发电机的运行原始.ppt
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1、,发 电 机 的 运 行,河南机电高等专科学校电气工程系2007年10月20号,一、发电机的基本知识,N,S,、发电机原理,原始型,采用永磁磁场,转子线圈上感应出电流经滑环碳刷送出,N,S,随发电机容量增大,改造为定子线圈发电,仍采用永磁磁场.,后来,为了进一步提高发电机容量,和为了发电机负荷和电压调整方便,便把转子磁场由永磁改造为电磁场,、发电机的分类、铭牌额定电流、额定电压、额定容量、COS 4124 10.5 KV 60MW、75MVA 0.8思考题:发电机为什么采用星形连接而不采用三角形连接?,二 同步发电机的运行特性,1.同步,同步电机和异步电机的区别?同步发电机:定子磁场与转子磁场
2、以同方向、同转速旋转。,.空载特性概念:额定转速下,发电机不带负荷,即只加励磁,不并网时的特性。空载特性试验:定速后,逐渐增加励磁,到端电压130%,后逐渐降低励磁,会得到空载特性曲线。,空载特性曲线,Eo,I,作用:和继报保有关,用来求电压 变化率,不饱和电抗值,增加励磁过程,降低励磁过程,磁滞现象,3、发电机的短路特性定子绕组短路,定子绕组电流与励磁电流之间的关系作用:求发电机的同步电抗、断路比,判断转子绕组的匝间短路、发电机的外特性指COS、励磁电流、转速恒定时,发电机定子电流与端电压的变化关系,1.5U,1,I,1.0,0.5,COS=0.8,COS=1,COS(-)=0.8,在滞后的
3、COS下,当定子电流增加时,电压降较大,此时是去磁作用。在超前的COS下,当定子电流增加时,电压反而升高,此时是助磁作用。,5、发电机的调整特性-指电压、转速、COS恒定,改变定子电流时的励磁电流的变化曲线。,COS=0,COS=0.8,COS=1,COS(-)=0.8,0,1,励磁电流,定子电流,1,发电机调整特性曲线,在滞后的COS下,负荷增加,励磁电流也必然增加.-此时去磁作用加强,要维持气隙磁通,必须增加转子磁势.在超前的COS下,负荷增加,励磁电流一般要降低.-这是因为电枢反应有助磁作用.,三、同步发电机的能量输出,1.有关发电机的损耗摩擦损失+风阻 铁芯磁滞+涡流 定子绕组本身的损
4、失,机械损失,铁损,铜损(1%可以忽略),汽轮机输入的功率减去以上损失,剩下的作为有功功率输出,空载损耗,2、同步发电机有功输出当发电机带纯阻性负荷时,出现定子电流,产生定子磁场(电枢反应磁场),阻碍转子磁场前进,汽机转速降低,汽机增加进汽,维持额定转速,使气隙磁场发生歪曲或畸变,即气隙磁场对于主磁场来说,逆着转向偏了一个 角,N,S,F0,发电机转向,发电机空载,=0,N,S,F0,发电机转向,角,F,FR,发电机带负荷时,的大小负荷大小性质有关,纯感性负荷 去磁 端电压,纯容性负荷 助磁 端电压,上两种负荷只会使磁场削弱或加强,但不会扭曲,但是,实际负荷都是感性的,相当于纯阻性和纯感性的叠
5、加,所以它既有使主磁场的扭曲,又有去磁作用.,故,在同步发电机中,气隙磁场轴线和主磁场轴线之间的夹角与发电机输出的有功功率的大小有关.当同步发电机输出的有功功率增大时,原动机输入的有功功率增大,角也随着增大.角也叫做功率角.一般汽轮发电机额定负荷运行,角约为250-300,四、发电机的功角特性,1、发电机的功角特性发电机和无穷大电网并联运行时,发电机的输出功率为:Pde=(UE0/Xd)sin-其中发电机端电压与空载电势的夹角(功率角)U 发电机端电压 E0 发电机空载电势 Xd 发电机同步电抗式中U、E0、Xd都可以认为是常数,这样Pde的大小仅仅与有关,它们之间是正弦函数关系,Pde与之间
6、的关系曲线为功角特性,2.功角特性对运行的影响1.)发电机的功率极限:当角从0900时,有功随增大而增大,当=900时,有功最大。PMAX=UE0/Xd,发电机的功率极限,当=900时,有功随增大而减小当=1800时,有功为0,静态稳定区:汽轮机功率不变,转子在外力的作用下,角发生微小变化,如果原来的工作点在角0900之间,则发电机会通过若干个摆动回到原来的工作点,此区间为静态稳定区非稳定区:如果角在9001800之间,则不会稳定,为非稳定区如果角超过1800,则为逆功率运行,一、发电机的额定运行方式发电机按照制造厂铭牌额定参数运行的方式,称为额定运行方式二、发电机的允许运行方式允许偏离额定值
7、但在一定范围内(一)允许温度和温升超过额定允许运行温度6oC长期运行寿命减半。温升:发电机与周围环境温度之差(二)冷却介质的质量、温度、压力变化范围冷却水的水质、温度和压力空气的温度,四、发电机的运行方式,(三)发电机电压允许变化范围1.电压低于额定值对发电机的影响(1)降低并列运行的稳定性和电压调节的稳定性。例如:容易失步。(2)定子绕组温度升高由于出力不变,电压降低,电流必然增大,定子温度升高(3)影响厂用电动机及整个电力系统的安全运行2.电压高于额定值对发电机的影响(1).转子温度可能超过允许值保持出力不变,需提高电压,励磁电流增加,转子温度升高达到额定值1.31.4倍时,就有可能超过允
8、许值(2)定子铁心温度升高定子绕组发热传递;定子铁心温度升高。定子电压升高,使定子铁心磁通密度增加,铁心损耗明显增加,使定子铁心温度大大增高。,(4)可能使定子结构部件出现局部温度升高定子铁心过度饱和,使磁通通过其他部件例如:机座、支撑筋、齿压板。4.发电机频率允许变化范围正常运行,应保持50HZ。变化范围应在额定值0.2HZ,最大不应超过额定值的0.5HZ。频率超过2.5HZ应立即停机。频率变化较大将对发电机造成较大影响(1)频率降低对发电机的影响。1)频率降低,转子风扇转速下降,通风减少,冷却变坏,绕组和铁心温度上升。2)频率降低时,若增加转子电流来位置机端电压不变,定子铁心磁通增加,饱和
9、,机座上某些部件温度局部高温。3)频率降低时,定子电动势下降,若保持出力不变,定子电流增加,定子温度升高,若增加转子电流保持出力,则增加转子励磁电流,转子温度增加。4)频率降低时,厂用电动机转速下降,出力降低,发电机出力也会降低。恶性循环,将影响系统稳定。,5)频率过低,可能引起汽轮机叶片断裂,频率降低,出力不变,则转矩增加,叶片过负荷而引起震动。(2)频率过高发电机转速增加,转子离心力增加,转子部件损坏,当频率高至汽轮机危急保安器动作,使主气门关闭,机组停止运行。5.发电机功率因数允许变化范围 发电机运行时,定子电流滞后于定子电压一个角度,同时向系统输出有功和无功,称为发电机迟相运行,此时功
10、率因数称为迟相功率因数发电机运行时,定子电流超前于定子电压一个角度,同时向系统吸收无功,用以建立磁场,并向系统输出有功,称为发电机进相运行,此时功率因数称为进相功率因数。,发电机一般运行在迟相状态,向系统发出无功,功率因数一般为0.80.9。一般不得超过迟相0.95。也可运行与或进相运行,只可短时运行。但此时发电机静态稳定性能差,容易引起振荡和失步。发电机的有功无功出力范围取决于以下四个方面:(1)原动机的额定功率(2)定子发热温度(3)转子发热温度(4)发电机进相运行时的静态稳定极限6.定子不平衡电流允许范围不平衡电流的影响:(1).使转子温度升高或局部损坏负序产生倍频电流在转子表面流通,温
11、度升高(2)引起发电机振动,发电机的三相不平衡电流的允许范围(1).正常运行时,不平衡电流不超过额定值的10低于额定值运行时,可大于上述值,但不能超过额定值20(2)长期稳定运行时,每相电流均不大于额定值时,负序电流分量不大于额定值的89%(3)短时耐负序电流的能力应满足I2t10 I指t时间内变化着的负序电流有效值与额定值的比值,t是故障时允许I存在的时间。7.发电机组绝缘电阻允许范围(1).发电机组定子绝缘电阻的规定(2)发电机组转子绕组机励磁回路绝缘电阻的规定(3)发电机励磁机绝缘电阻的规定(4)发电机轴承和测温元件绝缘电阻的规定,五、发电机运行的操作,一、发电机启动前的检查(1)检查发
12、电机、主变压器,高压厂用变压器及辅助设备一、二次回路工作已经全部结束,工作票已经收回,并具备运行条件(2)检查上述设备为检修安全设置的临时安全措施(如接地线、接地隔离开关、短路接线、标识牌等)已全部拆除,固定遮拦和常设固定安全设施已恢复(3)检查一、二次设备及其回路应具备送电条件,检查的要求均案现场规定进行。(4)检查发电机励磁回路及设备正常。(5)检查与启动有关设备的继电保护及自动装置,按规定投入。,2023/9/24,(6)测量绝缘符合要求,测量按现场规定进行。(7)检查机组冷却系统正常(8)启动前的有关实验项目符合要求。二、发电机并列前的预备工作(1)机组的厂用起动电源送电(2)将发变组
13、一、二次电路操作为热备用状态。(3)高压厂变操作为热备用状态。(4)将发电机励磁系统操作为热备用状态(5)向机组的厂用机械送电。(6)将主变的冷却装置投入运行。三、发电机升压和并列操作1.并列条件、方法和注意事项,(1)并列条件准同期并列:达到额定转速后,再并列自同期并列:一般为准同期并列,为避免电流的冲击和转轴受到扭转力矩的作用,必须满足以下条件:1)待并发电机电压与系统电压相等(最大误差不超过10)2)待并发电机频率与系统频率相等(最大误差不超过0.1Hz)3)待并发电机相位与系统相位相同4)待并发电机相序与系统电压的相序一致(2)发电机并列的 方法1)AVR(自动励磁调节器)自动方式(A
14、C)自动准同期并列2)AVR手动方式(DC)自动准同期并列3)AVR自动方式(AC)手动准同期并列4)AVR手动方式(DC)手动准同期并列5)备励方式自动准同期并列5)备励方式手动准同期并列,(3)发电机并列操作注意事项1)无论采用何种方式并列操作,不允许解除同期闭锁,防止非同期合闸。2)无论采用何种方式并列操作,应检查同期检定继电器动作正确,并调整发电机转速,使同步表指针缓慢顺时针方向旋转(410r/min)。若同期表指针旋转不均匀或出现停止及跳动现象,不允许发电机并列。3)在进行自动准同期并列时,若自动调整回路失灵,严禁使用该方式;在采用手动准同期方式并列时,若手动调速失灵,可由汽机值班员
15、进行调整。4)升压操作时,应使定子电压缓慢、均匀地升高;注意定子三相电流接近于零;定子电压升至额定值时,核对转子空载电流、电压符合要求(与历次比较相近),以判断转子绕组有无匝间短路。2.并列发电机地操作(略,具体根据操作票),四、发电机接带负荷和运行中负荷的调整1.发电机接带负荷发电机并网后,按现场规程规定接带负荷。发电机初始有功负荷的大小及增加速度主要决定于汽轮机和锅炉的允许条件,也与发电机的容量、冷热状态起动及运行情况有关。冷态汽轮机起动并网后,其有功功率增加速度不宜过快,否则会使汽轮机进汽量增加过快,汽轮机内部各金属部件受热不均,膨胀不均产生过大的热应力、热变形,引起动静摩擦。对于锅炉而
16、言,有功功率增加过快,锅炉运行参数来不及调节、使汽温、汽压下降,造成汽轮机内部各金属部件疲劳损坏,甚至使主蒸汽带水,严重时发生对汽轮机水冲击而损坏叶片。对于发电机而言,冷态发电机(定子绕组与铁心温度低于额定值的50%)并网后,立即使其带上很大的负载,定子电流增加过快、过大,定子绕组和定子铁心间会产生过大温差,从而损坏定子绕组绝缘。转子因电机容量大,绝缘厚,绕组与铁心温差加大。,另外,转子正常运转时,后离心力作用压紧转子绕组与钢体紧固为整体。若有功增加过快,励磁电流相应增加也快,转子绕组受热膨胀不能自由伸展,使转子绕组绝缘损坏和发生残余变形。另外,水冷发电机组的电磁负荷较大,有功功率增加太快,对
17、定子端部绕组造成过大冲击力,影响端部固定。同时冷台机组起动并网后,应按一定速度带初始有功。按汽轮机要求,先进行初负荷暖机和不同负荷段暖机,再逐步带上额定负荷。具体参数以厂家参数标准。发电机并网后,其无功负荷增长速度影响转子绕组绝缘,故应缓慢均匀地增加无功。接带初始无功应使功率因数值再范围内,即初始无功初始有功的3362(前者为低限、后者为高限)2.发电机负荷的调整 发电机正常运行时,由于系统负荷发生变化,因此运行人员应按照给定的负荷曲线或调度命令,及时对发电机的有功和无功进行调整。,对于大容量的单元机组,如300汽轮发电机组,其有功调节是通过机组协调控制系统(CCS)、数字电液调节系统(DEH
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