发电厂电气运行检修培训_项目2_同步发电机运行

一、同步发电机原理及基本结构二、发电机启动与正常运行三、发电机异常运行项目二同步发电机运行一、发电机工作原理及基本结构1.交流电机的结构2.同步发电机类型3.同步发电机原理及结构4.同步发电机励磁系统1.交流电机的结构异步电动机同步电动机2.同步发电机原理主磁场的产生：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即产生主磁场。载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。感应电动势：原动机拖动转子旋转，主磁场随转轴一起旋转并依次切割定子各相绕组，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。f=pn60感应电动势的频率频率与转速间有严格不变的关系n=60fp=60×501=3000(r/min)pn130002150031000……p___极对数n___同步转速(转/分)其中例:n=60fp50601.同步发电机原理2.同步电机的类型按运行方式分发电机——将机械能转换成电能输出汽轮发电机——原动机为汽轮机水轮发电机——原动机为水轮机其他发电机——原子能、风力、柴油发电机等。电动机——将电能转换成机械能输出调相机——不带有功负荷的同步电动机，专门用来发出无功功率，又称为补偿机。按转子结构形式分隐极式高速电机，卧式用于汽轮发电机凸极式低速电机，立式，用于水轮发电机。隐极机转子凸极机转子2.同步电机的类型定子：定子铁心+定子绕组3.同步电机的结构转子部分：主要包括转子铁心和励磁绕组3.同步电机的结构3.同步电机的结构3.同步电机的结构什么是励磁？导体切割磁力线感生电动势e励磁就是提供一个磁场BE=4.44fNΦ对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ4.同步发电机励磁系统4.同步发电机励磁系统励磁系统组成励磁功率单元：一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场。励磁控制部分：用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要。包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等。4.同步发电机励磁系统励磁系统任务在正常情况下，供给发电机励磁电流，并根据发电机电压、负荷及功率因数的变化调整发电机的励磁电流，以维持发电机端电压为规定的水平。合理分配并列运行发电机间的无功负荷。发电机电压急剧降低时，迅速加大励磁电流，以改善系统的运行条件，提高系统的稳定性和可靠性。励磁方式直流励磁机交流励磁机静止励磁方式交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）交流励磁机旋转整流器励磁方式（无刷）励磁方式4.同步发电机励磁系统~～励磁调节器～交流静止整流器励磁方式（三机同轴励磁）中频副励磁机500Hz主励磁机100Hz同步发电机50Hz发电机转轴灭磁开关TVTA4.同步发电机励磁系统~～交流旋转整流器励磁方式（无刷励磁）中频副励磁机500Hz主励磁机100Hz同步发电机50Hz～励磁调节器灭磁开关4.同步发电机励磁系统无刷励磁系统主要由主励磁机、副励磁机、旋转整流器、自动电压调节器（AVR）、灭磁开关与转子过电压保护装置等组成。G启励元件启励电源滑环励磁调节器VSTRTV静止励磁方式（自并励系统）4.同步发电机励磁系统在正常运行时，能按照负荷电流和电压的变化，自动地改变励磁电流，以维持电压在给定值水平，并能稳定分配机组间的无功负荷；应有足够的功率输出，在电力系统发生事故，电压降低时，能迅速地将发电机的励磁加大到最大值，以实现强行励磁的作用；4.同步发电机励磁系统励磁调节器励磁调节器主要作用发电机通过闭合磁场断路器，然后闭合起励回路中的电源断路器，使发电机励磁。最初的励磁电流能使发电机的电压上升到额定电压的15~30％。当达到额定电压的10％的时候，整流单元就可以运行，并且参与建立发电机电压过程；当发电机电压超过额定电压的70％时，起励回路断路器在电流为零的条件下断开。然后整流器装置在自动电压调节器的控制下，提供磁场电流，从而精确的调节同步发电机的电压和无功功率。励磁调节器发电机起励4.同步发电机励磁系统发电机端出现故障，如短路、错误的同步或异步运行，会引起反向的感应磁场电流，该电流在转子回路中会产生过电压。过电压保护采用跨接器电路，转子回路出现过电压时，与灭磁电阻器相连的晶闸管被触发，立即将灭磁电阻器并联连接到转子回路上，同时发出跳闸命令使磁场断路器立即断开。4.同步发电机励磁系统过电压保护励磁调节器正常停机时采用逆变灭磁，事故停机时跳开磁场断路器，投灭磁电阻灭磁。ABB的标准解决方案是交流灭磁，包括安装于整流桥交流侧的磁场断路器、晶闸管跨接器、灭磁电阻以及脉冲截止回路等。当收到来自发电机保护或者内部的励磁保护跳闸命令，在断开交流磁场断路器的同时截止脉冲并触发晶闸管跨接器以接通灭磁电阻。励磁调节器灭磁方式4.同步发电机励磁系统5.发电机冷却方式发电机的发热部件:主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。必须采用高效的冷却措施，使这些部件所发出的热量散发除去，以使发电机各部分温度不超过允许值。水-氢-氢冷却方式:即发电机定子绕组及引线是水内冷，发电机的转子绕组是氢内冷，转子本体及定子铁芯是氢气表面冷却。为此，发电机还设有定子水冷系统，发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。发电机定子冷却水系统的主要作用：用以保证向线圈不间断的供水，使定子线圈得到冷却，使定子线圈温度保持在允许范围内。应监视进出水温、水压、流量和水的导电率等参数。系统还设有自动水温调节器，以调节定子线圈进水温度，使之保持基本稳定，另外，系统还设置了离子交换器，用以提高和保持冷却水的水质。5.发电机冷却方式系统的主要设备:定子冷却水箱、定子冷却水泵、定冷水冷却器、定子水滤网、离子交换器、导电度仪等及有关管道、流量控制开关、阀门组成。5.发电机冷却方式5.发电机冷却方式发电机氢冷系统的功能:用于冷却发电机的定子铁芯和转子，并采用二氧化碳作为置换介质。发电机氢冷系统采用闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗；另外氢气的传热系数是空气的5倍，换热能力好；氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟。但是最大的缺点是一旦于空气混合后在一定比例内（4%～74%）具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳都设计成防爆型，气体置换采用CO2作为中间介质。5.发电机冷却方式二、发电机启动与正常运行1.同步发电机启动2.同步发电机运行参数3.同步发电机正常运行同步并列方法准同步并列:将待并发电机加励磁，转速升至接近同步转速，调整到符合并列条件时并入电网同步运行。自同步并列:将待并发电机转速升至接近同步转速时，并入电网运行，然后加励磁由系统拖入同步。1.同步发电机启动准同步并列理想条件（1）待并发电机的电压与电网电压大小相等。（2）待并发电机的频率与电网频率相同。（3）待并发电机的电压与电网电压相位相同。（4）待并发电机的电压相序与电网电压相序相同。0EhIUdxQFUFUUFUUF1.同步发电机启动2.同步发电机运行参数发电机冷却方式定子/转子绕组/定子铁芯最大单机容量全氢冷880MV·A水氢氢1200MW水水空600MW水水氢1700MV·A全水冷1200MW300MW同步发电机的主要技术参数额定功率（MW）300效率（%）98.8额定定子电压（kV）20绝缘等级F额定定子电流（A）10189接线方式YY额定功率因数0.85励磁方式机端自并励额定转速（r/min）3000冷却方式水氢氢额定频率（Hz）50定子线圈冷却水平均温升（℃）额定励磁电压（V）302额定氢压（Mpa)0.31额定励磁电流（A）2510短路比0.55定子线圈温度（℃）发电机额定参数2.同步发电机运行参数发电机额定参数电压、电流、功率、功率因数、转速、励磁电流、励磁电压、长期允许温度、冷却介质温度等。发电机在额定参数下可长期运行，也可以在各个运行参数不同于额定值时运行发电机运行规程的原则：在运行中不要发生电气损坏、机械故障和缩短寿命，即定子绕组、转子绕组、铁心温度都不超过允许值，各部分产生的应力都不超过允许限度。2.同步发电机运行参数冷却介质不同于额定值时对额定容量的影响3.同步发电机正常运行冷却介质温度不同于额定值允许负荷变化定子绕组和转子绕组温度不超过容许值冷却介质温度低于额定值，发电机按转子电流允许增大的倍数提高出力冷却介质温度高于额定值，发电机按定子电流限制来减少出力端电压不同于额定值时发电机运行3.同步发电机正常运行发电机端电压在额定电压±5%变化时，发电机保持额定出力不变。定子电压降低5%定子电流增加5%定子电压增加5%定子电流降低5%定子电压低于95%定子电流不超过额定值的5%发电机降低出力定子电压高于105%端电压最高和最低限值为额定值的110%-90%3.同步发电机正常运行频率和功率因数不同于额定值时发电机运行运行频率在±0.5HZ变化允许发电机保持额定出力不变频率高于额定值转子机械强度限制发电机效率下降频率低于额定值发电机各部分温度升高汽轮机叶片易损坏发电机允许在不同于额定功率因数运行定子电流不超过允许值高于额定值转子电流不超过允许值低于额定值满足稳定极限进相运行sincos0tMxUEmmUIP发电机并列于无穷大电网时，发电机的端电压U大小不变；励磁电流不变时，空载电动势E0大小不变，此时电磁功率只与功角有功。功角特性反映了同步发电机的电磁功率随着功角变化的情况。功角特性与静态稳定3.同步发电机正常运行0δ900PMPMmax1800隐极机功角特性曲线电磁功率。发电机从电网吸收增加而减少；随达到功率极限值；增加而增加随，0P，1803)δ（δP,180δ(3)90PP，90(2)δ；δP,90δ(1)0M0M00MmaxM0M03.同步发电机正常运行功角特性与静态稳定NSFδδNSFfT1nTMn1功角δ是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角。功角不仅决定发电机并联运行时的输出功率，而且说明转子运动的空间位置，把电磁变化关系和机械运动紧密联系起来。功角的物理含义功角特性与静态稳定3.同步发电机正常运行指电网或原动机方面出现某些微小扰动时，同步发电机在干扰消失后，能否恢复到原来的稳定状态。PM0δ9001800acbMPabcc静态稳定分析（a点）扰动消失后，由于PM＞P1，制动转矩＞驱动转矩，转子减速重新回到a点原动机输入功率增加△P1功角增加△δ电磁功率增加△PM发电机稳定运行与C点静态稳定3.同步发电机正常运行PM0δ9001800acbMPabcc静态稳定分析（b点）由于PM＜P1，制动转矩＜驱动转矩，转子加速；功角进一步增加，即使扰动消失，转子仍继续加速，最后导致发电机失步。原动机输入功率增加△P1功角增加△δ电磁功率减少△PM3.同步发电机正常运行3.同步发电机正常运行发电机容许运行范围取决于四个条件：①原动机额定功率大于或等于发电机额定功率②定子发热决定发电机额定容量③转子发热决定发电机磁场和励磁机的最大励磁电流④进相运行时发电机有功输出受到静态稳定限制发电机允许运行范围发电机正常运行是指发电机允许长期连续运行的工作状态发电机的有功负荷、无功负荷、电压、电流等都在允许范围以内。发电机的P-Q图（曲线）：表示其在各种功率因数下允许的有功功率输出P和允许的无功功率输出Q的关系曲线——又称为发电机的安全运行极限3.同步发电机正常运行发电机允许运行范围定子电流限制原动机额定出力限制静态稳定运行限制转子电流限制无功功率调节：调节励磁电流，改变无功输出性质和大小，有功输出不变。有功功率调节：调节原动机的输出功率（改变汽门或水门大小）→有功功率输出变化→无功功率Q也变化。同步发电机有功和无功功率调整3.同步发电机正常运行有功功率与无功功率调节的影响①调节励磁电流，有功输出不变；调节励磁电流，改变无功输出性质和大