汽轮发电机运行.ppt
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1、汽轮发电机运行,哈尔滨大电机研究所 沈梁伟 2010.12,资料来源,IEEEstd67-2005 汽轮发电机运行、维护导则IEEEc37 102 交流发电机保护导则DL/T 汽轮发电机运行规程GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程DL/T 684-1999 发电机变压器组继电保护整定计算导则,内容,一.汽轮机与发电机容量匹配二.发电机运行范围和监测三.非额定运行四.发电机经济运行五.常见故障分类六.发电机保护七.运行中各种异常情况和检查八.安全警示,一.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温度(湿度等),发电机基本定额对应于
2、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。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气轮机相配匹,要大于相应环境温度时燃气轮机的出力。,续,3.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炉(HRSG)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。在多轴联合循环中:
3、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1.5倍。,二.发电机运行范围和监测,1.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: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
4、,但发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。,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400C作为设计基准和温升考核基准 风温允许范围:空气或氢气,开启式-200C-+500C,P 200MW空冷400C+-2,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差,减少热应力2.次级冷却介质水温:开式5-330C,闭式循环380C,冷却器按此设计3.制造厂应提供初级冷却介质在允许运行范围内的出力以检查与拖动机的容量配匹是否
5、满足要求4.若发电机用改变氢气压力、改变功率因数、设立峰值容量等方法来与拖动机的最大容量相配匹,需得到用户的同意,绝缘耐温等级与允许温度,1.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IEC标准规定的温升极限或最高温度可靠连续运行的等级。同步电机绝缘等级分为130(B)、155(F)、或180(H)。2.允许温度与温升指按IEC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、通风结构等有关。大型发电机一般都降一级考核,如F级按B级考核,这不是提高出力留的裕度,而是确保运行安全的必要裕度。3.发电机不可能按现场环境逐一对应设计,而是依照典型
6、环境条件作标准设计(进风温度为400C)。如有特殊要求可采用系列中上一挡容量来满足,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,除非另有规定,否则规定如下:1.燃气轮发电机每年起动允许500次,设计寿命为20年2.可调峰运行(包括两班制)发电机,寿命期内允许起动10000次,设计寿命为30年。3.基本负载发电机,允许起动3000次,设计寿命为40年。4.核电发电机带基本负荷,寿命期内允许起动3000次,设计寿命为60年。无论那种工作制的发电机,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,以保证发电机在寿命期内的可靠运行。,运行期间电压频率变化,空载过励磁曲线
7、,出力曲线和效率曲线,发电机V型曲线,发电机负载与氢气冷却器进水温度、氢气压力关系曲线,配燃机发电机出力曲线,几点提示,1.氢内泠却发电机不能在空气下带负荷运行,空转或co2下的转速不能超过50%额定转速2.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,供氢、供co2管路与发电机已隔离,机内巳经是大气压力5.集电环投运前与碳刷要预磨合,电刷种类和电密要合适,调整时应注意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:定子绕组水系统通500c水、水质不变继续循
8、环。机内充0.01MP空气增压,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。,发电机监测参数项目表,发电机监测参数项目表,发电机监测参数项目表(续),三.非额定运行,非额定运行规定见JB/T 10499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不可能完全排除的非正常运行状态。,我国避免电网大仃电的经验,全世界至今共发生过23次失去功率800万KW的大仃电其中2003年8月14日美加大仃电损失功率70000MW尤为引人深思。中国电力系统安全稳定导則 规定的三道防线:当线路故障跳闸引起负荷
9、转移时,从保护/稳控技术和无功功率储备上避免连锁跳闸,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连锁跳闸,系统都会在短时内恢复同步运行,避免出现大停电。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。,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,还要保证经济运行(获取最大经济效益),要知道我们能做什么?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、节能环保低碳和安全,最好双赢,当不能兼得时,安全稳定更重要。
10、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。,89,发电机的性能,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2、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B)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)4、调整无功和电压支撑(增减励磁)5、突然短路能力,90,发电机组自身的局限,耐振荡能力: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态短路电流能力:
11、机组越大相对能力越小(标幺值),91,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0.6倍的额定有功功率,此时定子电流不超过1.01.1倍额定值,失磁异步运行不超过20min;直接冷却的300MW及以下发电机组可以在失磁后60s内减负荷至额定有功功率的60,90s内降至40,在额定定子电压下带0.4倍额定有功,定子电流不超过1.01.1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户与制
12、造厂协商决定。水轮发电机一般不宜失磁运行。,92,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: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;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,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议。,93,汽轮发电机耐振荡能力,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,带励磁表示发电机发出有功和无功,但电
13、流偏离50Hz,电网还是50Hz,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: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差。,94,发电机E,电力系统U,当发电机E频率与电力系统U频率不等时,产生差拍振荡。振荡UmaxEU,振荡UminEU,振荡的频率ffEfU的差值。振荡电流最大值:Imax=(EU)/z振荡电流最小值:Imin=(EU)/z例如:当频率差为1时(如5049),振荡频率就是1Hz,即每秒钟一次。特征明显。,95,失稳振荡保护原则,振荡的危害1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
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