自并励汽轮发电机励磁电源问题探讨

重雪 一3 自并励汽轮发 电机励磁 电源问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 探讨 Discussion on Excitation Power Source of Potential Source Exciter for Turbine Generator 陈振宇，程宏伟 (河南电力试验研究所 ，河南 郑 H 450052＼) 在发电机的各种励磁方式中，自并励方式以其 接线简单、高可靠性、低造价、电压响应速度快、灭磁 效果好的特点而得到了广泛应用。随着电力电子技 术的发展，大容量可控硅制造水平的逐步成熟，大型 汽轮发电机采用自并励励磁方式已成为一种趋势。 近 20 a来，美国、加拿大对新建电站几乎一律采用 自并励励磁系统。虽然国产大中型机组大都采用三 机励磁方式，但近年来进口的大中型机组大都装备 的是自并励励磁系统。从国内外运行情况表明，采用 自并励励磁和附加励磁控制，已成为改善电力系统 稳定性的有效措施。 1 自并励接线方式 1．1 接于发电机出口母线 这是自并励的典型接线方式，励磁电源取自发 电机机端并联变压器。接线方式比较简单，可靠性 高，当外部短路切除后，强励能力便迅速发挥出来 主要缺点是励磁电源受机端电压影响，在线路首端 发生三相短路故障时，由于机端电压下降，会使强励 作用有所减弱。现代大型机组大都采用单元接线方 式，发电机出口三相短路的可能性很小，其产生的不 利影响可按升压变压器高压侧故障考虑。对于近端 不对称短路故障，特别是单相短路故障(占短路故障 总数的 80％左右)，机端电压可达 0 7 u 以上，仍 可有效进行强励。而且对于这种接线方式，机端短路 后应切除发电机，自并励的缺点并不影响发电机 对 于发电厂高压母线出口近端三相短路，虽然母线电 压大幅度下降会影响强励倍数，但现代电网都配有 快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短 路故障迅速切除。短路故障一旦切除，发电机电压迅 速恢复，强励能力也就跟着恢复。可以说采用现代技 术的继电保护及快速断路器，不但弥补了自并励励 磁系统在这方面的缺点，而且对保持暂态稳定来说， 快速切除故障比提高励磁系统性能更为重要 如果 不能迅速地将近端三相短路故障切除，即使采用其 它励磁方式，也不能维持发电机的暂态稳定 由于采用机端励磁电源，靠发电机剩磁无法建 立电压，需要外加起励电源，另外，在机组调试阶段， 以及机组大修后进行发电机特性试验时，还需要一 大容量的试验电源 1_2 接于厂用母线 这种接线方式不需要起励及试验电源装置。但 当外部短路切除后，厂用电动机在转速恢复过程中 吸收大量无功电流，在厂用变压器上造成较大的电 压降落，影响厂用母线电压及时恢复正常，从而影响 励磁装置的强励能力。另外励磁变压器通过厂用变 压器这个中间环节供电，不但增加了厂用变压器的 容量，而且受厂用电运行情况的影响，供电可靠性 收稿 日期 ：1999·11-17；修订 日期 ：2000-03-20 作者简介：陈振宇(1970-)，男．河南周口人，工程师，工学学 t．从事继电保护和励磁系统试验工作。 一 35一 维普资讯 http://www.cqvip.com 差，因此，这种接线方式要求所在厂用母线具有相对 独立性，并有可靠自投的备用电源，而且最好投入之 后母线电压能保证额定值的 85％ 以上。 1 3 接于系统侧 励磁电源直接取自发电厂升压站高压母线。由 于从系统受电，可以解决起励电源及试验电源问题。 但是当系统发生事故发电机跳闸后，这时系统电压 低，励磁装置不能主动地恢复正常；在系统电压极低 的情况下，往往可能失去励磁。从投资经济角度上来 说，励磁变压器接于升压站母线，升压站就需增加一 间隔，加装断路器、隔离开关、接地刀闸等一次设备， 增加了设备投资及设备维护量，并且这种接线方式 受运行方式影响较大，可靠性不是很好。 比较以上 3种接线方式．接于发电机出口母线 是一种简单、优先的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。河南新近投产的鸭河1：3电 厂 2x350 MW 机组(ABB机组)和洛阳热电厂扩建 工程 2×160 MW 机组(俄罗斯机组)以及正在筹建 的禹州电厂 1期工程 2~350 MW 机组(西屋公司机 组)，均采用这种接线方式 下面问题的讨论仅限于 这种接线方式。 2 励磁变压器的选择 2．1 选择原则 励磁变压器绕组的联接一般采用“Y，d”或“D， y”接线。由于可控硅整流装置换流时产生高次谐波， 励磁变压器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 应充分考虑整流负载电流分量中高 次谐渡所产生的热量，并且高压绕组与低压绕组之 间应有静电屏蔽，同时励磁变压器应能满足汽轮发 电机空载试验时 l3O％ 额定机端电压的要求。另外 考虑到励磁变压器必须可靠，强励时要有一定的过 载能力，而且励磁电源一般不设计备用电源，因此宜 选用维护简单、过载能力强的干式变压器。从 目前国 内干式变压器制造工艺水平来说，已能生产满足大 型机组需要的容量达 16 000 kVA、电压等级 35 kV 的干式变压器。若从降低励磁系统造价来说，采用油 浸变压器也是可行的。当励磁变压器安装在户外时， 由变压器副方到整流桥之问的馈线不宜太长，特别 是在励磁电流很大的情况下，这一点尤须考虑。而且 不宜用单芯铠装电缆，而应选用橡皮电缆。因为单芯 铠装电缆通以交流电时，在钢甲中要感应较高的电 压以及不能忽略的电流，并对通信电缆造成干扰。 2．2 选择示例 2．2．1 鸭河口电厂的有关参数 发电机额定励磁电流 I~--4 469 A，发电机 额定 一 36一 励磁电压 =364 V，强励倍数 K =2．可控硅最小 控制角 ． =10。。 2．2．2 励磁 变压 嚣副 边电压 按照可控硅全控桥整流计算方法由下式计算励 磁变压器低压侧电压 ： ’ 1 35氓COS0_哪=K。￡‘．1+— K． Xk+2AU 由于在初设时凰 无法确认，2AU也为估计值， 因此可以把回路中总的电压损失估计为 10％。又由于 c0s Otmln~CO$0。=1，则由上式确定 的计算值为 Us= ￡‘／(90％×1．35)--599．2 V，实际取值为 b~=650 V。 2．2．3 励磁变压嚣副边电流 按直流侧电流折算，取裕度系数为 1．1，则副边 电流计算值为L=I．I×O．8I6× =I l×0 816 x4 469= 4 Ol1．4 A ，实际取值为 ；,--4 393．3 A。 2．2．4 励磁变压器容量和 变比 由 L、 的计算值 确定励 磁变压器容量 S= 、／3 以=、／3×4 011．4~599．2--4 163 kVA，实际 取值为 S--4 950 kVA，留有一定的裕度。 发电机出口电压为 22 000 V，励磁变压器副边 电压实际取值为650 V，所 其变比为 22 000／650。 3 自并励方式的起励 当发电机披汽轮机拖动至额定转速时，发电机 转子铁心剩磁可能使发电机电压升至几十伏或数百 伏(约为额定电压的 1％一2％)。对于励磁变压器接 于机端的方式，由于同步电压太低，励磁调节器无法 形成触发脉冲，励磁回路无法导通，这就需要采取措 施，其中最常见的办法就是外加起励电源，供给初始 励磁，待发电机电压升到一定值时自动退出，由调节 器自动升压到额定值。 鸭河1：3电厂的起励电源选择计算如下： 查发电机出厂试验特性曲线，发电机空载额定 电压时励磁电压为 ￡ 产9O V． 励磁电流为 =1 481 A 调节器要求在同步电压必须大于 20％ 额定电压 时才能自动投入 (国内行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规定不大于发电机 额定电压的 1O％)，此 时对应的转子 电流为 ：1 481× 20％ =296 A。实际选用起励容量为 1O．46 kVA，变比 为 400／21．5，副边额定电流为 281 A。经全渡整 流，直流电流为 281×1．225=344 A(大于296 A)，为 满足起励要求，留有一定裕度。起励变压器副边电压 按能满足使发电机起励到 30％额定电压设计。转子 电阻 月---0．062 n ，20％ 时起励 变压器副边 电压 U．=296~0．062／1．35=13．6 V；3O％ 时起励变压器副 维普资讯 http://www.cqvip.com 电压 L『2：1 481×30％×0．062／1．35=20．4 V<21．5 V，满 足上面要求 以上计算比较粗略，首先把发电机空载特性曲 线线性化就会产生 20％ 、30％ 时励磁电流的 误差，但该误差只能使计算值偏大，使裕量再多一 些．因此误差可以不考虑 另外，起励变压器的容 量与调节器对同步电压最低 限值的要求有关 ，随 着调节器集成化、微机化处理的应用 ，可使同步电 压的工作范围大大增加，起励电源的容量就可以 减少很多。 自并励机组的起励，除了上述外加起励电源的 它励方式外，当发电机的残压较高时，利用残压起励 也是一种方法 但是在考虑采用残压起励时，由于残 压不稳定，每一次开机后残压都不一定一样，要实现 自动建压，必须满足一定条件：即发电机特性曲线应 在整流特性曲线之上。因此在选择起励方式时，可以 把它励起励方式和残压起励方式结合起来，既可以 保证残压起励的可靠性，又可以降低外加起励电源 的容量(仅相当于充磁) 4 试验电源问题 在机组调试阶段，以及机组大修后进行发电机 特性试验时，自并励发电机需要一大容量的试验电 源来满足其空载、短路试验时对动力的要求，一般可 考虑取 自厂用高压母线或者通过主变压器从系统倒 进过来。 4．1 取 自主变压器低压侧(通过主变压器从系统倒 送电) 主变压器允许做冲击试验的情况下，励磁试验 电源可考虑取自主变压器低压侧，从系统倒送过来。 这里有 2种情况，当发电机与主变压器之间有断开 点．励磁变压器接于断开点主变压器侧的情况，励磁 电源可从系统直接倒送过来。当发电机与主变压器 之间无断开点或者励磁变压器接于断开点发电机侧 的情况，需要断开励磁变压器与发电机出口母线的 连接，用高压电缆连接至主变压器低压侧，对于这样 的情况，在做发电机特性试验前发电机出口母线与 主变压器低压侧不能连接，待试验完毕后，恢复正常 连接。不过这项工作将占用开机后的不少时间，而且 在以后机组的大修期间，每次发电机特性试验均需 断开发电机母线与主变压器的连结，这不但浪费工 时，还增加了不安全因素。 4．2 取自厂用高压母线 对于发电机励磁试验电源取自厂用高压母线的 情况，首先要考虑励磁变压器能否满足发电机空载、 短路试验时对动力的要求 要依据发电机厂家提供 的发电机空载、短路试验的特性曲线，比较这 2种 特性试验所需的最大励磁电流。对于发电机短路试 验，励磁电流一般是短路电流达到额定时对应的励 磁电流；对于发电机空载试验，则有所区别。对于国 产机组，一般要求 1．3倍额定空载电压下对应的励 磁电流；对于只做发变组空载特性曲线，一般是 1．05倍额定空载电压对应的励磁电流，对于发变 组整体试验时由于变压器励磁电流的影响，还需 考虑一定的裕度系数 另外要考虑临时电源的接 线问题 ，一般可从高压厂用段备用柜接线，如果容 量不够 ，可考虑取 自主变压器低压侧，也可以考虑 从启备变压器低压侧连接，不过这在恢复系统时， 要花费不少工时。 鸭河口电厂励磁试验电源计算：(励磁试验电源 取自厂用 6 kV段)励磁变压器变比k=22 000／650， 转子电阻 =0．062 n，可控硅最小控制角 Ot'nl = l0。。查发电机出厂空载试验特性曲线 ，发电机在 1．1倍空载额定电压时励磁电流为 =1 756 A(设 备合同要求发电机空载特性试验电压 1．1 )。查发 电机出厂短路试验特性曲线，发电机在额定短路电 流时励磁电流为 =2 850 A，则发电机特性试验时 的最大励磁电流为 ：2 850 A。折算至整流柜交 流侧电流 ：t=o．816~2 85O_2 326 A。发电机试验时 转子温度取 40℃，转子电阻折算至试验温度时为 40 (235+40)／(235+15)：0 068 2 n 。发电机 特性试验时的最大励磁电流所对应的励磁电压：珥 = ×R ℃=2 850~0．068 2=194．4 V 。 励磁试验电源取自厂用 6 kV段时，励磁变压 器副边 电压为 =￡ =650~6 000／2 2o0o=l77-3 V，考虑换流压降以及回路压降后，可以把回路中总 的电压损失估计为 10％，则折算至整流柜直流侧电 压 --0．9×1．35 U~cos Ot'nl =0．9×1．35~177．3×0．985： 212．2 V ，计算结果大于 194．4 V，满足发电机特性 试验要求。对于发变组短路特性试验，考虑到主变压 器激磁电流的影响，取裕度系数 4％，则 =1．04× 194．4=202．2 V，计算结果小于 212．2 V，满足发变组 短路特性试验要求 在鸭河口 1号机组发变组短路 特性试验时，定子电流最高为 11 500 A。励磁变压 器高压侧电流： _-、／3[1『／、／3 u=、／3×l77．3~2 326／、／3×6 000=-68．7 A 选用 6 kV I段备用开关柜即可满足励磁试验 (下转第 89页) 一 37— 维普资讯 http://www.cqvip.com 这是显见的物理规律，但 C的取值就包古了人为的决策因 素 上述规程中规定：安全阀的总排气能力，必须保证在钳 筒和过热器上所 有安全 阈开 启后 锅炉 内的蒸 汽压 力上升 幅度不超过附表 中规定值。因此 G的取值事实上包含了一 定的安全系数。由于安全系数的介人，使标称排放量与宴际 排 放量产 生了差 距。据 了解 美国同业在建立喉 径与排放 量 的美系时也有采用与上式相似的公式，但其 G值约取 O 6。 这意味着相同的标称排放量，其喉径比我国要小很多，当然 实际排放量也相应 地小 考核安全阀的实际排放量，最理想的办法是现场测量， 但是如此高温高压巨大流量的测量在技术上是难以实现的， 此外可以通过计算来了解流量，计算中必须在大量的蒸汽参 数中正确地选择符台实际情况的数据和计算式 求是一种特 殊物质，水蒸汽是特性特别难以确定的物质 它的许多特征 与大部分其他物质特性完全不同 通过喷口的流量的基本式是： Q=Pz'．4 式中 只是喷口处的密度，u．是线速度，A是喷日面积。计算 的结果是，该安全阈的实际排放量大约在 250 t／h上下。 当大体上知道阀门的实际排放量后就可蹦按照这个数 值为阀门选配相同排放量的消声器。阀门与消声器流量配台 得适当时，消声器能获得良好的工作状态，消声效率高、阻力 小，受到的张力、径向力及温度等都与设计时选定的参数一 致，即充分发挥效率叉安全可靠：姒中国科学院声学所制造 的“ZF 416”型消声器为例来观察，排放不同流量时小 L消声 器的工作状态．如图 l所示 图 1是 “ZF 416”型消声器的流量一驻压特性曲线 ，横 坐标表示通过消声器的流量．纵坐标指示消声器气室内的 驻压 该消声器的额定流量为 60 t／h，从图中可看出注^ 消声器的流量从小向大增加时，消声器内压也随之上升呈 线 性关系 在 额定流 量 60t／h处 ，驻 压为 670 kPa。这样工 围 1 ZF 416型小孔消声器不同排 放流■的工作状瘩 作状态比较适宜．也是设计者在设计时选定的．在这个压力 下消声器效率高．承受应力也很安全 在此状态下进行消声 器强度设计所确定的容器壁厚 、型体尺寸及支座系统都比 较匀称得体，在制造过程中的经济指标也较好。但如果给消 声器注^流量大大超过额定流量，在流量达到 120 t／h时 ． 这相当于消声器与阀门流量配合不当的情况 ，相当于 6O t／h消声器配用于标称流量是 60 t／h而实际流量是 120 t／h的安全阀，从图上可查出气室压力要增加至 1 34 kPa， 才达到气流出^平衡。于是消声器的工作状态偏离了设计 参数，其影响是消声器各部受到的应力都成倍增加 ，阻力也 会增加，温度也会提高，虽然由于消声器强度设计时都留有 高倍率的安全系数．但消声器长时期超负荷使用也是不允 许的 高压蒸汽锅炉蒸汽压力为 1O MPa，超高压和亚临界蒸 汽压力还要高许多．而小孔消声器气室压力小于 I MPa，两 者相差悬殊。因此在为发电厂设计蒸汽排放消声器时，应在 4'：fL消声器前加一级扩容降压，这一级的八口强度设计应能 承受相应高压的载荷。为发电厂降低锅炉蒸汽排放噪声的消 声器通常将小 L消声器与扩容降压级台并在一起成为 一个 整体 例如 ZF”型系列稍声器，这种消声器可以直接与锅炉 上的排气阀门相联接 【 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑 苏 杖) (上接 第 37页) 电源要求。 5 结束语 通过以上的分析讨论，自并励汽轮发电机的励 磁电源应接于发电机出口母线。励磁变压器宜选用 联结组别“Y，d__或“D，y”接线的于式变压器，励磁变 压器设计应充分考虑整流负载电流分量中高次谐波 所产生的热量，并且高压绕组与低压绕组之间应有 静 电屏蔽 ，并能满足汽轮发 电机空载试验时 130％ 额定机端电压 的要求。起励 电源 容量 应满 足发电机建压太于 l0％ 额定电压要求，且需要双 回路设计，一路取厂用交流系统，一路取厂用直流 系统，起励成功后或失败时，起励回路均应能自动 退出。发电机试验电源首先应选择取自厂用高压 母线，且需要单独设一励磁试验电源柜，供发电机 试验用。 参考文献： [I] 樊 慢，陈 忠 ，涂光愉 同步发电机半导体励磁原理及应用 [M]北京：水利电力出版杜，1991 (责任编辑 李 博) 一 89 一 ，鲁、 世 维普资讯 http://www.cqvip.com