均匀上升。当定子电压升

36、至额定值后, 应核对并记录转子额定空载励磁电流、电压值。在每次升压至额定定子电压时, 通过对空载励磁电流、电压的核对分析比较, 可以判断发电机转子绕组有无匣间短路现象。正常情况下, 历次数值相近。如果发现空载电流升高, 励磁电压下降时, 必须查明原因。2) 及时测量发电机转子励磁回路绝缘, 查有无接地现象。待发电机升压至额定值 , 并检查一切正常后 , 即可进行并列操作。 ( 三) 发电机的并列发电机并列操作是电力系统中很重要的一项操作, 必须认真对待, 以便在并列操作以后, 能很快达到同步运行的目的。如操作不正常或发生误操作, 将会对电力系统带来极其严重的后果, 可能发生巨大的冲击电流, 甚

37、至比机端短路电流还大得多, 会引起系统电压严重下降, 使电力系统发生振荡甚至瓦解。为了使并列操作后发电机迅速进入同步运行 , 一般采用准同期并列。在实际操作过程中应符合下列规定 :1) 发电机电压与系统电压差不大于 10% 额定电压。2) 发电机频率与系统频率差小于 0.2HZ03) 发电机与系统相位相同。4) 安装或大修后的发电机还应检查与系统的相序一致5) 同步表转动太快、跳动、停滞时禁止合闸。6) 同步表连续运行时间不应超过 15mno7) 禁止其他同期回路的操作。( 四) 机纽带负荷机组并网后自动带上 15MW 的负荷, 之后负荷的升降依值长命令执行。在变更机组有功负荷的时候, 同时调

38、整机组无功负荷, 以控制发电机功率因数, 增加有功由机炉协调装置或 DEH 控制, 电气值班人员负责监视有功、调整元功, 以维持机端电压。当负荷增至规定值,且运行稳定时 , 应按值长命令倒厂用电。发电机增加负荷时, 必须监视发电机氢气温升、定子水温、铁芯温度、绕组温度及电刷等励磁装置工作情况。当发电机加满负荷时, 应对发电机及二次回路作一次详细检查, 接头无发热, 电刷无跳动、冒火 , 引水管无抖动、无渗水及振动过大等现象。( 五 ) 发电机解列停机在接到电力系统调度员命令以后, 操作人员应按照值长命令填写操作票 , 经审核批准后执行。在停机之前 , 应逐步降负荷, 待负荷降至规定值时, 将厂

39、用电倒换至由起 / 备变供电, 在减有功负荷的同时, 注意相应减少无功负荷, 保持功率因数大于 0.85( 滞相 ) 。对于正常停机 , 应在机组负荷降至 15MW 、无功降到接近零时, 才能进行解列操作。解列后, 拉开发电机出线隔离开关, 停运主变压器及冷却装置, 拉开主变压器中性点接地开关。在解列与机组停止转动这一惰走时间内, 定子的冷却水系统应继续运行, 直到汽轮机完全停止转动为止。对停用时间较长的发电机, 应将定子绕组和定子端部冷却元件中的存水全部放掉、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 , 以防止冻坏设备。停机之后, 若要将机内氢气置换

40、为空气, 应采用中间气体置换法, 以保证安全。若短时停机, 机内仍有氢气压力, 则应保持密封油系统继续运行 ; 对于发电机已运行两个月以上的停机, 应对发电机的水回路进行反冲洗, 以确保水回路通畅。解列之后 , 还应根据操作票做好相应的安全措施。( 六 ) 汽轮发电丰厄运行中的检查和维护1. 对发电机的一般检查与维护1) 发电机正常运行时, 定子冷却水质、进水压力温度、氢压必须符合参数规定值 ; 其振动值, 在额定转速时 , 轴承座三方面 ( 水平、轴向、垂直 ) 允许值小于 0.025mo2) 发电机绝缘电阻应符合规定值 , 定子绕组在元存水且干燥后接近工作温度时, 其对地和相间绝缘电阻应二

41、 25MO (2500V 兆欧表测量 ); 转子绕组冷却状态绝缘电阻应注 lMO (5 v 兆欧表测量), 各电阻检温计冷态绝缘电阻应 225MO(25 v 兆欧表测量 ); 定子汇流管及定子出线进水管绝缘电阻, 无存水时 221 KO(1 则V 兆欧表测量 ), 通水时 2330KO( 用 1 则V 兆欧表测量 ); 励端轴承油密封, 内外挡油盖绝缘电阻应注 1MO( 用 1 侧V 兆欧表测量 ) 3) 严密监视运行中发电机的各种表计, 如电压、电流、频率、各种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。如果发现个别温度测点显示异常, 应对

42、这个部位温度加强监视, 缩短其记录间隔时间。4) 察看发电机各部, 应无异状、异音、无焦昧、放电、火星、臭味、渗水、漏水及结露等, 用于拭触发电机元异常振动、过热等。5) 监视发电机严格按规定负荷运行。2. 对发电机水冷系统的检查与维护l) 定期检查定子冷却水系统的水箱水位、水质导电率。例如, 在运行中发现定子绕组漏水, 应尽快停机检查 ; 若发现冷却水量减少, 要密切监视定子绕组的温升是否超过允许值, 如未超过则仍可继续运行。2) 氢气冷却器进水温度应在 2033 之间, 出水温度运 38 , 进水压力在 0.102MPa 之间。一台氢气冷却器停用时, 发电机可带 80% 额定负荷。3) 应

43、密切监视定子冷却水的流量、迸出水温度、压力和进出水温差等 , 如有异常, 应立即检查进出水温度, 不得超过允许值。3. 对供气系统的检查和维护1) 对气体质量进行经常性的监视, 应以氢气纯度指示仪和差压表的指示为根据, 要求机内氢气纯度 97%, 低于此值时 , 应进行排污和补氢, 以恢复氢气纯度。在一定的转速下, 氢冷发电机风扇前后的压差与冷却气体的密度成正比。如果冷却气体的压力和温度不变, 则当气体的含氢量降低时, 气体的密度就会增加,此时压差表所指示的压差亦增加。2) 运行中应维持氢压在额定值, 若发现运行中氢压有所降低, 应查明原因, 必要时手动补氢。3) 保持冷氢温度在 3046 之

44、间。4. 对轴密封的检查与维护1) 当发电机充满氢气时, 应监视密封瓦中的供油连续不中断。2) 油密封压力表指示正常, 油的流量正常, 回油温度运 70 。3) 主油箱上的排烟风机必须经常投入运行, 定期检查出油管和主油箱中氢气含量 , 氢气含量大于 2% 时, 应查明原因, 加以消除。5. 对集电环和电刷的检查与维护集电环与电刷的检查与维护由运行人员负责 , 其内容主要有以下几项 :1) 检查电刷在刷框内有无摇动或卡涩现象, 接触是否良好, 有无发热和冒火情况。2) 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

45、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 , 因为如果碳粉弄脏了集电环表面会降低转子的绝缘电阻。6) 检查集电环时 , 可顺序将其由刷框内抽出一般情况下更换电刷时,在同一时间内,每个刷架上只许换一个电刷, 换上的电剧需先研磨良好, 且新旧牌号应一致。7) 为了使滑环磨损均匀, 在 23 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工作时, 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。6. 发电机正常运行时的一些技术要求1) 氢气湿度 4g/m3( 额定氢压下 )

46、; 冷却器进水温度 2533 , 出风温度为 3046 。 2) 定子绕组冷却水水质要求 : 导电率 (20 ) 为 0.51.5 S/cm, 酸碱度为 6.5 斗, 硬度三三年 gN/L, 允许攒量氨 (NH3), 定子绕组进水温度为 45 3 。3) 发电机不允许用空气冷却运行。在油密封和氢气冷却器投入运行的情况下, 允许短时间空气冷却无励磁空转作机械检查4) 最大连续出力时 : 氢压 0.3MPa( 表压 ); 氢气冷却器进水温度 20 , 厂房环境温度30 以下。第二章发电刷刷磁系统第一节概述同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成励磁功率单元向同步发电机转子提供

47、直流电流, 即励磁电流 , 励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出, 整个励醒自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。电力系统在正常运行时, 发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。因此 , 励磁控制系统的任务主要有以下几个方面 :(l) 在正常运行条件下, 供给同步发电机励磁电流, 并根据发电机所带负荷的情况, 相应地调整励磁电流, 以维持发电机机端电压在给定水平上 ;(2) 使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配 ;(3) 增加并入电网运行的同步电机的阻尼转矩, 以提高电力系统静态稳

48、定性及输电线路的有功功率传输能力 ;(4) 在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时, 进行强励, 将励磁电流迅速增到足够的顶值, 以提高电力系统的暂态稳定性 ;(5) 在同步发电机突然解列 , 甩掉负荷时, 进行强减 , 将励磁电流迅速降到安全数值,以防止发电机电压的过分升高 ;(6) 在发电机内部发生短路故障时, 进行快速灭磁 , 将励磁电流迅速减到零值以减小故障损坏程度 ;(7) 在不同运行工况下 , 根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制 , 以确保同步发电机组的安全稳定运行o为了很好地完成上述各项任务, 励磁系统应满足以下基本要求 :( 一) 对功能方面的要求(1) 应

49、具备能稳定和调节机端电压的功能 ;(2) 应具备能合理分配或转移机组间的无功功率的功能 ;(3) 能迅速反映本系统故障, 并有必要的励磁限制、灭磁及自我保护功能 ;(4) 能迅速反应电力系统故障, 具备强励等控制功能, 以提高电力系统稳定性和改善电力系统运行条件( 二 ) 对性能方面的要求(1) 具有足够的调节容量 , 以满足各种运行工况要求。(2) 具有足够的励磁顶值电压、励磁顶值电流及电压上升速度。励磁顶值电压和励磁顶值电流是指励磁功率单元在强行励磁时, 可能提供的最高输出电压值和电流值 , 该值与额定工况下的励磁电压、励磁电流之比为强励倍数 ; 将强励动作后励磁电压在最初 0.5s 内上

50、升的平均速率定义为励磁电压响应比, 它是衡量励磁单元动态行为的一项指标 , 运行要求励磁系统应有较高的强励倍数和快速的响应能力 , 以满足电力系统稳定和改善系统运行条件的需要o(3) 应运行稳定、调节平滑及有足够的电压调节精度。 (4) 反应灵敏、迅速 , 时间常数小, 无失灵区。(5) 运行可靠 , 维护方便。第二节同步发电机组主要励磁方式3 MW 火电机组励磁方式通常采用他励交流励磁机系统、自励或自复励静止式励磁系统 -、他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统通常称为有励磁机励磁方式 , 其励磁功率电源取自发电机以外的强第五节灭磁与过电压保护一、发电机转子灭磁当同步发电机发生内部短路故障时,

51、 依靠继电保护装置能快速地把发电机与电力系统分开, 但由于磁场绕组具有很大的电感 , 突然断流会在其两端产生很高感应电动势 , 因此需快速灭磁, 才能降低由磁场电流产生的发电机感应电动势 , 防止故障扩大损害发电机。灭磁过程越快 , 发电机转子承受的感应电动势越大 , 因此理想的灭磁过程是在转子过电压不超过允许值的前提下 , 灭磁过程越快越好。常用的灭磁方法有恒值电阻放电灭磁、非线性电阻放电灭磁、灭弧栅灭磁、逆变灭磁等口非线性电阻具有双向稳压二极管的特性, 正常运行时, 便可将其固定并接于转子绕组两端 , 在正常额定电压和强励电压下, 其漏电流很小, 耗能很小。当转子电压升高到动作电压时 ,

52、其阻值变小 , 使其流过很大电流而不至于升高电压, 起到限压保护作用, 由于非线性电阻的伏安特性对称 , 因此非线性电阻可用作正反向过电压保护器件。灭弧栅灭磁实质上也是一种非线性电阻, 由许多长度不变的短弧铜片串联起来, 就构成灭弧栅 , 燃弧时其两端电压保持不变, 其电弧被专设的磁场引人灭弧栅而切成短弧燃烧, 从而达到理想的灭磁效果o二、发电机过电压保护造成发电机过电压的原因有 : 发电机失步和失步后拉入同步过程中要引起转子绕组过电压 ; 发电机外部短路被切除后电压恢复过程中要引起转子绕组过电压 ; 发电机非同期并列引起转子绕组过电压 ; 发电机快速灭磁 , 断开转子回路引起转子绕组过电压。

53、常用的过电压保护措施有有恒值电阻放电、非线性电阻放电、阻容保护、转子放电器、品闸管双向跨接器等o实际上发电机转子灭磁既是是消耗转子绕组磁能, 又是防止过电压, 一般来说二者原理和方法相似, 过电压保护装置同时也兼作灭磁装置。三、 DQLT-2C 型励磁调节器系统灭磁及过电压保护装置该发电机机组转子灭磁主要采用灭弧栅灭磁方法, 同时以恒值电阻放电灭磁方法加以配合。非线性电阻直接跨接在转子绕组两端, 主要用作过电压保护, 同时也兼作灭磁电阻 , 减轻 mk 的灭磁负担。该装置灭磁及过电压保护措施得力 , 工作可靠性高当需要灭磁时, 首先跳开灭磁开关 mk, 利用灭弧栅进行灭磁。当mk 跳开后 ,

54、延时 0.3s 合上接触器zrc 投入恒值灭磁电阻 R1, 便于灭弧栅在小电流时熄弧, 并作为后备灭磁措施 , 提高了灭磁可靠性 , 同时亦可作为过电压保护的辅助手段。而非线性电阻Ru 在正常运行时为高阻状态, 转子电压升高到动作电压时阻值很小而导通 , 起到过电压保护的作用。该励磁系统中交流励磁机灭磁则采用品闸管逆变灭磁, 当需要灭磁时, 由励磁调节器输出一控制信号一一控制角 =1360 的控制脉冲 , 使晶闸管处于逆变状态 , 励磁机转子绕组磁能向交流侧释放而快速灭磁。励磁机转子绕组两端非线性电阻 RV1 用作过电压保护, 同时也可兼作后备灭磁电阻。第六节自并励励磁调节系统( 静态励磁 )

55、 及运行现在3 MW 机组励磁系统多采用自并励静态励磁方式, 如 B 电厂自动励磁系统调节器(AVR) 采用英国罗尔斯一一罗伊斯工业控制系统有限责任公司 ( 简称R-R 公司 ) 生产的具有完全独立通道数字式自动电压调节器。该励磁系统硬件由下列部分组成 :Am 柜、整流柜、整流器辅助柜、磁场断路器柜、励磁变压器。其原理结构方框图如图 33 16 所示。一、 AVR 调节器系统各单元组成与原理1. 三模冗余 (IMR) 控制通道IMR 控制器模块采用最新一代 Texas DSP 微处理器, 以及输入接口电路。该模块在极短的时间内, 直接从电压互感器 IV 和电流互感器 TA 进行反馈测量 , 执

56、行控制算法 , 并产生晶闸管触发脉冲等工作。该控制器包含自动及手动两种控制算法以供选择, 控制算法周期通常为 3.33 邸, 以实现最佳的响应速度。IMR 系统具有三个独立通道, 三个通道中的每一个均有独立的输入 / 输出信号 : 模拟输人一一通过 3 相隔离电压互感器得到的发电机电压、通过 3 相隔离电流互感器得到的发电机电流和转子励磁电流 ; 模拟输出一一一组 6 相全控桥式晶闸管整流触发脉冲。发电机电压、电流、有功、无功有效值是由计算而来, 采样间隔为 1Om, 计算间隔为 3.3mo 每一个通道的电压、电流均采用了三相发电机电压、电流的中间有效值, 即各通道在执行控制算法前 , 完成对收到的信息取中间值而得以提高容错能力, 因而三个控制器都以同一容错后的输入值运行, 并且控制器产生总是几乎相同的输出值。这样一个电压或电流互感器的故障不会影响计算, 而单电压或电流互感器故障亦可以通过通道比较来确定, 并进行故障报警。在一个电压或电流互感器故障报告后 , 系统显示另两个电压互感器测量有差别, 并且如果差别超过了限制值, 表