同步发电机的运行课件

NorthChinaElectricPowerUniversity同步发电机的运行主讲人：张国林[e-mail]学习内容1、发电机的基本结构及原理。2、励磁系统基本构成3、发电机运行监视及事故处理4、发电机系统的检查及倒闸操作5、EXC9000励磁装置6、UN5000励磁装置7、发电机附属设备简介：同期装置、热风循环装置，FJR-II绝缘过热监测装置，射频监测装置。问题：同步发电机的工作原理？同步发电机如何启动？同步发电机正常运行、过负荷运行、异步运行、进相运行、过励磁运行各有何特点？300MW水氢氢冷发电机定子同步发电机的运行基本要求1、大型同步发电机参数的特点2、汽轮发电机和水轮发电机参数的特点2、发电机的P-Q图及正常运行特性3、同步发电机的异步运行、不对称运行、进相运行、过励磁运行的特性一、同步发电机的基本知识按原动机分类汽轮发电机水轮发电机燃气轮发电机柴油发电机按冷却介质分类空气冷却氢气冷却水冷却按主轴安装方式分类卧式安装立式安装按主体结构分类旋转电枢式旋转磁极式1、同步发电机的类型2、同步发电机的原理性结构（1）定子：定子铁心+定子绕组1）定子铁心：采用导磁材料，一般为硅钢片，内圆均匀开槽2）定子绕组：共有A,B,C三相绕组对称地放置在定子铁心槽内，用于产生三相感应电动势，接上负载后，向负载输出三相对称交流电流。发电机转子结构（2）转子部分：主要包括转子铁心和励磁绕组1）转子铁心：采用导磁材料，一般由整块钢制成或由钢板叠压而成2）励磁绕组：缠绕在转子磁极铁心上，通入直流电流，产生励磁磁场。（3）气隙：定子与转子之间的空隙电动势的生成原理（1）感应电动势1）感应电动势的产生：励磁磁场随转子旋转，切割定子绕组2）感应电动势的频率：3）感应电动势的波形：正弦变化4）感应电动势的对称性：三相绕组在空间上相差120度，感应电动势相位互差120度60pnf同步发电机的基本工作原理（2）三相负载电流与电磁转矩三相对称电流产生旋转磁场，该磁场与转子励磁磁场作用，产生电磁转矩，其方向与转子旋转方向相反，为制动转矩，原动机要克服电磁转矩做功，实现从机械能转换为电能4、汽轮发电机与水轮机结构简介汽轮发电机：转速高，一般3000r/min，无明显突出磁极，励磁绕组放在转子槽内水轮发电机：转速较低，极数多，励磁绕组套在转子磁极上5、发电机的励磁系统----为同步发电机提供励磁电流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）采用自励恒压中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图采用永磁式中频副励磁机的交流励磁机静止硅整流器励磁系统原理图无刷励磁系统原理图自并励励磁系统原理图静态励磁基本原理图汽轮发电机组定子发出三相100HZ交流电流可控硅整流同步发电机励磁绕组永磁副励磁机定子发出三相400-500HZ交流电流可控硅整流主励磁机转子绕组主励磁机6、发电机的启动锅炉点火升温升压汽轮机暖管升速至额定转速低速暖机校核发电机具备并网条件检修冷备用热备用运行汽轮机启动升速至额定转速后将发电机与系统并列发电机的启动冷备用状态检修人员已向运行人员办理了工作票终结手续，全部检修人员已撤离现场，“在此工作”牌已全部除去，常设遮拦恢复并挂上“高压，生命危险！”标志，所有接地措施均已解除，各部分绝缘电阻测量合格。检修状态发电机处于停止状态，有关电源（出线、励磁系统、电压互感器）及所有的操作电源均已隔绝，并按电气工作票的要求执行安全措施，如在规定部位挂上接地线或合上接地隔离开关，一、二次设备把手上挂好“有人工作，禁止合闸”牌，各有关检修现场已挂上“在此工作”牌。有关气源、水源如：氢气置换，内冷水已停，封闭母线热风循环装置停用等。发电机的启动热备用状态除高压断路器未合外，所有的一/二次设备（包括合上应投入运行设备的隔离开关、电压互感器的初、次级、励磁系统已改至热备用，操作电源已投入）均已投运。运行状态将高压断路器经同期合上，即机组与主系统并列。发电机的冷启动规程备用变向厂用电系统供电；锅炉点火，汽轮机冲转，电液调速打到低转速档，在达到500转/分前，每分钟增加100转，之后，在达到1000转/分时检查机组的振动等情况，暖机半小时，机组过临界时升速率自动改为４００转／分，在达到2800转/分后，电液调速打到高速档，每分钟增加50转，在转速稳定后准备同期并网。自动励磁投入，手动调节励磁，当转速、电压幅值、相角差符合要求时并网运行。发电机接带负荷：增大汽门，同时增加发电机的有功和无功输出，直到达到稳定运行状态。7、发电机中性点接地方式采用非直接接地方式：不接地、经消弧线圈接地、经高阻抗接地。发电机绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路连接元件（主母线、厂用分支、主变压器低压绕组等）的对地电容电流，该电流超过允许值将烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组的绝缘，引起匝间或相间的短路。发电机额定电压（kV）6.310.513.8~15.718~20发电机额定容量（MW）≤5050~100125~200300接地电流允许值（A）432（2.5氢冷）1.5中性点不接地方式适用于单相接地电流不超过允许值的125MW及以下中小机组。发电机中性点应装设电压为额定相电压的避雷器，防止三相进波在中性点反射引起过电压；有发电机电压架空直配时线时，在发电机出线端应装设电容器和避雷器，以削弱进入发电机的冲击波陡度和幅值。经消弧线圈接地方式适用于单相接地电流超过允许值的中小机组或要求能带单相接地故障运行的200MW及以上的大机组。对具有直配线的发电机，消弧线圈可直接接在发电机的中性点，也可接在厂用变压器的中性点，并宜采用过补偿方式；对单元接线的发电机，消弧线圈应接在发电机的中性点，并宜采用欠补偿方式；补偿后的单相电流小于1A，可不跳闸停机，仅作用于信号，提高供电的可靠性。经高电阻接地方式适用于200MW及以上的大机组。具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜。部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻。发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不超过10~15A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护不带时限立即跳闸。8、发电机的冷却方式定子/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1200MW二、同步发电机的参数及其额定值额定容量/额定功率（MV·A/MW）147/125定子线圈温度（℃）90额定定子电压（kV）13.8效率（%）98.35额定定子电流（A）6150绝缘等级B额定功率因数0.85接线方式Y额定转速（r/min）3000励磁方式它励额定频率（Hz）50冷却方式双水内冷及空冷额定励磁电压（V）265定子线圈冷却水平均温升（℃）不大于40额定励磁电流（A）1650125MW同步发电机的主要技术参数额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据300MW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（℃）同步发电机运行参数同步发电机的额定参数电压、电流、功率、功率因数、转速、励磁电流、励磁电压、长期容许温度、冷却介质温度等。额定参数是制造厂家保证发电机能够长期连续运行的技术数据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、铁心温度都不超过容许值，各部分产生的应力都不超过容许限度。发电机可以在各个运行参数不同于额定值时运行冷却介质不同于额定值时对额定容量的影响冷却介质温度不同于额定值容许负荷会增减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，发电机按转子电流容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冷却介质温度比额定值每低1度所增加的电流倍数小于冷却介质比额定值每高1度所降低的电流倍数端电压不同于额定值时发电机运行发电机端电压在额定电压±5%变动发电机可以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%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变化容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容许在不同于额定功率因数运行定子电流不超过容许值高于额定值转子电流不超过容许值低于额定值满足稳定极限进相运行大型发电机参数变化对电力系统影响有效材料利用提高采用直接冷却系统大型发电机参数变化趋势：阻抗值增大，机械时间常数降低线路不长阻抗增大静态稳定储备降低最大电磁转炬与发电机电抗成反比阻抗增大机械时间常数与临界切除时间的平方成正比机械常数降低暂态稳定性能下降合理选择和整定励磁控制的参数同步发电机的正常运行发电机正常运行属于容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、电流等都在容许范围以内，是最常见的额定工作状态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的容许运行范围定子额定电流转子额定电流电流有功分量电流无功分量转子电流限制定子电流限制原动机额定出力限制静态稳定运行限制凸极机的容许运行凸极机与隐极机的安全运行极限基本相同（1、2、3条）在进相运行时，凸极机的安全运行极限比隐极机的大同步发电机的正常运行特性1调整有功功率，维持励磁不变改变进汽门或导水翼有功增加无功减少发电机稳定运行下有功增加的极限为静态稳定极限增加励磁电流可以增大静态稳定极限同步发电机的正常运行特性2调整励磁，维持有功不变改变发电机转子电流发电机处于过励状态向系统输出无功励磁电流越大，向系统输出的无功和定子电流越大发电机处于欠励状态向系统吸收无功励磁电流越小，向系统输出的无功和定子电流越大qfEIcosU同步发电机的非正常运行1最常见的非正常工作状态：过负荷、异步运行、不对称运行电力系统发生故障发电机定子或转子短时过负荷电机绕组可能会超过容许限度过负荷持续时间发电机冷却方式只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续供电，才能容许发电机短时过负荷。同步发电机的非正常运行2励磁系统故障误切励磁开关而失去励磁由于短路使发电机失步发电机异步运行发电机超出同步转速运行发电机转子和定子旋转磁场出现相对运动在转子绕组、阻尼绕组等感应出频差交流电流发电机向系统输出有功转速增大至制动异步转矩与旋转转矩相等同步发电机的非正常运行2发电机异步运行从系统吸收大量无功功率发电机端电压及附近电压下降所需无功功率与发电机电抗和转差率有关汽轮发电机有阻尼绕组的水轮发电机电抗大，转差率小无阻尼绕组的水轮发电机短时间（15-30min）的异步运行是容许的转差率小，阻尼绕组有过热危险容许几秒钟异步运行转速增大，负荷减少为零必须与系统断开同步发电机的非正常运行3负荷不对称（电气机车、电弧炉）输电线路不对称（断线）发电机不对称运行定子绕组额外产生负序电流转子过热