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①电压比相同;
②联结组别相同;
③短路阻抗相等。
电压比不相同的变压器并列运行:
如果变压器的电压等级相同,但变压比不等,一次绕组接到同一母线上,二次绕组端电压不相等,即使二次侧不带负荷,也要流过一个平衡电流;
当变压器带负载后,平衡电流与负载电流相叠加。
这样就有可能使变压器过载。
平衡电流在变压器内部流动,不仅增加了绕组内部的电能损耗,也降低了变压器的传输容量。
因此,当变压器并列运行时,彼此之间二次电压之差应尽量小,不要超过0.5%。
短路电压不相等的变压器并列运行:
对于每一台变压器而言,短路电压Ud%与变压器的结构、线圈材料及制造工艺有关。
当变压器制成后,其Ud%是个不变数值。
几台变压器并列运行时,如果其他条件相同,互相间的负荷分配与它们的容量成正比,与短路电压成反比。
在一般情况下,如果两台变压器Ud%不同,并列运行时会引起一台变压器负荷不足,而另一台变压器可能过负荷。
也就是说,两台短路电压不同的变压器并列运行时,阻抗电压小的变压器分担的负荷大,而阻抗电压大的变压器分担的负荷小。
容量不同的变压器并列运行:
两台并列运行的变压器,只要各自都没有超负荷,其容量大小就可不必考虑,但要计算一下负荷分配是否合适。
.
第八章余热发电设置的高压电气设备
第一节高压开关柜及高压电器设备
高压电气设备是指:
高压开关柜、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、补偿电容器、避雷器等。
一、高压开关柜的配置
1、52F:
在总降6kV母线下设置的一台与电站联络的开关柜;
2、52P:
在电站侧设置的一台与总降联络的开关柜;
3、52G:
发电机的同期并列开关柜,与52P柜串联;
4、52H:
并联在52P与52G开关柜之间,作为站用变压器的上位开关;
5、2YH:
系统侧电压互感器柜,作为测量及保护用;
6、3YH、4YH:
发电机机断侧电压互感器柜,作为测量及保护用;
7、隔离柜:
发电机同期开关前的设备发生故障是,以此柜做明显断开点;
8、FSR1:
在6kV两段母线之间设置的快速开关柜,防止母线馈线线路短路;
9、FSR2:
在发电机出口设置的快速开关柜,防止发电机出口端或其附近发生短路。
宁国水泥厂的一线余热发电站内还有一台站用电变压器柜、一台照明变压器柜和一台SA柜。
SA柜即变换器柜,柜内装有电压互感器、电流互感器、避雷器和电压互感器用的熔断器。
电压互感器、电流互感器用于继电保护、电气测量、监视;
熔断器则用于电压互感器的一次侧,防止电压互感器的一次侧短路。
避雷器用于防止操作过电压和系统过电压。
二、电流互感器的设置
同期并列开关52G柜到发电机中性点共设置四组(12只)电流互感器和一组零序电流互感器,在52G柜、隔离柜、发电机出口及发电机中性点各安装一组电流互感器,零序电流互感器安装在隔离柜内。
根据保护、测量及计量的要求,每只电流互感器都有两组二次线圈,其准确级各不相同。
具体配置如图8-1所示:
图8-1电流互感器的配置
三、高压电气设备的联锁
为
第二节汽轮发电机的构造
一、汽轮发电机的构造
汽轮发电机的构造,主要由发电机的定子、机座及转子构成。
1、汽轮发电机的定子
发电机的定子是由导磁的铁芯和导电的定子绕组组成。
铁
芯是用0.35~0.5mm硅钢片叠压而成,直径小的发电机定子,由整张硅钢片冲制叠成,直径大的发电机铁芯,则由硅钢片冲成扇形,然后拼成一个整圆叠成。
每片硅钢片的两面都涂有绝缘漆,以减少铁芯的蜗流损耗。
铁心用压板压紧,焊接固定在机座上。
三相绕组采用多股双玻璃丝包线绕制成形的,槽内直线部分采用360°
编织换位以减少附加损耗,对地绝缘采用云母带连续包扎并经防晕处理模压成形,绕组端部藉玻璃布板支架及涤玻绳扎紧固定于机座两端,其出线头安放在励磁机端,线圈鼻端连接采用银焊。
2、机座
采用钢板焊接结构,吊攀位于机座两侧的中部,断盖采用铸铁结构,为防止油污及灰尘进入电机内部,端盖上设有高压气封装置,端盖的端面和两侧面设有视察窗,底盖采用钢板焊接,端盖和底盖内均设有灭火水管装置。
3、发电机转子
转子是汽轮发电机的非常关键的一部分。
它的作用就是要产生磁场,以便转子旋转时,在定子的绕组中感应交流电动势,同时将轴上的输入机械功率转换为电磁功率。
转子上主要有导电的励磁绕组和导磁的铁心所组成,转子两端各装有桨式风扇。
汽轮发电机转子分凸极式和隐极式两种。
一般来说,两极汽轮发电机转子为隐极式,两极以上转速较低的汽轮发电机转子为凸极式。
3.1转子铁心
由于汽轮发电机的转速很高,为了很牢固地固定励磁绕组,大容量的汽轮发电机的转子几乎都是隐极式的。
同时,由于转子的转速很高,受离心力的影响,转子的直径有一定限度。
为了增大容量,只能增加转子的长度,所以转子形成一个细长的圆柱体。
转子铁心要固定激磁绕组并要成为一个磁体,所以转子铁心一般由高机械强度和导磁较好的合金钢整体锻造而成,与轴锻造成一个整体;
一般转子锻造的毛坯要经过钝化处理后再进行机械精加工。
由于汽轮发电机转子比较细长,为了把励磁绕组和转子表面损耗所形成的热量散出去,在大齿上开有通风槽,通风槽楔上开有径向通风孔,本体表面车有散热沟以改善转子的散热效果,本体两端小齿上开有月牙形的通风槽。
3.2励磁绕组
转子的励磁绕组是由裸扁铜线绕制而成,为同心式绕组。
各线匝之间垫有纤维纸复合箔绝缘,绕组端部以玻璃布板垫紧,护环下绝缘采用玻璃布板,转子线圈的绝缘等级为F级。
护环采用反磁性钢锻制,以减少转子漏磁及损耗,中心环采用优质钢锻件,护环与转子本体和中心环间用热套配合,中心环与轴间用弧键固定。
4、交流无刷励磁机
在无刷无环励磁的发电机转子上,还有同轴的主励磁机,副励磁机和整流盘。
主励磁机是一台三相同步发电机,其磁场静止、电枢旋转,取消了电刷和滑环,所以称为无刷励磁机。
副励磁机是一台单相同步永磁发电机,磁极是随轴旋转的,定子线圈是静止固定的,其电机引出线引至主励磁机机座侧面的出线盒内,在出线盒内备有熔
断器作为副励磁机过载保护用。
励磁机的转轴通过法兰与发电机大轴连接在一起。
主励磁机和副励磁机设计在同一个闭路管道通风壳体内,它的进风、出风全通到励磁机底架,然后再通到发电机进风口处。
图8-2励磁机绕组、整流盘、发电机绕组接线图
国产汽轮发电机的无刷励磁系统在发电机轴上的排列顺序:
整流盘、交流励磁机、永磁发电机,发电机的转子。
第九章发电机的励磁系统
第一节发电机励磁的要求、方式及灭磁
一、同步发电机励磁的基本要求
同步发电机发出电能时,除原动机供给动能外,还需要有励磁系统来建立磁场。
同
步电动机、变压器、输电线路以及用户的用电设备要消耗无功功率。
如果无功功率供给不足,就很难维持电力系统的电压水平。
发电机既是有功电源,又是无功电源,而同步发电机发出的无功功率的大小,取决于励磁电流的大小。
励磁系统对发出无功功率,维持系统电压水平是至关重要的。
因此,励磁系统应能满足以下基本要求:
1、励磁系统不应受外部电网的影响;
2、励磁系统本身的运行应该是稳定的;
3、励磁系统应能保证一定的励磁顶值电压,并且要有一定的励磁增长速度。
二、同步发电机的励磁方式
1、励磁系统的工作工程
当发电机在汽轮机的拖动下旋转到3000r/min时,永磁发电机PMG发出的电压应有220V、400HZ,送到励磁柜,经过隔离变压器隔离整流后供给励磁装置作为电源,经过励磁装置调节整流后供给交流励磁机EX的励磁绕组,励磁机电枢输出的三相交流电经过同轴旋转的整流装置全波整流后,送给交流发电机的转子励磁绕组。
如下图9-1所示:
2、半导体无刷励磁系统的特点
2.1由于无碳刷和滑环,维护工作量大为减少,且没有接触部分的磨损,也没有碳粉铜末引起的污染,电机的绝缘寿命较长。
2.2发电机励磁由励磁机独立供电,供电可靠性高。
并且由于无碳刷,整个励磁系统可靠性更高。
2.3发电机励磁电流是靠调节交流励磁机的磁场来实现的,因此励磁系统的响应速度较慢;
但是,如果采取其他一些措施,还是能够克服这一缺点的。
2.4发电机的转子及励磁电路都是随轴旋转的,因此,转子回路不能直接接入灭磁开关,无法实现直接灭磁,也无法实现对励磁系统进行常规检测,如转子电流、电压、
绝缘等,必须采用其他的特殊的方法进行。
三、同步发电机的灭磁
同步发电机的励磁系统,除具有励磁、自动调节励磁、强行励磁装置外,还应有灭磁装置,这是保护发电机不可缺少的元件。
1、自动灭磁装置的作用
当发电机内部故障或机端和出口断路器之间发生短路时,由于故障点在在发电机剩余电动势的作用下不能消除,故要自动灭磁装置动作,迅速将励磁磁场降低到接近于零,以相应降低发电机的电动势,减小故障造成的损失程度。
发电机磁场降低过程中所需要的时间称无灭磁时间。
当灭磁时间愈短,故障引起的损失也愈小。
2、灭磁的方法
灭磁的方法有多种,有用恒值灭磁电阻灭磁,有用非线性电阻灭磁,有用灭弧栅灭磁,有用可控硅逆变灭磁等。
在可控硅整流电路中,如果改变其控制角α,就可以调节输出直流平均电压Uz的值。
当90°
<α<180°
时,Uz为负值。
如果在发电机励磁绕组上突然加上一个恒定电
压,也就能达到快速灭磁的目的。
准确地说,可控硅的控制角应在α<150°
-155°
时,
可控硅逆变成功。
在可控硅逆变灭磁过程中,原来由交流电能通过整流系统向发电机励磁绕组提供直流电能转变为由贮藏在励磁绕组中磁能经可控硅反送到交流侧。
这种利用逆变工作状态达到灭磁的方法,既简单又经济,常为利用可控硅整流励磁系统灭磁所使用。
3、发电机的强行励磁与灭磁
3.1发电机的强行励磁
当系统出现故障,如短路故障时,系统母线电压极度降低,有关发电机的端电压也会急剧下降。
这说明系统无功缺额很大。
为了使系统迅速恢复正常,这就要求有关发电机转子的磁场迅速增强,就是需要向发电机转子回路送出较正常额定值多的励磁电流,以向系统输送尽可能多的无功功率,以利于系统的安全运行。
发电机的励磁系统的这种功能,称之为强行励磁。
3.2转子回路的灭磁
发电机与母线解列时,应自动地使转子回路的电流很快地降为零。
如果发电机内部发生短路故障时,即使把发电机从母线上断开,短路电流依然存在,使故障造成的损失继续扩大,只有将转子回路的电流降至为零,使发电机的感应电势尽快减至最小,才能使故障损害限制在最小范围内。
这种转子回路电流降至为零的过程,称之为发电机的灭磁。
第二节发电机励磁系统的运行控制
励磁控制柜的输入电气信号有发电机3YH、4YH电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号。
各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大,变换成适合于A/D采样的信号。
这些信号送入A/D变换器,由程序控制依次进行模数转换成数字量,存放在存贮器中,供微机励磁调节器使用。
微机励磁调节器输出的电流、电压为直流量。
利用以上采集到的数据,通过软件计算可以得到发电机的运行工况,励磁系统参数,DVR调节器输出参数等全部信息。
一、励磁系统的工作方式
在无刷励磁方式下DVR-2000B微机励磁调节器工作在主、备用方式。
主、备通道之间通过CAN总线高速通讯将双方的运行数据进行交换,完成备用通道对运行通道的跟踪,同时,DVR-2000B微机励磁调节器根据励磁电流计算出对应的触发角,这两种跟踪方式的跟踪结果实时进行比较,以防止由于通讯过程中可能发生的误码,导致错误跟踪,进一步保证了系统的可靠性。
手动运行方式时,自动通道实时跟踪发电机电压;
自动运行时,手动通道延时30秒跟踪输出电流。
两种运行方式之间能进行无扰动切换。
DVR-2000B微机励磁调节器的工作电源也是独立的,采用开关电源。
输出电压有:
+5V、±
12V电源供主机板,运算放大器用;
24V1供脉冲回路,24V2供继电器及操作回路用。
电源采用两路供电:
一路来自永磁机电源整流,另一路来自厂用直流电。
两路电源通过逆止二极管并联运行,任何一路失电,DVR调节器仍能正常工作。
二、励磁装置的显示说明
主画面进行系统运行状态及主要测量数据的显示。
此屏显示从上到下共分为四个区域,显示屏如图9-2。
DVR-2000B微机励磁调节器
----------------------------------------------------
UG1:
KVIG1:
KA
UFD:
VIFD:
A
UGR:
KVIFR:
P:
MWQ:
MVar
ARF:
COS:
F0:
HzILD:
灭磁开关:
合/分通道状态:
运行/跟踪
主油开关:
合/分运行方式:
自动/手动
2007-5-2016:
18:
20
图9-2励磁装置DVR-2000B显示说明
第一区域:
故障显示区。
位于最顶端一行,最上面一行在调节器正常运行时显示微机励磁调节器,调节器出现故障时显示相应的故障,例如:
+A相脉冲故障,按下“RST”键后重新显示微机励磁调节器标识。
第二区域:
数据显示区。
对应显示量:
机端三相线电压平均值IG1:
定子三相电流平均值
励磁电压,对于无刷励磁系统此处显示零
IFD:
励磁电流,对于无刷励磁系统显示的为调节器输出电流
自动(恒机端电压调节)PID的给定参考电压
IFR:
手动(恒转子电流或恒输出电流调节)PID的给定参考电流
P:
有功功率Q:
无功功率
可控硅输出角COS:
功率因数
F0:
系统频率ILD:
本柜电流
第三区域:
状态显示区。
在此区域内,将主要的开关量状态进行显示,包括:
如果不做特殊说明,灭磁开关接常闭辅助接点,状态显示为分或合。
用于显示机组并网运行还是空载运行。
主油开关的状态根据定子电流的有无进行判别。
通道状态:
表示调节器本通道的运行状态。
分为三种情况:
运行、跟踪、和退出。
运行方式:
显示的是当前的运行方式,分为自动运行和手动运行两种方式。
其中自动运行方式,为恒发电机机端电压调节,手动运行方式为调节器恒励磁输出电流调节。
第四区域:
时间显示区。
三、发电机电压调节
发电机在并网运行前,电压的调节既通过增磁/减磁开关调节励磁电流的大小来实现,可以通过自动或手动方式调节发电机的机端电压,当采用自动升压方式时,发电机机端电压自动升到90%的额定电压。
也可以接收同期装置发来的升压/降压脉冲信号自动调节机端电压。
四、无功功率的调节
发电机在并入电网运行后,要改变发电机励磁电流,感应电势和定子电流也跟着变化,此时发电机的无功电流也跟着变化。
为了改变发电机的无功功率,必须调节发电机的励磁电流。
此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只是改变了送入系统的无功功率。
增加发电机的励磁电流时,发电机的感应电势、定子电流和无功功率都会增加,而功率因数会降低。
五、运行中的励磁控制
发电机并网运行时,有功功率增加到1/3的额定功率时,无功功率为适当的正值,此时,可以将方式选择选择开关由恒电压方式转为恒功率因数控制,功率因数的控制以满足总降需求为主,控制范围在0.9~0.92,不要超过0.95,保证电力系统运行的稳定性。
当发电机有功功率变化范围较大时,需要密切监控励磁装置上无功功率的变化,并适当进行调节,不能使无功功率变成负值,防止发电机进相运行或失磁,造成严重后果。
第三节发电机励磁系统的保护及故障处理
一、励磁系统的保护
本节介绍的保护为DVR-2000B装置实现的保护功能,其定值与DVR-2000A装置有所不同,DVR-2000A装置实现的保护功能,参看装置使用说明书。
1、PT断线保护:
程序将测量到的3YH、4YH电压值进行比较,如果其差值大于较大值的1/8,则发PT断线信号,如果是3YHPT断线,除发信号外,运行方式由自动运行切换到手动运行方式。
2、V/Hz保护(伏赫比保护):
是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。
限制和保护的原则是:
2.1、当V/Hz>设定值时,闭锁增磁,发过V/Hz信号,限制增磁。
2.2、当V/Hz>(设定值时+0.05),面板V/Hz故障指示灯亮,过V/Hz继电器动作,DVR调节器转为手动方式运行。
2.3、当频率大于45Hz,小于47.5Hz,在自动励磁时,等比例减小自动运行电压给定值。
2.4、当频率低于45Hz时,通道退出运行并跳开关。
3、过励限制与保护:
过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施,从转子励磁绕组发热考虑,当强励时,其容许的强励时间t是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。
3.1、转子电流>整定的瞬时过励值时,延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行。
3.2、当励磁绕组发热量>50%时,发信号限制增磁。
3.3、发热量>80%时,切手动运行,并且手动运行给定值设为90%额定励磁电流。
发热量<
10%时,复归过励信号。
4、欠励限制及保护:
欠励限制按两段
整定,一为限制,二为保护。
当发电机无功
功率进入低励限制区时,励磁调节器将封闭
减磁按钮,并且发报警信号,同时自动进行
增磁,直到退出低励状态。
如果励磁调节器
在某种工况下进入低励限制区,而没有被控
制住,无功功率继续减少,当无功功率低于图9-3欠励限制示意图
保护线时,调节器发报警信号并且切手动方式运行。
其保护线为对应的限制线上无功功
率的1.25倍。
5、触发脉冲丢失的检测:
触发脉冲重新被CPU回读,并进行综合判断,确定失脉冲的相,并显示在液晶显示器上。
失脉冲发生时,发报警信号。
6、系统自检保护:
系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障,通讯故障等、当有故障发生时,发通道故障信号,同时本通道退出运行。
对于主备用系统,备用通道自投。
7、旋转二极管故障报警:
在机组正常运行时,二极管有可能发生故障,所以每个二极管串联了一只快速熔断器,假如一只二极管击穿短路,引起较大的电流时,将使相应的熔断器熔断。
二极管故障检测器检测到该信号动作,发出报警信号。
此时应及时停机,检查原因并进行处理。
二、励磁系统的故障处理
1、当通道A或者通道B故障或异常,发出报警信号时,运行人员应立即采取相应措施。
如果发生了切手动,例如:
过励限制,欠励限制,V/Hz限制等等,首先,操作增磁/减磁开关,将发电机调节到正常的运行状态下,其次将操作控制开关与实际运行状态进行对应,如果发生了通道自行切手动,应当操作手、自动选择开关与当前的运行位置一致,如果发生了通道切换,则操作通道选择开关与当前运行的通道运行位置一致。
2、回到励磁调节器柜前,先不要复归报警信号,先检查并记录面板显示的故障指示,观察显示屏上端的具体的故障显示并记录下来。
3、进入故障通道菜单中的“故障追忆”子菜单,认真记录故障追忆里面所有本次发生故障显示的所有内容。
上下键可以切换屏幕和故障记录。
本故障追忆最多可以记录20次故障情况。
4、进入故障通道菜单中的“事件记录”子菜单,记录所有开关量的变位。
记录总的数量为20个先进先出的原则。
同时显示出该开关量是由分到合(0→1)还是由(1→0)。
按上下键可以实现滚动显示。
5、复归故障报警信号,故障处理完毕,如果需要切回到原通道运行,一定要在跟踪正确后再切换。
如果运行工况发生改变后,进行人工操作自动/手动切换时,一定要等侯30秒~1分钟时间,进行方式跟踪,跟踪正确后才能保证无扰动切换。
6、当发生严重故障,造成停机时,运行人员不要停掉调节器的工作电源。
要联系专业人员,将故障数据和事件记录下来再做分析处理。
三、发电机低励和失磁对电力系统的影响
1、失磁原因
发电机低励和失磁是常见的故障形式,发电机失磁故障是发电机的励磁突然全部消失或部分消失。
引起失磁的原因有:
转子绕组故障、励磁机故障、灭磁开关误跳闸、励磁装置或回路元件发生故障以及操作不当等。
2、失磁现象
失磁的发电机将会过渡到异步运行,使转子出现转差、定子电流增大、定子电压降低、有功输出将下降。
电气量的这些变化,在一定条件下,将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身安全。
当发电机失去励磁时,励磁电流将逐渐衰减为零。
由于发电机的感应电势Ed随着励磁电流减小而减小,因此,其电磁转矩也将小于原动机的转矩,因而引起转子加速,使发电机的功角增大,当δ超过静态稳定极限时,发电机与系统失去同步。
发电机在失磁后,将从并列的电力系统吸收感性无功功率,供给转子励磁电流,在定子绕组中感应电势。
在发电机超过同步转速以后,转子回路中感应出频率为ff-fxt(此处为ff发电机的频率,fxt为系统频率)的电流,此电流产生异步转矩
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