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同步發(fā)電機的運行-文庫吧資料

2025-06-02 22:32本頁面
  

【正文】 ,=變數(shù))和勵磁調(diào)整(=常數(shù),=變數(shù)),現(xiàn)將這兩種工作狀態(tài)下的調(diào)整特性分別敘述如下。曲線的作圖法如下:在理論穩(wěn)定邊界上先取一些點,然后保持不變,連接這些新點就構(gòu)成了曲線。因為發(fā)電機有突然過負荷的可能性,必須留有余量。值降低 (角增大)時,由于轉(zhuǎn)子電流的限 制,相量端點只能在弧線上移動,此時轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用; 值增大 (角減小)時,由于定子允許電流的限制,相量端點只能在弧上移動,此時轉(zhuǎn)子電流未得到充分利用;過D點后,繼續(xù)增大,由于原動機額定出力的限制,運行范圍不能超過直線(圖中長度代表額定輸出功率)。根據(jù)上述允許運行范圍的條件,在兩個圓弧范圍以內(nèi)才允許運行。上述圖形還可用來表示功率因數(shù)變化時發(fā)電機出力的影響和限制。如以恒定電壓乘以電流的各分量,所得的值分別表示有功功率,無功功率。以汽輪發(fā)電機為例,假定同步電抗為常數(shù) (即忽略飽和的影響),將電壓相量圖中各相量除以,即得到電流相量三角形為OAC,其中OA代表,即近似等于發(fā)電機的短路比,它正比于空載勵磁電流;AC代表,即定子額定電流;OC= 表在額定情況下定子的穩(wěn)態(tài)短路電流,它正比于轉(zhuǎn)子額定電流,經(jīng)A點作一條垂直于橫坐標的線段AE,表示發(fā)電機端電壓的方向,電流和線段AE間的夾角,就是功率因數(shù)角。發(fā)電機的曲線,就是表示其在各種功率因數(shù)下,允許的有功功率輸出和允許的無功功率輸出的關系曲線,又稱為發(fā)電機的安全運行極限。在一定的電壓和電流下,當功率因數(shù)下降時,發(fā)電機有功功率輸出減小,無功功率增大,而功率因數(shù)上升時則相反。⑷進相運行時的穩(wěn)定度,當發(fā)電機功率因數(shù)小于零而轉(zhuǎn)入進相運行時,和之間的夾角不斷增大,此時,發(fā)電機有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。⑴原動機輸出功率極限,即原動機的額定功率,一般要稍大于或等于發(fā)電機的額定功率;⑵發(fā)電機的額定兆伏安數(shù),即由定子發(fā)熱決定的允許范圍。本節(jié)主要敘述同步發(fā)電機接入無窮大容量電力系統(tǒng)時,其允許運行范圍和正常運行調(diào)整。除此之外,還要注意負荷上升速度,對于汽輪機,為了防止過渡的熱膨脹,負荷上升速度不能太快,從空載到滿負荷,通常要幾小時。在運行中,有時需要調(diào)整各種參數(shù),例如:要根據(jù)調(diào)度制定的負荷曲線來調(diào)整有功和無功負荷,用調(diào)速器調(diào)整有功功率,用勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無功功率。它的特點是:發(fā)電機的有功負荷、無功負荷、電壓、電流等都在允許范圍以內(nèi),因而它是一種穩(wěn)定的、對稱的工作狀態(tài),其中最常見的是額定工作狀態(tài),即有功負荷、電壓、功率因數(shù)、頻率、冷卻介質(zhì)溫度都是額定值。它不僅決定了發(fā)電機輸出功率的大小,而且能表明電機的運行狀態(tài)。時,電磁功率由正變負,說明發(fā)電機不再向電網(wǎng)輸送有功功率,而從電網(wǎng)吸收有功功率,即電機從發(fā)電機運行狀態(tài)變成電動機或調(diào)相機運行狀態(tài)。繼續(xù)增加到180176。時,電磁功率隨著功角的增加而增加;當=90176。從功角特性曲線可知,同步發(fā)電機的電磁功率與功角成正弦函數(shù)關系。所以稱角為功角。由圖714所示同步發(fā)電機的相量圖可得 (78)式中 ——發(fā)電機一相的電磁功率;——發(fā)電機的相電壓; ——發(fā)電機的相電流;——發(fā)電機的空載電勢;——發(fā)電機的同步電抗;——功率因數(shù)角;——功角。六、功角特性功角特性是指同步發(fā)電機接在電網(wǎng)上穩(wěn)態(tài)運行時,發(fā)電機的電磁功率與功角之間的關系。因此這兩種情況下的調(diào)整特性曲線都是上升的。五、調(diào)整特性調(diào)整特性是指同步發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下,端電壓和負載功率因數(shù)不變時,勵磁電流與負載電流的關系曲線,圖713是同步發(fā)電機在不同功率因數(shù)時的調(diào)整特性曲線。圖712所示為發(fā)電機帶不同功率因數(shù)負載時的外特性曲線。用負載特性曲線、空載特性曲線、短路特性,可以測定發(fā)電機的基本參數(shù),這是發(fā)電機設計、制造的主要技術數(shù)據(jù)。如圖711所示為不同功率因數(shù)時的負載特性曲線。顯然,勵磁繞組存在匝間短路時,因安匝數(shù)的減少,短路特性曲線是會降低的。短路試驗測得的短路特性曲線,不但可以用來求取同步發(fā)電機的重要參數(shù):飽和的同步電抗與短路比。在做短路特性試驗時,要先將發(fā)電機三相繞組的出線端短路。例如,勵磁繞組有無匝間短路故障,如果勵磁繞組有匝間短路,在相同的勵磁電流下,勵磁磁通勢減小,空載電動勢減小,曲線下降。由圖79可見,空載特性曲線與發(fā)電機磁路的磁化曲線相同。第三節(jié) 同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機帶對稱負載運行時,主要有負載電流、功率因數(shù)、端電壓和勵磁電流等幾個互相影響的變量,這些物理量每兩個量之間的關系,稱為同步發(fā)電機的運行特性。同步發(fā)電機的等值電路和相量圖由式(77)可得同步發(fā)電機的等值電路如圖77所示。與漏電動勢一樣,電樞反應電動勢可以用電抗壓降來表示,即 =- (76) 式中 ——電樞反應電抗。如果不計磁路飽和,則電樞反應電動勢、電樞反應磁通、電樞反應磁通勢和電樞電流成正比關系。若忽略電樞繞組的電阻壓降,則有++= (74)其中,漏電動勢與漏磁通是成正比的,而漏磁通又與電樞電流成正比,因此漏電動勢可以用一個電抗壓降來表示,由于漏電動勢滯后漏磁通90176。所以負載時定子繞組中感應電動勢包括轉(zhuǎn)子磁場感應的空載電動勢、電樞磁場感應的電動勢和漏磁通感應的電動勢。為了分析問題簡單方便,可不計磁路飽和的影響。三、同步發(fā)電機的電動勢方程、等值電路和相量圖同步發(fā)電機帶負載運行時的電磁量同步發(fā)電機負載運行時,由于定子三相繞相中有電流通過,也會形成一個磁場,該磁場也是旋轉(zhuǎn)磁場,稱之為電樞磁場,電樞磁場以與轉(zhuǎn)子主磁場相同的轉(zhuǎn)速,相同的方向旋轉(zhuǎn)。上述四個額定參數(shù)之間有如下基本關系==另外,在同步發(fā)電機的銘牌上還常列有:額定效率(%)、額定頻率(Hz)、額定轉(zhuǎn)速(r/min)、額定勵磁電壓(V)、額定勵磁電流(A)和額定溫升(℃)等。額定電流額定電流是指發(fā)電機正常連續(xù)運行時,定子繞組允許通過的最大線電流,單位為安(A)。二、同步發(fā)電機的額定參數(shù)額定容量或額定功率額定容量是指發(fā)電機長期安全運行時,所能輸出的最大視在功率,一般以千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)為單位;額定功率是指發(fā)電機正常運行時,所能輸出的最大有功功率,一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)為單位。我國電力系統(tǒng)的標準頻率規(guī)定為50Hz,因此,當=3000r/min時,發(fā)電機應為一對極;當=1500r/min時,發(fā)電機應為兩對極,依次類推。當轉(zhuǎn)子為一對磁極時,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周,定子繞組中的感應電動勢正好交變一次,即一個周期;當轉(zhuǎn)子有對磁極時,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周,感應電動勢就交變了個周期。因此,三相感應電動勢在時間上也差120176。定子三相繞組在空間互差120176。磁極的形狀決定了氣隙磁密在空間基本上按正弦規(guī)律分布。電角度。在同步發(fā)電機的定子鐵芯內(nèi),對稱地安放著A-X、B-Y、C-Z三相繞組。第二節(jié) 同步發(fā)電機的工作原理一、工作原理我們知道,導線切割磁力線能產(chǎn)生感應電動勢,將導線連成閉合回路,就有電流流過,同步發(fā)電機就是利用電磁感應原理將原動機轉(zhuǎn)軸上的動能通過磁場轉(zhuǎn)換成為電能的。二、雙流環(huán)式油密封如下右圖所示。環(huán)式油密封主要有三種:單流環(huán)式、雙流環(huán)式和三流環(huán)式,每一種又有不同的具體結(jié)構(gòu),以下是這三種環(huán)式油密封的結(jié)構(gòu)圖。油密封從結(jié)構(gòu)上可分為盤式(徑向軸封)和環(huán)式(軸向軸封)兩種。下圖為利港發(fā)電廠的供油系統(tǒng)圖。如上圖是典型供油系統(tǒng)?!倪\行安全上考慮,~,()。采用油進行密封的原理是,在高速旋轉(zhuǎn)的軸與靜止的密封瓦之間注入一連續(xù)的油流,形成一層油膜來封住氣體,使機內(nèi)的氫氣不外泄,外面的空氣不能侵入機內(nèi)。它的作用是防止外界氣體進入電機內(nèi)部或阻止氫氣從機內(nèi)漏出,以保證電機內(nèi)部氣體的純度和壓力不變。上圖為利港發(fā)電廠和其他發(fā)電廠的供水系統(tǒng)圖。供水系統(tǒng)的組成:2個水冷卻器、2臺水泵、3個過濾器、離子交換器、水箱和一系列指示儀表及信號器等。水氫氫冷發(fā)電機定子繞組的水冷系統(tǒng)都大同小異。⑥保持高質(zhì)量的冷卻水質(zhì)(除鹽水,又稱凝結(jié)水)。④供給額定的定子繞組冷卻水流量。㈤供水系統(tǒng)采用水冷方式的汽輪發(fā)電機需要建立的供水系統(tǒng),主要用于定子的冷卻。利用二氧化碳CO2(氮氣N2)進行發(fā)電機充氫或排氫的過程(江蘇利港發(fā)電廠使用CO2):①充氫時,先用二氧化碳CO2(氮氣N2)置換發(fā)電機中的空氣,當中間氣體純度達到85%CO2(或95%N2),再換氫氣;②排氫時,先用二氧化碳CO2(氮氣N2)置換發(fā)電機中的氫氣,當中間氣體純度達到95%CO2(或97%N2),再換空氣;當中間氣體純度達到15%時,停止排氣。供氣系統(tǒng)的組成:制氫站、供氣管路、排氣管路、氫氣過濾器、液位控制器、氣體狀態(tài)監(jiān)測儀表、氫氣干燥器、氣體控制屏等。⑸在發(fā)電機充氫或置換氫氣的過程中,采用二氧化碳 (或氮氣)作為中間介質(zhì),用間接方法完成,以防止機內(nèi)形成空氣與氫氣混合的易爆炸氣體。⑷設置一套氣體純度分析儀及氣體純度計,以監(jiān)視氫氣的純度。當機內(nèi)氫氣溶于密封回油被帶走而使氫壓下降或機內(nèi)氫氣純度下降需要進行排污換氣時,可通過調(diào)節(jié)閥自動補氫。⑴氫氣由中央制氫站或儲氫罐提供。供氣系統(tǒng)應保證:給發(fā)電機充以氫氣和空氣;進行兩種氣體的置換,補充漏氣;自動監(jiān)視和保持氫氣壓力和純度。東方電機廠生產(chǎn)的(采用GE技術)和北侖港電廠的(日東芝產(chǎn)GE技術)600MW汽輪發(fā)電機,則是采用帶有氣隙隔環(huán)的“六進七出”的多路通風結(jié)構(gòu),定、轉(zhuǎn)子沿軸向共有13個風區(qū)。經(jīng)冷卻器冷卻后出來的冷氫,由汽端和勵端的風扇送到各個進風區(qū),冷卻定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組后都經(jīng)鐵芯的徑向風道排向出風區(qū),再進入冷卻器,完成機內(nèi)氫氣循環(huán)冷卻功效。定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組采用五進六出相對應的通風結(jié)構(gòu),即沿發(fā)電機軸向長度分為五個進風區(qū)和六個出風區(qū),進出風區(qū)交替布置。山東鄒縣電廠日立公司產(chǎn)的600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機的通風系統(tǒng)如下圖所示。為防止勵端風路短路,在勵端鐵芯端部的氣隙處設有氣隙隔環(huán)。另一路冷風轉(zhuǎn)彎經(jīng)風路隔板和汽端端蓋間的風路進入汽端轉(zhuǎn)子繞組端部和軸向風道,分別在轉(zhuǎn)子本體端排氣槽和轉(zhuǎn)子中部徑向排至氣隙。其通風冷卻結(jié)構(gòu)類似下圖所示(平圩電廠發(fā)電機的兩組立式氫氣冷卻器布置在發(fā)電機汽端兩側(cè))。這種發(fā)電機冷卻結(jié)構(gòu)在石洞口二電廠的進口機組美國ABB公司生產(chǎn)的600MW發(fā)電機上采用,意大利ANSALDO公司等廠家也采用。汽勵兩端進入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的氫氣都從鐵芯中段徑向風道排出。冷卻器5置于電機中部,經(jīng)冷卻器冷卻后的冷氫,由汽端(即汽輪機側(cè)的發(fā)電機端部)風扇4迫使其分成兩路。⒈半軸向通風的冷卻系統(tǒng)如圖。如圖為日立600MW汽輪發(fā)電機雙路斜流通風風路和ABB600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子通風及開口槽斷面圖。直流勵磁電流一般是通過電刷和集電環(huán)引入轉(zhuǎn)子勵磁繞組,形成轉(zhuǎn)子的直流電路。占轉(zhuǎn)子表面1/3的不開槽部分形成一個大齒,大齒的中心實際為磁極中心。沿轉(zhuǎn)子鐵芯軸向,鐵芯表面三分之二的部分對稱地銑有凹槽,槽的形狀有兩種,一種為輻射排列,一種是平行排列,如圖所示。所以轉(zhuǎn)子形狀為隱極式,它的直徑小,為一細長的圓柱體,如圖為300MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外形圖。對于一對磁極的汽輪發(fā)電機,其轉(zhuǎn)速達3000r/min。定子機座應有足夠的強度和剛度,一般機座都是用鋼板焊接而成,主要用于固定定子鐵芯,并和其他部件一起形成密閉的冷卻系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機多采用雙層疊繞組。定子繞組是定子的電路部分,它是感應電動勢、通過電流、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。整個鐵芯用非磁性的端壓板和抱緊螺桿壓緊固定于機座上。為了減小鐵芯損耗。定子鐵芯是電機磁路的一部分,同時也嵌放定子繞組。江蘇利港發(fā)電廠60萬kW發(fā)電機采用自并勵勵磁方式。有些發(fā)電機的主勵磁機采用定子勵磁,三相繞組裝在轉(zhuǎn)子上,三相電流順轉(zhuǎn)軸引到同軸旋轉(zhuǎn)的整流裝置整流送到發(fā)電機勵磁繞組,采用了無刷勵磁。大型汽輪發(fā)電機通常采用臥式軸,實行一軸三機,即同一個軸上同時有發(fā)電機、主勵磁機和副勵磁機。表 引進型600MW汽輪發(fā)電機組的技術指標運行廠平圩發(fā)電廠北倫港電廠1機石洞口二廠元寶山電廠生產(chǎn)廠家哈爾濱日本東芝ABB法國AA機型QSFN6002ANKS50WT23E6002T260640額定功率MW600600600最大連續(xù)出力MW定子額定電壓kV20202420功率因數(shù)轉(zhuǎn)速r/min3000300030003000冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水氫氫頻率Hz50505050定子繞組進水溫℃45~50464535定子繞組溫升℃50546065勵磁電流A/電壓V5900/4804700/5105080/4842963/592轉(zhuǎn)子額定氫壓MPa轉(zhuǎn)子進氫溫度℃45177。目前正研究“超導”材料,轉(zhuǎn)子繞組采用“超導”材料,定子繞組采用常導材料,因“超導”勵磁繞組可以產(chǎn)生高于常導勵磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁密,無需定子和轉(zhuǎn)子鐵心,所以定子繞組可作成無槽氣隙繞組,其空間利用率及線負荷大大提高,單機容量可達3600MW;上表示出了常見汽輪發(fā)電機冷卻方式與容量的關系。Bδ為氣隙磁通密度,T,受硅鋼片飽和的影響不宜過大。同步發(fā)電機的單機容量可用下式計算:P為單機容量;六個影響單機容量的因素:K為常數(shù),不可改變;n為額定轉(zhuǎn)速,r/min,一般也不可改變;定子內(nèi)徑,m,因為轉(zhuǎn)子中心孔所受應力與直徑的3次方成正比,所以受轉(zhuǎn)子材料的機械強度的限制不宜過大。表 國產(chǎn)汽輪發(fā)電機單機容量增長速度
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