發(fā)電廠變電站電氣部分14_同步發(fā)電機(jī)

1、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性發(fā)電廠變電站電氣部分2019版,****老師,email：****QQ群： ****,教學(xué)安排,學(xué)分：2 （選修）講課/課外：40/40 學(xué)時(shí)周數(shù)：10 （7周-16周）教學(xué)方式：講授與自學(xué)相結(jié)合， 輔助練習(xí)、課堂討論、課堂練習(xí)考核形式：考試 （平時(shí)30%，期終考試70% ）答疑地點(diǎn)、時(shí)間： 上課教室、最后兩次課教師：****老師email ： ****,教學(xué)安排,1

2、 基本形式及電能質(zhì)量與供電可靠性2 電氣接線、設(shè)備的基本概念與定義3 開關(guān)電器4 限流電器5 互感器6 導(dǎo)體與絕緣子7 交流輸電補(bǔ)償器8 電氣主接線的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行與操作9 自用電接線10 配電裝置的結(jié)構(gòu)形式,教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容1,11 配電設(shè)備的選擇計(jì)算12 測(cè)量、信號(hào)與控制系統(tǒng)13 直流操作電源14 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行情形操作15 同步發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)行狀態(tài)與事故處理16 異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行17 變壓器的

3、負(fù)載能力18 配電設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)19 附錄、參考文獻(xiàn),教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容2,掌握《發(fā)電廠變電站電氣部分》課程的基本知識(shí)、基本理論和基本分析方法 。了解《發(fā)電廠變電站電氣部分》在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況及相關(guān)問題。,教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)目的,《發(fā)電廠變電站電氣部分》（第四版）牟道槐 重慶大學(xué)出版社2017年3月第4版,教學(xué)內(nèi)容,教 材,同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行稱為并列操作。并列操作應(yīng)滿足下列兩點(diǎn)基本要求：1)并列斷路

4、器合閘瞬間產(chǎn)生的沖擊電流不超過允許值；2)斷路器合閘后，發(fā)電機(jī)能迅速進(jìn)入同步。,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的同期系統(tǒng)與并列操作,一、同步發(fā)電機(jī)的并列操作,7,二、手動(dòng)準(zhǔn)同期系統(tǒng),,手動(dòng)準(zhǔn)同期分為集中同期和分散同期兩種。集中同期方式為：同期表計(jì)和操作開關(guān)集中裝設(shè)在主控制室的一塊屏上(或裝設(shè)于中央控制屏上)，任一同期點(diǎn)的同期操作，均可在該屏上進(jìn)行。當(dāng)采用集中方式時(shí)，同期表計(jì)一般采用組合式同期表。分散同期為同

5、期表計(jì)集中裝在同期小屏上，各同期點(diǎn)的操作則在其各自的控制屏上。根據(jù)同期小屏上儀表的清晰可見度，同期小屏可裝設(shè)在主環(huán)控制屏的一側(cè)或兩側(cè)。,8,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-1 同步表外形圖,9,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-2 同期表計(jì)接線圖,10,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-3 發(fā)電機(jī)與母線聯(lián)系斷路器的手動(dòng)準(zhǔn)同期回路原理接線圖,11,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,三

6、、發(fā)電機(jī)的手動(dòng)準(zhǔn)同期并列操作步驟,,并列操作前，發(fā)電機(jī)須進(jìn)行啟動(dòng)前的檢查、準(zhǔn)備工作，例如檢查發(fā)電機(jī)各部分及其周圍的清潔狀況；檢查發(fā)電機(jī)出線及其連接設(shè)備、保護(hù)裝置、控制設(shè)備等的完好性；檢查各接地線是否都已拆除，工作票是否都已收回，常設(shè)遮欄是否已全部恢復(fù)等。停電時(shí)間較長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)還須測(cè)量發(fā)電機(jī)定子線圈和全部勵(lì)磁回路的絕緣電阻。,12,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,一、同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)及其分類,,同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用是向轉(zhuǎn)子提

7、供勵(lì)磁電流。一般帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)器使之具有如下基本功能：1)整定發(fā)電機(jī)的外特性，即整定發(fā)電機(jī)輸出無功電流IQ與發(fā)電機(jī)端電壓UF的關(guān)系。2)上、下平移外特性線，實(shí)施二次調(diào)整，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員或上級(jí)自動(dòng)裝置對(duì)發(fā)電機(jī)輸出無功的干預(yù)。,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)與無功——電壓調(diào)節(jié)，電力系統(tǒng)電壓變化的影響,13,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,3)當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓嚴(yán)重下降(例如低于額定電壓的85%)時(shí)，實(shí)施強(qiáng)行勵(lì)磁(為滿載勵(lì)磁的2倍左右)

8、以保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；4)過壓減勵(lì)。,14,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-4 同步發(fā)電機(jī)端電壓與無功負(fù)荷電流的關(guān)系曲線,15,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-5 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖(a)并激直流勵(lì)磁機(jī)；(b)他激自流勵(lì)磁機(jī),16,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-6 他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止硅整流方式(a)副勵(lì)磁機(jī)為永磁機(jī)；(b)副勵(lì)磁機(jī)采用自勵(lì)恒壓,17,第14章 同步

9、發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-7 自并勵(lì)半導(dǎo)體,圖14-8 自復(fù)勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)(a)交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)式；(b)直流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)式,18,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,二、同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)無功——電壓的調(diào)節(jié),,同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，不但要向電網(wǎng)提供有功功率，還要對(duì)電網(wǎng)提供或吸收無功功率。從能量守恒的觀點(diǎn)來看，調(diào)節(jié)無功功率不需要改變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸入功率，只要調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流就可以改變發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率

10、和端電壓。當(dāng)外部系統(tǒng)容量很大，發(fā)電機(jī)與之聯(lián)系緊密（輸電阻抗很?。r(shí)，一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)端電壓影響甚微。,19,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-9 同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等值電路及相量圖(a)等值電路圖；(b)相量圖,20,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)每相輸出的功率為：由相量圖可見將式(14-2)代入式(14-1)，得發(fā)電機(jī)功角特性式為：,21,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)

11、行與操作,22,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,發(fā)電機(jī)的無功狀態(tài)由式（14-4）確定，無功與電壓的關(guān)系可寫為,23,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,三、電力系統(tǒng)電壓變化對(duì)發(fā)電機(jī)的影響,,電壓過高將產(chǎn)生下列危害：(1)如保持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁為額定勵(lì)磁不變，額定狀態(tài)點(diǎn)處于QU特性下降段時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升時(shí)導(dǎo)致Q＜Qe，如需保持無功輸出為Qe，勢(shì)必導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流過載。,24,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,(2)電

12、壓高時(shí)，定子鐵芯的磁通密度大，鐵損增加，至使鐵芯溫度升高，盡管相應(yīng)降低定子電流減小了銅損，也仍然不能彌補(bǔ)，因?yàn)楫?dāng)電壓高于額定值的5%時(shí)，往往鐵損的增大超過按同樣比例減小電流而減少的銅損。(3)由于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子鐵芯工作于較高飽和程度下，所以電壓升高不多的情況下也會(huì)使鐵芯過飽和而大大增加發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)的漏磁，導(dǎo)致定子結(jié)構(gòu)部件出現(xiàn)局部危險(xiǎn)過熱。(4)對(duì)定子繞組絕緣產(chǎn)生威脅。,25,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,一、同步

13、發(fā)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng),,發(fā)電機(jī)的輸入有功功率及頻率的調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的進(jìn)汽(水)量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有多種，根據(jù)測(cè)量環(huán)節(jié)的工作原理，可分為機(jī)械離心式液壓調(diào)速系統(tǒng)和電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)兩大類。,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)與有功——頻率調(diào)節(jié)，電力系統(tǒng)頻率變化的影響,26,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,圖14-12 離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖,27,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的斜率

14、為定義原動(dòng)機(jī)的調(diào)差系數(shù)為：,28,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,二、同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)有功-頻率的調(diào)節(jié),,這里首先必須區(qū)分P和PT這兩個(gè)不同的量，前者是發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，是由發(fā)電機(jī)定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的功率傳遞，由式(14-3)確定，稱為發(fā)電機(jī)的功角特性，發(fā)電機(jī)端電壓和勵(lì)磁恒定狀態(tài)下的功角特性如圖14-14所示。,29,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,30,第14章 同

15、步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,三、電力系統(tǒng)頻率變化對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響,,系統(tǒng)頻率增高時(shí)：(1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子飛逸力矩增大，對(duì)安全運(yùn)行不利。(2)由于鐵損耗與頻率的平方成正比，頻率增高將使發(fā)電機(jī)鐵損增加。,31,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,系統(tǒng)頻率降低時(shí)：(1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，使兩端風(fēng)扇鼓進(jìn)的風(fēng)量降低，發(fā)電機(jī)冷卻條件變壞，造成繞組和鐵芯的溫度升高而不得不降低出力。(2)電勢(shì)Eq與頻率和主磁通成正比，頻率降低時(shí)Eq減小

16、，為維持必要的Eq就得增加勵(lì)磁電流，這易引起轉(zhuǎn)子繞組過熱；定子鐵芯飽和漏磁增加，使機(jī)座的某些部件產(chǎn)生局部高溫，為避免這些現(xiàn)象只有降低發(fā)電機(jī)出力。,32,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,(3)由于發(fā)電機(jī)機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù)與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以頻率的下降將使慣性時(shí)間常數(shù)減小，從而對(duì)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。(4)汽輪機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，若發(fā)電機(jī)輸出功率不變，葉片就要過負(fù)荷。較低頻率還可能引起汽輪機(jī)尾部葉片因產(chǎn)生共振而斷裂

17、。,33,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,一、解列,,解列操作包含轉(zhuǎn)移發(fā)電機(jī)負(fù)荷和操作斷路器兩個(gè)步驟。通過手動(dòng)操作發(fā)電機(jī)調(diào)速用伺服電機(jī)作用于調(diào)頻器，以及操作手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，逐漸減少待解列機(jī)組的有功及無功負(fù)荷，同時(shí)逐漸增加其他并列機(jī)組的有功及無功負(fù)荷，將待解列機(jī)組的負(fù)荷逐漸地轉(zhuǎn)移到其他機(jī)組上去。,第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的解列與停機(jī)操作,34,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,二、停機(jī),,停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)將已解列的發(fā)電機(jī)的附屬

18、設(shè)備退出工作，使之處于安全狀態(tài)。因此需作一系列操作、調(diào)節(jié)與試驗(yàn)。,35,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,思 考 題1.對(duì)同步發(fā)電機(jī)并列的兩點(diǎn)基本要求及為此提出的并列時(shí)刻的3個(gè)條件是什么?如何利用MZ—10組合同期表監(jiān)視這3個(gè)條件?TJJ繼電器如何發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)控功能?2.發(fā)電廠同期接線系統(tǒng)中各同期小開關(guān)TK，STK，QK的作用如何?3.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由哪些基本部分組成?按勵(lì)磁功率源如何分類及使用范圍?,36,第14章

19、 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,4.自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有哪些基本功能?5.在發(fā)電機(jī)端電壓恒定條件下，有哪些方法可以增加發(fā)電機(jī)的無功輸出?其原理為何?6.在發(fā)電機(jī)輸出有功恒定條件下，有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)輸無功如何受機(jī)端電壓的影響？如何手動(dòng)增、減無功輸出?在恒定勵(lì)磁條件下(自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器退出工作)，機(jī)端電壓的變化又如何影響發(fā)電機(jī)的無功輸出?,37,第14章 同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與操作,,7.電壓過高或過低對(duì)發(fā)電機(jī)有何危害?8.