【正文】 磁極對數 p 和轉子轉速 n。設轉子的轉速為 n (r/min),，則感應電動勢每秒鐘交變 pn/60 次 ，即感應電動勢的頻率為 f=pn/60(Hz) (3 12) 式 (3 1 2) 表明，當同步發(fā)電機的極對數 p 、轉速 n 一定時，則定子繞組感應電動勢的頻率一定，即轉速與頻率保持不變的關系。 當同步發(fā)電機的三相繞組與負載接通時，對稱三相繞組中流過對稱三相電流 ，并產生一 個旋轉磁場 ( 定子磁場 )，定子旋轉磁場 的轉速 n=60f╱ p 。 同步發(fā)電機的工作特性 同步發(fā)電機帶對稱負載運行時，主要有負載電流 I 、功率因數 cos φ、端電壓 U，勵磁電流 IL 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。 由圖 3 12 可見，空載特性曲線與 發(fā)電機磁路的磁化曲線相同。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，曲線下降。 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。在試驗過程中，調整勵磁電流時不要往返調整。然后，維持轉速不變 ，增加勵磁，讀取勵磁電流及相應的定子電流值，直到定子電流 I 達到額定電流值時為止。 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 14 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：飽和的同步電抗與短路比。顯然，勵磁繞組存在匝間短路時，因安匝數 的減少，短路特性曲線是會降低的。不同功率因數時的負載特性曲線。 用負載特性曲線、空載特性曲線、短路特性可以測得發(fā)電機的基本參數，這是發(fā)電機設計、制造的主要技術數據。圖 315 所示為發(fā)電機 帶不同功率因數負載時的外特性曲線。 發(fā)電機的并列 發(fā)電機并列操作是電力系統(tǒng)中很重要的一項操作 , 必須認真對待 , 以便在并列操作以后 , 能很快達到同步運行的目的。為了使并列操作后發(fā)電機迅速進入同步運行 , 一般采用準同期并列。 2) 發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率差小于 。 4) 安裝或大修后的發(fā)電機還應檢查與系統(tǒng)的相序一致。 6) 同步表連續(xù)運行時間不應超過 15mno 7) 禁止其他同期回路的操作。 勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉子提供直流電流，即勵磁電流，勵磁調節(jié)器根據輸入信號和給定的調節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調節(jié)器 、勵磁功率單元和發(fā)電機構成的一個反饋控制系統(tǒng)。因此，勵磁控制系統(tǒng)的任務主要有以下幾個方面： (l) 在正常運行條件下，供給同步發(fā)電機勵磁電流，并根據發(fā)電機所帶負荷的情況，相應地調整勵磁電流，以維持發(fā)電機機端電壓在給定水平上； (2) 使并列運行的各同步發(fā)電機所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配； (3) 增加并入電網運行的同步電機的阻尼轉矩，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)電機機端電壓嚴重下降時，進行強勵，將勵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)電機突然解列，甩掉負荷時，進行強減，將勵磁電流迅速降到安全數值，以防止發(fā)電機電壓的過分升高； (6) 在發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時，進行快速滅磁，將勵磁電流迅速減到零值以減小故障損壞程度； (7) 在不同運行工況下，根據要求對發(fā)電機實行過勵磁限制和欠勵磁限制，以確保同步發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。通常把生產、輸送、分配電能的設備稱為一次設備 ,包括 : 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 16 (1)生產和轉換電能的設備 :如發(fā)電機將機械能轉變成電能，電動機將電能轉變成機械能 ,變壓器使電壓升高或降低，以滿足輸配電需要。 還有一些電氣設備，是對上述設備進行測量、控制、監(jiān)視和保護用的，稱為二次設備，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，供給儀表和保護裝置使用； (2)測量表計 :如電壓表、電流表、功率因數表等，用于測量電路中的參量值； (3)繼電保護及自動裝置 :這些裝置能迅速反映不正常情況并進行調節(jié)或作用于斷路器跳閘，使故障切除； (4)直流設備 :包括直流發(fā)電機組、蓄電池等，供給保護和事故照明的直流用電。同時，它與繼電保護、自動裝置和二次接線的設計有密切關系。 一次回路設計需根據該地區(qū)的社會經濟、動力資源、電網現狀、電網遠期規(guī)劃、近區(qū)負荷和鄰近電源情況進行。應積極慎重地推廣國內外先進技術，因地 制宜地采用新設備、新材料和新布置。 電氣一次部分設計，通常包括以下幾個方面的內容 : (1)發(fā)電廠與電網的連接 :根據地方的電力系統(tǒng)規(guī)劃設計及發(fā)電廠接入系統(tǒng)設計，確定本發(fā)電廠的送電地區(qū)、輸電電壓等級、出線回路數目、輸電容量以及電網對本發(fā)電廠的運行方式、穩(wěn)定措施等方面的要求； 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 17 (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，統(tǒng)計廠用電高低壓負荷，選擇高壓、低壓廠用變壓器容量、臺數，確定廠用電接線； (4)電氣設備選擇 :計算短路電流，按照短路電流計算結果選擇變壓器、斷路器、隔離開關和互感器等電氣設備的型式、規(guī)格及有關技術參數； (5)設備布置 :包括主廠房內、外的電氣設備平面布置和升壓站布置； (6)過電壓保護和接地 :選定主廠房及電氣設備的過電壓保護方式、保護設備型式、規(guī)格及其布置位置，計算接地電阻及敷設接地裝置等。它反映各設備的作用、連接方式和 各回路間相互關系，從而構成發(fā)電廠或變電所電氣部分的主體。 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量 安全可靠是電力生產的首要任務，停電不僅使發(fā)電廠造成損 失，而且對國民經濟各部門帶來的損失將更嚴重，往往比少發(fā)電能的損失 大幾十倍，至于導致人身傷亡、設備損壞、產品報廢、城市生活混亂等經濟損失和政 治影響，更是難以估量。 (2)具有一定的靈活性和方便性 主接線不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設備檢修及故障時，也能適應調度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。 (4)具有發(fā)展和擴建的可能性 在設計主接線時應留有余地，不僅要 考慮最終接線的實現，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。 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：在正常工作時，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開關，都是 斷開的，旁路母線不帶電，通常兩側的開關處于合閘狀態(tài)，檢修時兩兩互為熱備用；檢修QF 時，可不停電；可靠性高，運行操作方便。 2）雙母線接線 優(yōu)點：供電可靠，調度方式比較靈活，擴建方便，便于試驗。 3）雙母線帶旁路母線的接線 優(yōu)點：增加供電可靠性，運行操作方便，避免檢修斷路器時造成停電，不影響雙母線的正常運行。 對原始資料的分析 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 300MW 的發(fā)電機組成，建成后總容量為 8000MW，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。電廠是否安全、可靠運行直接影響該地區(qū)的經濟效益，可見該電廠的重要性。這樣一來就避免了斷路器檢修時，不影響對系統(tǒng)的供電，斷路器或母線故障以及母線檢修時，減少停運的回路數和停運時間，保證了可靠的供電。 330KV 母線采用雙母接線 。 靈活性 1）運行方式相對簡單，靈活性差； 2）各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 21 4 變壓器的選擇 變壓器 概述 變壓器是一種靜止的電氣設備 , 是電力系統(tǒng)中輸電、變電、配電時 , 用以改變電壓、傳 輸交流電能的電氣設備 , 它應用電磁感應原理把一種電壓等級的交流電壓轉換成相同頻率的 另一種電壓等級的交流電壓。發(fā)電廠中的變壓器包括主變壓器、啟動 / 備用變壓器、高壓廠用變壓器 , 以及低壓廠用變壓器等。繞組中接電源的一方稱為原方、原邊或一次繞 組 , 接負載的一方稱副方、副邊或二次繞組。交流電流同時在鐵心中產生交變磁 通 , 交變磁通同時交鏈一、二次繞組 , 根據電磁感應定律我們知道 , 二次繞組中將感應出電 動勢。 電廠中的電力變壓器一般是三相的 , 按繞組數可分為雙繞組、三繞組 , 三繞組一般連接 三個電壓等級 , 發(fā)電廠中的主變壓器、低壓廠用變壓器以雙繞組為主 , 高壓廠用變壓器和高 壓起動 / 備用變壓器一般雖然有三個繞組 , 但其低壓側兩個繞組完全相同 , 是采用特殊結構 的分裂變壓器 。 按冷卻介質來區(qū)分 , 變壓器分為油浸風冷式變壓器、油浸水冷式變壓器以及干式變壓器 ( 空氣冷卻器 ), 主變壓器、高壓廠用變壓器、起 /備變都為油浸式變壓器 , 低壓廠用變壓器多為干式變壓器。在計算通過主變壓器的總容量時，至少應考慮 5年內負荷的發(fā)展需要，并要求：在發(fā)電機電壓母線上的負荷為最小時，能將剩余功率送入電力系統(tǒng)；發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機停運時，能滿足發(fā)電機電壓的最大負荷用電需要；因系統(tǒng)經濟運行而需限制本廠出力時，亦應滿足發(fā)電機電壓的最大負荷用電。 廠用變壓器容量選擇的基本原則 （ 1）變壓器原、副邊電壓必須與引接電源電壓和廠用網絡電壓一致。 （ 3）廠用高壓備用變壓器或起動變壓器應與最大一臺高壓廠用工作 變壓器容量 相同；低壓廠用 備用變壓器的容量應與最大一臺低壓廠用工作變壓器容量相同。向本廠供電變壓器選用三相式兩繞組變壓器 2 臺，廠用備用電源選用兩繞組變壓器 1 臺 。 NGΡ — 發(fā)電機容量； NS — 通過主變的容量； GΦCOS — 發(fā)電機的額定功率 =ΦCOS G ； ?? — 廠用電 率 %??? 單元接線中的主變壓器容量 NS 應按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負 荷后，預留 10％的裕度選擇。 其具體參數如表 41所示 ： 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 24 5 電氣設備的選擇 電氣設備選擇的一般原則及短路校驗 一、設備選擇的一般原則 ： （ 1）應力求技術先進，安全適用，經濟合理。 （ 3）應與整個工程的建設標準協(xié)調 一致。 選用的電器最高允許工作電壓，不得低于該回路最高運行電壓。由于高壓開斷電器設有持續(xù)過載能力，在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行方式下回路持續(xù)工作電流的要求。 驗算導體和電器的短路電流，按下列情況計算： （ 1）除計算短路電流的衰減時間常數和低壓網絡電流外，元件電阻都應略去不計 。 導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流按發(fā)生短路最嚴重情況計算。 在正常運行時，電氣引線的最大作用力不應大于電器端子允許的負載。在電力系統(tǒng)中盡管各種電氣設 備的作用不一樣，但選擇的要求和條件有諸多是相同的。 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 25 （ 1）熱穩(wěn)定校驗 校驗電氣設備的熱穩(wěn)定性，就是校驗設備的載流部分在短路電流的作用下，其金屬導電部分的溫度不應超過最高允許值。 做熱穩(wěn)定校驗時，通過電氣設備的三相短路電流為依據，工程計算中常用下式校驗所選的電氣設備是否滿足熱穩(wěn)定的要求，即： 22eq thI t I t? ? 式中 ， I? —— 三相短路電流周期分量的穩(wěn)定值（ KA）； eqt —— 等值時間（亦稱假想時間 s）； thI —— 制造廠規(guī)定在 ts 內電器的熱穩(wěn)定電流（ KA）； t 為與 thI 相對應的時間（ s）。 （ 2）動穩(wěn)定校驗 當電氣 設備中有短路電流通過時，將產生很大的電動力，可能對電氣設備產生嚴重的破壞作用。滿足動態(tài)穩(wěn)定的條件為 ish≤ imax或 Ish≤ Imax 式中 ish及 Ish—— 三相短路時的沖擊電流及最大有效值電流。 內蒙古科技大學煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 26 電氣設備的整定計算 發(fā)電機側回路的最大工作電流： IMAX = I N = 11320=11886A 與主變壓器所連回路的最大持續(xù)工作電流： IMAX = IN = ???? 10 32303 與三繞組變壓器所連回路 220KV側的最大持續(xù)工作電流： IMAX = IN = ???? 10 32303 與三繞組變壓器所連回路 110KV側的最大持續(xù)工作電流： IMAX = IN = ???? 10 31153 斷路器的選擇 斷路器是在電力系統(tǒng)正常運行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流的設備。 SF6 斷路器和真空斷路器目前應用廣泛，少油斷路器因其成本低，結構簡單，依然被廣泛應用于不需要頻繁操作及要求不高的各級高壓電網中 ，壓縮空氣斷路器和多油斷路器已基本淘汰