电气工程及其自动化专业毕业设计

本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书#厂u 2另外，从公式Q=|rU=」—cos「.—・可以作出发电机定子无功功率Q与功角Xd Xd「•的关系曲线如上图中Q=f（、J所示。可以看出，失磁过程中，发电机由发出感性无功功率转变为从系统中吸收感性无功功率，即由迟相转变为进相运行。当然发电机的端电压Ug也随之下降。发电机从失磁到失步通常要经过2~6s的过程，上图表示失磁过程中有功功率P、

无功功率Q、定子电压Ug、定子电流Ig以及励磁回路感应电压Uf的变化，该失磁为■ISe7 8 9in/(s)■ISe7 8 9in/(s)图6-2交流励磁机出口短路失磁后各电量的变化（a）有功、无功功率变化曲线（b）定子电压、电流变化曲线（c）励磁绕组感应电压变化曲线交流励磁机出口短路造成的。可以看到失磁（即 t=Os）之后：（1） 有功功率P有4.5s的等有功过程。（2） 无功功率Q有迟相转变为进相运行的过程。（3） 机端电压Ug逐步降落。（4） 定子电流Ig逐步有所上升。（5）发电机励磁绕组电压Uf起始为0,随后由于失步引起异步感应电压6.4.2异步运行的过程失步后的发电机转子与定子旋转磁场有了相对运动，即它们之间有了滑差(6-4)S=n。(6-4)式中no—定子旋转磁场同步转速r/min;N—转子转速r/min；很显然，由于发电机转子超出同步转速运行，滑差 S：：：0。于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽楔中，将感应出滑差频率的交流电流，这些电流与定子旋转磁场作用，产生制动异步转矩，同步发电机变成异步发电机开始向电网输送有功功率。转速的增大会一直继续到制动异步转矩和汽轮机的旋转转矩相等为止。下图表示发电机的平均异步转矩特性（曲线 1、2、3）和原动机的转矩特性（直线4）,随着转速n的升高，调速器动作，减小进气或进水，原动机输入转矩即由Mmo直线下降，与汽轮机的转矩特性1交与A1点，与有阻尼的水轮发电机的转矩特性2交于A2点，与无阻尼绕组的水轮发电机的转矩特性 3交于A3点，点A1、A2和A3为转矩平衡点，这些点决定了稳态异步运行时，有功功率（和 M成正比）和转差率S的值。图6-3发电机平均异步转矩特性1-汽轮发电机；2-有阻尼绕组水轮发电机； 3-无阻尼绕组水轮发电机； 4-原动机调速器特性;5-Mmo-原动机转矩由于气轮发电机具有良好的平均异步转矩特性， 仅在千分之几的滑差，就能达到稳定点A1，此时由于调速器使汽门关闭的幅度很小，故输出的有功功率还很高。在异步运行时，发电机需要从系统中吸收大量无功功率用于励磁， 所以发电机以及附近的用户的电压会下降一些。所吸收的无功功率的大小与发电机的同步电抗、转差率有关。x越大s越小，所需的无功功率Q也愈小。由于汽轮发电机的Xd大，s较小，故所需的无功功率Q也较小，网络电压降低很小。汽轮发电机短时间在这种情况做异步运行是允许的，不会出现转子损耗过大而使发电机受损的问题。但是长时间的异步运行也不行，因为会引起发电机的定子和铁心端部过热，转子绕组也由于感应电流而发热，引起损坏。所以汽轮发电机的异步运行一般规定在 15~30min内。水轮发电

机情况好一些，但是也不允许异步运行。643再同步过程处于异步运行的发电机恢复励磁电流后， 由异步转入同步运行的过程称为‘再同步’过程。这一过程可以从作用在转子上的转矩变化加以阐述。（1）异步转矩未恢复励磁时，发电机转子主要受原动机传递过来的驱动转矩Mm和起阻力矩做用的异步转矩Mas共同作用，维持一定的滑差，稳定运行。Mm和Mas两个转矩对应的功率为Pm二MmS和Pas二MasS（见图6-4（a））。异步转矩是由定子旋转磁场、与转子反向旋转磁场相互作用产生的。其作用是让转子接近同步转速：当转子转速低于同步转速时，它帮助转子升速（S大于0）；反之它将降低转子转速（S小于0）,故为阻力矩。但是它永远不能把转子拖入同步，转子一进入同步，则s=o，异步转矩Fas亦告消失。另一个异步转矩是由定子旋转磁场以及转子同向旋转的磁场相互作用产生的，它两倍于滑差频率而交变，其平均值近似于0,故在再同步下不起同步作用。图6-4投入直流励磁重新进入同步的过程（a）稳态异步运行转差率的逐渐减小； （b）励磁电流恢复过程；（C）瞬时转差率抵达零值；（2）同步转矩当直流励磁电流恢复时，其过程也是按指数规律增加的（见图6-4（b）），励磁电流iF所建立的转子磁场与定子磁场相作用产生同步转矩 Me，同步转矩对转子的作用是将转子拉入同步。随着励磁电流iF的增长，与之成正比的发电机电势Eq也逐步增大，相应的同步转矩Me及电磁功率Pe也随之变化，即EqUPe二qsin0st） （6-5）XdMe=R/s （6-6）式中Eq—发电机内电势；U—发电机端电压；Xd—直轴同步电抗，是滑差s的函数；-0—t=0s时的功角；由式（6-5）可以看出，同步功率Fe（或同步转矩Me）是以滑差频率做为脉动的，时正时负（见下图6-4（c））,在同步功率为正的半周内，发电机转子加速，瞬时滑差增大，且随着励磁电流的增大，同步功率的振幅也逐渐增大，瞬时滑差的变化幅度也逐渐增大。另一个趋势是运行人员在减负荷，使平均滑差逐步减小，这样可能在某一瞬间，如上图（c）中的k点，瞬时滑差抵达0值，发电机便重新拖入同步运行，异步转矩消失。6.4.4失磁故障的处理（1） 对于未作出允许失磁的发电机，应作为不允许失磁运行处理，处理方法是利用失磁保护将严重失磁的发电机出口断路器跳闸、 解列，若失磁保护未动作，应立即手动解列停机，查明原因并加以消除。（2） 对于以确认的可以失磁运行的发电机应做以下处理：1、 出现失磁异步运行时，在3min内，将负荷减至40%，允许继续运行10min。2、 监视发电机定子电流不超过额定值的110%，同时监视发电机定子端部温度不超过允许值。3、 设法迅速恢复励磁电流。如励磁调节器不能正常工作，应转换至感应调压器电源提供励磁，如仍然不行，则应启用备用励磁电源。4、异步运行中，监视发电机端电压应不低于额定电压的 90%。结论本次设计是对大型火力发电厂的设计， 主要设计火电厂发电机组、变压器、电气主接线、厂用电、短路电流、电气设备的选择与校验、厂用电动机联锁回路设计和发电机主要故障处理。为了避免发电机出口遭受巨大电动力的损害，在发电机和变压器低压绕组间采用全连式分相封闭母线。从机组运行的可靠性出发，220KV电压等级母线选择了双母三分段的接线方式，500kV母线则采用一台半断路器接线。采用这几种接线方式具有接线灵活、运行可靠、扩建方便的优点。本次设计使我的知识得到了全面的应用， 同时了解学到更多新的知识，为即将走出校门的我储备了大量的实践知识。参考文献涂光瑜•汽轮发电机及电气设备•北京•中国电力出版社.2004电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册（电气一次部分）中国电力出版社.1989周泽存.高电压技术.中国电力出版社.2005何仰赞、温增银.电力系统分析.华中科技大学出版社.2002⑸姚春球.发电厂电气部分.北京.中国电力出版社.2004黄纯华.发电厂课程设计参考资料.中国电力出版社.2002卓乐有.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.中国电力出版社.2003I.Chilvers,N.JenkinsandP.Crossley.IEC,Sciencepress,MotortechnologypracticalmanualEditorialBoard，2002.Myung-HeeLee,RajK.Aggarwal,SeniorMember,IEEE,andAllanT.John,SeniorMember,IEEE.EducationalUseofEMTPMODELSfortheStudyofaDistaneeRelayingAlgorithmforProtectingTransmissionLines.IEEETRANSACTIONSONPOWERSYSTEMS,VOL.15,NO.1,FEBRUARY2003.SukumarM.Brahma,StudentMember,IEEE,andAdlyA.Girgis,Fellow,IEEE.DevelopmentofAdaptiveProtectionSchemeforDistributionSysremsWithHighPenetrationofDistrubutedGeneration.IEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY,VOL.19,NO.1,JANUARY2004.

附录一 短路电流计算结果表短路点位置支路名称支路计算电抗XjS额定电流IN0s短路电流稳态短路电流短路电流冲击值ich标幺值1*”有名值1“（KA）标幺值*有名值1氏（KA）G10.2933.7453.3182.3582.08910.074220KVG20.2933.7453.3182.3582.08910.074母线侧G3、G41.2640.8860.8320.7370.8660.7671.983500KV0.4082.4512.1722.4512.1725.712小计9.5458.03327.8431#2#发G12.2450.45814.8170.46114.91439.858电机出G28.5360.1173.7850.1173.78510.182口及厂G3、G436.54332.3520.0270.8740.0270.8742.351变低压500KV11.8920.0842.7180.0842.7187.148侧小计22.19422.29159.5391#、2#G1、G25.3090.1886.0820.1886.08216.361发电机G3、G422.66332.3520.0441.4230.0441.4233.828厂备变500KV7.3070.1374.4320.1374.43211.656侧小计11.93711.93731.845G1、G23.2970.3071.6910.3071.6914.549联变低G3、G414.0780.0710.3910.0710.3911.052压侧500KV4.5395.5070.2201.2120.2201.2123.188小计3.2943.2948.7893#4#厂G1、G27.7940.1284.1410.1284.14111.139备变低G3、G433.2810.0300.9700.0300.9702.609压侧500KV10.07432.3520.0933.0090.0933.0097.914小计8.1208.12021.662G1、G20.9601.0820.4201.1850.4601.130500KVG30.3113.4781.3492.3320.9053.629母线侧G40.3110.3883.4781.3492.3320.9053.629500KV0.110.0003.88010.0003.88010.204小计6.9986.15018.5923#4#发G1、G234.2130.0290.9380.0290.9382.523电机出G32.4460.41913.5550.42113.62036.463口及厂G411.04232.3520.0912.9440.0912.9447.919变低压500KV3.5560.2819.0910.2819.09123.909侧小计26.52826.59370.814

附录二 电气设备选择表位置断路器隔离开关电压互感器电流互感器避雷器熔断器接地开关1#2#发电机LMZD-20FZ-20RN2-203#、4#发电机LMZD-20FZ-20RN2-201#2#启备变咼压侧LW-220GW7-220/1250TYD220/、乜_0.0075LCW-220Y1W-146/320JW1-2203#4#启备变咼压侧DW8-35GW7-500/2500TYD3500/启_0.005LCW-35Y10W1-420/960备用变低压侧ZN12-10厂用变低压侧ZN12-10220KV母线LW-220GW7—220/1250TYD220/、/3』0075LCW-220220KV出线LW-220GW7—220/1250TYD220/虚』0075LCW-220Y10W1-228/565500KV母线SFM-500GW7-500/2500TYD3500^3-0.005LB2-500500KV出线SFM-500GW7-500/2500TYD3500/花-0.005LB2-500Y10W1-420/960联络变高压侧GW7-500/2500TYD3500M/5-0.005Y10W1-420/960联络变中压侧LW-220GW7—220/1250LCW-220联络变低压侧JDX7-35FCZ-35RN2-35JW1-35G

谢辞本文的设计是在导师的悉心指导下完成的。老师以严谨的治学态度、勤奋求实的工作精神及宽厚待人的品质为我今后的工作和生活树立了榜样， 我明白了做学问必须严谨的态度才能有所成果。老师渊博的专业知识、深厚的理论基础及多年积累的科研经验使我受益匪浅。本次设计是我在四年里所学知识的一次综合应用，也是大学期间学习的一次总结，在这里，我向所有辅导过我，帮助过我的老师道声谢谢。