【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)的極對(duì)數(shù)p 、轉(zhuǎn)速 n一定時(shí)，則定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率一定，即轉(zhuǎn)速與頻率保持不變的關(guān)系。我國電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率規(guī)定為50Hz，因此，當(dāng) n =3000r/min 時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)為一對(duì)極；當(dāng) n =1500r/min 時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)為兩對(duì)極，依次類推。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的三相繞組與負(fù)載接通時(shí)，對(duì)稱三相繞組中流過對(duì)稱三相電流 ，并產(chǎn)生一 個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ( 定子磁場(chǎng) )，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n=60f╱p 。即定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以相同的方向、相同的速度轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，故稱為同步發(fā)電機(jī)。 同步發(fā)電機(jī)的工作特性 同步發(fā)電機(jī)帶對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主要有負(fù)載電流 I 、功率因數(shù) cos φ、端電壓 U，勵(lì)磁電流 IL 等幾個(gè)互相影響的變量，這些物理量每?jī)蓚€(gè)量之間的關(guān)系，稱為同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。1. 空載特性同步發(fā)電機(jī)的空載特性，是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速nN，定子繞組開路 (I=0) 時(shí)空載電動(dòng)勢(shì)E與勵(lì)磁電流 IL 的關(guān)系曲線，如圖 312 所示。由圖 3 12可見，空載特性曲線與發(fā)電機(jī)磁路的磁化曲線相同?？蛰d特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一，它表征了發(fā)電機(jī)磁路的飽和情況，利用它可以求得同步發(fā)電機(jī)的參數(shù) ，在實(shí)際生產(chǎn)中還可利用該曲線判斷發(fā)電機(jī)的一些故障情況，如勵(lì)磁繞組有無匝間短路故障。如果勵(lì)磁繞組有匝間短路，在相同的勵(lì)磁電流下，勵(lì)磁磁通勢(shì)減小，曲線下降。2. 短路特性所謂短路特性，是指發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，定子三相繞組短路時(shí)，定子穩(wěn)態(tài)短路電流 I 與勵(lì)磁電流 IL 的關(guān)系曲線，即 I=f（IL）如圖 313 所示。在做短路特性試驗(yàn)時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)三相繞組的出線端短路。然后，維持轉(zhuǎn)速不變 ，增加勵(lì)磁，讀取勵(lì)磁電流及相應(yīng)的定子電流值，直到定子電流I達(dá)到額定電流值時(shí)為止。在試驗(yàn)過程中，調(diào)整勵(lì)磁電流時(shí)不要往返調(diào)整。在做短路特性試驗(yàn)時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)三相繞組的出線端短路。然后，維持轉(zhuǎn)速不變 ，增加勵(lì)磁，讀取勵(lì)磁電流及相應(yīng)的定子電流值，直到定子電流I達(dá)到額定電流值時(shí)為止。在試驗(yàn)過程中，調(diào)整勵(lì)磁電流時(shí)不要往返調(diào)整。短路試驗(yàn)測(cè)得的短路特性曲線，不但可以用來求取同步發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)：飽和的同步電抗與短路比。在實(shí)際工作中，也常用它來判斷勵(lì)磁繞組有無匝間短路等故障。顯然，勵(lì)磁繞組存在匝間短路時(shí)，因安匝數(shù)的減少，短路特性曲線是會(huì)降低的。3. 負(fù)載特性負(fù)載特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速、定子電流為額定值，功率因數(shù)等于常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓與勵(lì)磁電流之間的曲線，即 U =f(IL) 。不同功率因數(shù)時(shí)的負(fù)載特性曲線。當(dāng)cos φ值不同時(shí)，我們即可得到不同負(fù)荷種類的特性曲線。用負(fù)載特性曲線、空載特性曲線、短路特性可以測(cè)得發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)，這是發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。4. 外特性同步發(fā)電機(jī)的外特性，是指發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，保持勵(lì)磁電流和功率因數(shù)不變時(shí)，端電壓U與負(fù)載電流 I 之間的關(guān)系曲線。圖 315 所示為發(fā)電機(jī)帶不同功率因數(shù)負(fù)載時(shí)的外特性曲線。曲線 1為感性負(fù)載時(shí)的外特性曲線 ，它是隨 I 增大而下降的曲線，這是因?yàn)?，?dāng)感性負(fù)載電流增加時(shí)，由于電樞磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)呈去磁作用，同時(shí)漏抗壓降隨之增大 ，所以端電壓隨之下降；曲線 2 是純電阻負(fù)載時(shí)的外特性曲線，這是一條略有下降的曲線，這是因?yàn)?，?dāng) cos φ=1 時(shí)，負(fù)載電流 I 仍滯后于 E ，其電樞磁場(chǎng)也有去磁作用，但去磁程度較??；曲線 3 是容性負(fù)載時(shí)的外特性曲線 ，它是隨 I 增大而上升的曲線，這是因?yàn)椋菪载?fù)載電流增加時(shí)，電樞磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)呈助磁作用，電樞磁場(chǎng)的助磁作用隨電流增加而增強(qiáng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，所以端電壓隨之上升。 發(fā)電機(jī)的并列發(fā)電機(jī)并列操作是電力系統(tǒng)中很重要的一項(xiàng)操作 , 必須認(rèn)真對(duì)待 , 以便在并列操作以后 , 能很快達(dá)到同步運(yùn)行的目的。如操作不正?；虬l(fā)生誤操作 , 將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的后果 , 可能發(fā)生巨大的沖擊電流 , 甚至比機(jī)端短路電流還大得多 , 會(huì)引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降 , 使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至瓦解。為了使并列操作后發(fā)電機(jī)迅速進(jìn)入同步運(yùn)行 , 一般采用準(zhǔn)同期并列。在實(shí)際操作過程中應(yīng)符合下列規(guī)定 : 1）發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓差不大于 10% 額定電壓。2) 。3) 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)相位相同。4) 安裝或大修后的發(fā)電機(jī)還應(yīng)檢查與系統(tǒng)的相序一致。5) 同步表轉(zhuǎn)動(dòng)太快、跳動(dòng)、停滯時(shí)禁止合閘。6) 同步表連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不應(yīng)超過15mno7) 禁止其他同期回路的操作。 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁體統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵(lì)磁電流，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出，整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配。因此，勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面：(l) 在正常運(yùn)行條件下，供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，并根據(jù)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的情況，相應(yīng)地調(diào)整勵(lì)磁電流，以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在給定水平上；(2) 使并列運(yùn)行的各同步發(fā)電機(jī)所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配；(3) 增加并入電網(wǎng)運(yùn)行的同步電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩，以提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性及輸電線路的有功功率傳輸能力；(4) 在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，將勵(lì)磁電流迅速增到足夠的頂值，以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；(5) 在同步發(fā)電機(jī)突然解列，甩掉負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)減，將勵(lì)磁電流迅速降到安全數(shù)值，以防止發(fā)電機(jī)電壓的過分升高；(6) 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，進(jìn)行快速滅磁，將勵(lì)磁電流迅速減到零值以減小故障損壞程度；(7) 在不同運(yùn)行工況下，根據(jù)要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行過勵(lì)磁限制和欠勵(lì)磁限制，以確保同步發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 火力發(fā)電廠的電氣部分設(shè)計(jì)內(nèi)容火力發(fā)電廠的電氣設(shè)備可分為電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備。通常把生產(chǎn)、輸送、分配電能的設(shè)備稱為一次設(shè)備,包括:(1)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備:如發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能,變壓器使電壓升高或降低，以滿足輸配電需要。這些都是發(fā)電廠中最主要的設(shè)備；(2)接通或斷開電路的開關(guān)電器:如斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器之類,它們用于正?；蚴鹿蕰r(shí)，將電路閉合或斷開；(3)限制故障電流和防御過電壓的電器:如避雷器；(4)接地裝置:無論是電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的工作接地還是保護(hù)人身安全的保護(hù)接地，均采用金屬接地體埋入地中(或連成接地網(wǎng))；(5)載流導(dǎo)體:如母線、電纜等，它們按設(shè)計(jì)的要求，將有關(guān)電氣設(shè)備連接起來。還有一些電氣設(shè)備，是對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視和保護(hù)用的，稱為二次設(shè)備，包括:（1)儀用互感器:如電壓互感器和電流互感器，可將電路中的電壓或電流降至較低的值，供給儀表和保護(hù)裝置使用；(2)測(cè)量表計(jì):如電壓表、電流表、功率因數(shù)表等，用于測(cè)量電路中的參量值；(3)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置:這些裝置能迅速反映不正常情況并進(jìn)行調(diào)節(jié)或作用于斷路器跳閘，使故障切除；(4)直流設(shè)備:包括直流發(fā)電機(jī)組、蓄電池等，供給保護(hù)和事故照明的直流用電。表示一次設(shè)備電氣連接關(guān)系的高壓電氣回路稱為一次回路,在火力發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì)中，一次回路的設(shè)計(jì)是主體，它是保證供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的關(guān)鍵，并直接影響著電氣部分的投資。同時(shí)，它與繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和二次接線的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。當(dāng)火力發(fā)電廠接入電網(wǎng)時(shí)，它對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性也將發(fā)生直接影響。一次回路設(shè)計(jì)需根據(jù)該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力資源、電網(wǎng)現(xiàn)狀、電網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃、近區(qū)負(fù)荷和鄰近電源情況進(jìn)行。在設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)法律法規(guī)、方針政策，按照現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范的要求進(jìn)行。應(yīng)積極慎重地推廣國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，因地制宜地采用新設(shè)備、新材料和新布置。必須從實(shí)際出發(fā)，按照需要與可能、近期與遠(yuǎn)期相結(jié)合的原則，合理布局。電氣一次部分設(shè)計(jì)，通常包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:(1)發(fā)電廠與電網(wǎng)的連接:根據(jù)地方的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及發(fā)電廠接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定本發(fā)電廠的送電地區(qū)、輸電電壓等級(jí)、出線回路數(shù)目、輸電容量以及電網(wǎng)對(duì)本發(fā)電廠的運(yùn)行方式、穩(wěn)定措施等方面的要求；(2)電氣主接線:論證、選定電氣主接線；(3)廠用電系統(tǒng):確定廠用電源的取得方式與廠用電電壓等級(jí)，統(tǒng)計(jì)廠用電高低壓負(fù)荷，選擇高壓、低壓廠用變壓器容量、臺(tái)數(shù)，確定廠用電接線；(4)電氣設(shè)備選擇:計(jì)算短路電流，按照短路電流計(jì)算結(jié)果選擇變壓器、斷路器、隔離開關(guān)和互感器等電氣設(shè)備的型式、規(guī)格及有關(guān)技術(shù)參數(shù)；(5)設(shè)備布置:包括主廠房?jī)?nèi)、外的電氣設(shè)備平面布置和升壓站布置；(6)過電壓保護(hù)和接地:選定主廠房及電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)方式、保護(hù)設(shè)備型式、規(guī)格及其布置位置，計(jì)算接地電阻及敷設(shè)接地裝置等。3 電氣主接線設(shè)計(jì)發(fā)電廠和變電所的電氣主接線，是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成接受和分配電能的電路，也稱為一次接線。它反映各設(shè)備的作用、連接方式和各回路間相互關(guān)系，從而構(gòu)成發(fā)電廠或變電所電氣部分的主體。電氣主接線是保證出力、連續(xù)供電和電能質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著配電裝置的布置、繼電保護(hù)的配置、自動(dòng)裝置和控制方式的選擇，它必須滿足工作可靠、調(diào)度靈活、運(yùn)行檢修方便且具有經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性等基本要求。 電氣主接線的基本要求(1)保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門帶來的損失將更嚴(yán)重，往往比少發(fā)電能的損失大幾十倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢、城市生活混亂等經(jīng)濟(jì)損失和政治影響，更是難以估量。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。 (2)具有一定的靈活性和方便性主接線不僅正常運(yùn)行時(shí)能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時(shí)，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡(jiǎn)便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小。(3)具有經(jīng)濟(jì)性在主接線設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足供電可靠的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)為最少，注意節(jié)約占地面積和搬遷費(fèi)用，在可能和允許條件下應(yīng)采取一次設(shè)計(jì)，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。(4)具有發(fā)展和擴(kuò)建的可能性在設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)留有余地，不僅要考慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。 設(shè)計(jì)步驟電氣主接線的一般設(shè)計(jì)步驟如下:(1)對(duì)設(shè)計(jì)依據(jù)和基礎(chǔ)資料進(jìn)行綜合分析；(2)選擇發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)和容量，擬定可能采用的主接線形式；(3)確定主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量；(4)廠用電源的引接；(5)論證是否需要限制短路電流，并采取什么措施；(6)對(duì)選出來的方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合比較，確定最佳主接線方案。 電氣主接線分析1）單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線優(yōu)點(diǎn)：在正常工作時(shí)，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開關(guān)，都是斷開的，旁路母線不帶電，通常兩側(cè)的開關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時(shí)兩兩互為熱備用；檢修QF時(shí)，可不停電；可靠性高，運(yùn)行操作方便。缺點(diǎn)：增加了一臺(tái)旁路斷路器的投資。2）雙母線接線優(yōu)點(diǎn)：供電可靠，調(diào)度方式比較靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗(yàn)。缺點(diǎn)：由于220KV電壓等級(jí)容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行人員要求高。3）雙母線帶旁路母線的接線優(yōu)點(diǎn)：增加供電可靠性，運(yùn)行操作方便，避免檢修斷路器時(shí)造成停電，不影響雙母線的正常運(yùn)行。缺點(diǎn)：多裝了一臺(tái)斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作。 對(duì)原始資料的分析從原始資料可以知道，本電廠屬于地區(qū)性火力發(fā)電廠，有兩臺(tái)300MW的發(fā)電機(jī)組成，建成后總?cè)萘繛?000MW，該電廠的發(fā)電容量除了本廠廠用電后剩余的電力向系統(tǒng)供電。因此，本電廠在系統(tǒng)中有重要作用。電廠是否安全、可靠運(yùn)行直接影響該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益，可見該電廠的重要性。 電氣主接線方案 300MW發(fā)電機(jī)G1，G2采用單元接線通過雙繞組的變壓器與330KV母線相連，220KV電壓級(jí)出線為6回，因此其供電要充分考慮其可靠性，所以我們采用雙母線接線。這樣一來就避免了斷路器檢修時(shí)，不影響對(duì)系統(tǒng)的供電，斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，保證了可靠的供電。在330KV、及廠用電6KV的兩個(gè)等級(jí)上采用的聯(lián)絡(luò)變壓器為三相三繞組變壓器相連。330KV母線采用雙母接線。方案性能方案可靠性1）接線簡(jiǎn)單，設(shè)備本身故障率少；2）故障時(shí)，停電時(shí)間較長(zhǎng)。靈活性1）運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，靈活性差；2）各種電壓級(jí)接線都便于擴(kuò)建和發(fā)展。經(jīng)濟(jì)性1）設(shè)備相對(duì)少，投資小。4 變壓器的選擇 變壓器概述 變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備 , 是電力系統(tǒng)中輸電、變電、配電時(shí) , 用以改變電壓、傳 輸交流電能的電氣設(shè)備 , 它應(yīng)用電磁感應(yīng)原理把一種電壓等級(jí)的交流電壓轉(zhuǎn)換成相同頻率的 另一種電壓等級(jí)的交流電壓。在發(fā)電廠中 , 變壓器是最重要的電氣設(shè)備之一。發(fā)電廠中的變壓器包括主變壓器、啟動(dòng) / 備用變壓器、高壓廠用變壓器 , 以及低壓廠用變壓器等。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的 , 主要部分是兩個(gè) ( 或兩個(gè)以上 ) 互相絕緣的繞組 , 套在共同的鐵心上 , 繞組之間通過鐵心這一磁場(chǎng)而禍合 , 繞組間沒有電路上的直 接聯(lián)系 ( 自禍變壓器的高中壓繞組間例外 ) 。繞組中接電源的一方稱為原方、原邊或一次繞 組 , 接負(fù)載的一方稱副方、副邊或二次繞組。一次繞組接通交流電源后 , 會(huì)有交流電流通過其中。交流電流同時(shí)在鐵心中產(chǎn)生交變磁 通 , 交變磁通同時(shí)交鏈一、二次繞組 , 根據(jù)電磁感應(yīng)定律我們知道 , 二次繞組中將感應(yīng)出電 動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的二次側(cè)因而向負(fù)載輸出電能 , 而且由于一次、二次繞組匣數(shù)不同 , 使電能在通過變壓器傳輸?shù)耐瑫r(shí) , 電壓等級(jí)發(fā)生了改變。電廠中的電力變壓器一般是三相的 , 按繞組數(shù)可分為雙繞組、三繞組 , 三繞組一般連接 三個(gè)電壓等級(jí) , 發(fā)電廠中的主變壓器、低壓廠用變壓器以雙繞組為