燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)研制

呂祖強(qiáng)

摘 要：在現(xiàn)代信息化社會(huì)中，電力供應(yīng)是保障生產(chǎn)、生活的必須，當(dāng)主要發(fā)電設(shè)施出現(xiàn)問(wèn)題不能起到供電作用時(shí)，備用應(yīng)急電源就能在最短的時(shí)間內(nèi)解決電力供應(yīng)不足的情況。發(fā)電系統(tǒng)的研制保障了機(jī)組的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：發(fā)電系統(tǒng)；AVR；發(fā)電機(jī)

前言

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組是為滿(mǎn)足應(yīng)急電源的需要而研制開(kāi)發(fā)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。機(jī)組采用單元化和集成化設(shè)計(jì)；采取了良好的降噪措施；采用成熟的先進(jìn)技術(shù)；部分配套件選用世界上的先進(jìn)產(chǎn)品；起動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)采用計(jì)算機(jī)全過(guò)程自動(dòng)化控制。所以機(jī)組具有較好的先進(jìn)性、可靠的使用性、簡(jiǎn)便的維護(hù)性、起動(dòng)迅速、低噪聲、操作自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)；適合各種環(huán)境條件下使用。

第一章 發(fā)電系統(tǒng)組成

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、斷路器、電力插頭插座、24根185電纜、13根240電纜、2根35電纜組成。其中主要部件是發(fā)電機(jī)。所以我這里主要介紹發(fā)電機(jī)部分。

第二章 發(fā)電機(jī)概述

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組采用英國(guó)斯坦福公司的PI734F型他勵(lì)三相交流同步發(fā)電機(jī)，并帶有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置（AVR）?？烧{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電的電氣指標(biāo)。發(fā)電機(jī)參數(shù)及所發(fā)出的三相交流電所能達(dá)到電氣指標(biāo)如下：（1）容量：1600kVA；（2）相數(shù)：三相；（3）繞組接法：Y型；（4）輸出電壓：線(xiàn)電壓400V，相電壓230V；（5）頻率：50Hz；（6）輸入軸轉(zhuǎn)速：1500r/min；（7）額定功率因數(shù)：0.8（滯后）；（8）電壓調(diào)整率（波動(dòng)率）：≤0.5%；（9）電壓波形畸變率：<5.0%；（10）電壓穩(wěn)定時(shí)間：≤1.0s；（11）穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率：-0.5%～0.5%；12）瞬態(tài)電壓調(diào)整率：-15%～20%（功率因數(shù)不超過(guò)0.4（滯后）的60%額定電流的三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載條件下測(cè)試）；（13）發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)量：3.45m/sec；

第三章 發(fā)電機(jī)工作原理

1主轉(zhuǎn)子；2旋轉(zhuǎn)二極管；3勵(lì)磁轉(zhuǎn)子；4永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；5永磁發(fā)電機(jī)定子；6勵(lì)磁機(jī)定子；7AVR；8隔離變壓器（如果安裝）；9主定子；10輸出；11軸。

永磁發(fā)電機(jī)（PMG）通過(guò)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）給磁場(chǎng)提供勵(lì)磁，AVR為一可以控制勵(lì)磁大小的裝置。AVR從發(fā)電機(jī)主定子繞組，經(jīng)過(guò)隔離變壓器傳送的電壓信號(hào)反饋，通過(guò)控制小功率的勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)整流橋勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出給主轉(zhuǎn)子，從而控制大功率需求的磁場(chǎng)。自動(dòng)電壓器（AVR）是可控晶閘管類(lèi)，并是無(wú)刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁補(bǔ)充的一部分，除調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓外，AVR電路中具有保護(hù)功能，以確保安全可靠地控制發(fā)電機(jī)，PMG提供勵(lì)磁功率保證了低無(wú)線(xiàn)電干擾和晶閘管的抗干擾度，AVR與主定子繞組相連并控制著勵(lì)磁定子的功率供給，所以主轉(zhuǎn)子總是維護(hù)著發(fā)電機(jī)的輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，以修正發(fā)電機(jī)負(fù)荷、速度、溫度和功率因素的影響，AVR包括軟啟動(dòng)電路為發(fā)電機(jī)提供平滑的建壓曲線(xiàn)，頻率檢測(cè)電路持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出，當(dāng)速度低于可調(diào)的預(yù)設(shè)定的值時(shí)，通過(guò)與轉(zhuǎn)速成正比例地降低發(fā)電機(jī)的輸出電壓提供勵(lì)磁電流的低速保護(hù)。更進(jìn)一步增加此功能是可以調(diào)節(jié)電壓/頻率的斜率來(lái)改善增壓型發(fā)電機(jī)頻率恢復(fù)時(shí)間。

不可控的過(guò)勵(lì)磁被限定在一個(gè)安全的周期，可以通過(guò)內(nèi)部電路來(lái)切斷AVR的輸出，直到發(fā)電機(jī)停機(jī)后才可恢復(fù)正常。對(duì)一個(gè)完全的保護(hù)斷路器只能在裝置短路的狀況下提供電路隔離。此外AVR能檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并且在低于預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速（HZ）時(shí)，電壓跟隨轉(zhuǎn)速下跌速度可調(diào)，可以防止在發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)下過(guò)勵(lì)磁并降低負(fù)荷從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，AVR提供過(guò)勵(lì)磁保護(hù)，如果發(fā)生過(guò)勵(lì)磁則會(huì)延時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)滅磁。

第四章 電力輸出形式

機(jī)組電力輸出采用24套瑞士進(jìn)口的KST16BV-NS/M50系列航空快速插頭和ID/B16BV-NS-A系列航空快速插座，為適應(yīng)不同負(fù)載形式，相線(xiàn)和零線(xiàn)采用相同截面，因此相線(xiàn)和零線(xiàn)均配置6套插座，單只插座的額定容量為530A，快速插座為單極插座，防護(hù)等級(jí)滿(mǎn)足IP65。

與之對(duì)應(yīng)，電力輸出電纜采用截面積為240mm2電纜12條（每相4條）和185mm2電纜6條，以適應(yīng)不同負(fù)載容量的供電要求。

第五章 發(fā)電機(jī)保護(hù)

1、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。為定子繞組及其引出線(xiàn)的相間短路保護(hù)。

2、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。為定子繞組一相匝間短路保護(hù)。只有當(dāng)一相定子繞組有兩個(gè)及以上并聯(lián)分支而構(gòu)成兩個(gè)或三個(gè)中性點(diǎn)引出端時(shí)，才裝設(shè)該種保護(hù)。

3、單相接地保護(hù)。為發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地保護(hù)。

4、勵(lì)磁回路接地保護(hù)。為勵(lì)磁回路的接地故障保護(hù)，分為一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)兩種。中小型汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)檢查出勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地后再投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)。

5、低勵(lì)、失磁保護(hù)。為防止大型發(fā)電機(jī)低勵(lì)（勵(lì)磁電流低于靜穩(wěn)極限所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流）或失去勵(lì)磁（勵(lì)磁電流為零）后，從系統(tǒng)中吸收大量無(wú)功功率而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，100MW及以上容量的發(fā)電機(jī)都裝設(shè)這種保護(hù)。

6、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定負(fù)荷電流運(yùn)行時(shí)作用于信號(hào)的保護(hù)。中小型發(fā)電機(jī)只裝設(shè)定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)；大型發(fā)電機(jī)應(yīng)分別裝設(shè)定子過(guò)負(fù)荷和勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

7、定子繞組過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)縱差范圍外發(fā)生短路，而短路元件的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，為了可靠切除故障，則應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)外部短路的過(guò)電流保護(hù)。這種保護(hù)兼作縱差保護(hù)的后備保護(hù)。

8、定子繞組過(guò)電壓保護(hù)。中小型汽輪發(fā)電機(jī)通常不裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)都裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)，以切除突然甩去全部負(fù)荷后引起定子繞組過(guò)電壓。

9、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路或者三相負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)（如電氣機(jī)車(chē)、電弧爐等單相負(fù)荷的比重太大）時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組中就有負(fù)序電流。該負(fù)序電流產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因此在轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)100HZ的倍頻電流，它會(huì)使轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等電流密度很大的部位過(guò)熱，造成轉(zhuǎn)子的局部灼傷，因此應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過(guò)流保護(hù)。中小型發(fā)電機(jī)多裝設(shè)負(fù)序定時(shí)限電流保護(hù)；大型發(fā)電機(jī)多裝設(shè)負(fù)序反時(shí)限電流保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限完全由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子承受負(fù)序發(fā)熱的能力決定，不考慮與系統(tǒng)保護(hù)配合。

10、失步保護(hù)。大型發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)系統(tǒng)振蕩過(guò)程的失步保護(hù)。中小型發(fā)電機(jī)都不裝設(shè)失步保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)由運(yùn)行人員判斷，根據(jù)情況用人工增加勵(lì)磁電流、增加或減少原動(dòng)機(jī)出力、局部解列等方法處理。

11、逆功率保護(hù)。當(dāng)汽輪機(jī)主汽門(mén)誤關(guān)閉，或機(jī)爐保護(hù)動(dòng)作關(guān)閉主汽門(mén)而發(fā)電機(jī)出口斷路器未跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)失去原動(dòng)力變成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，從電力系統(tǒng)吸收有功功率。這種工況對(duì)發(fā)電機(jī)并無(wú)危險(xiǎn)，但由于鼓風(fēng)損失，汽輪機(jī)尾部葉片有可能過(guò)熱而造成汽輪機(jī)事故，故大型機(jī)組要裝設(shè)用逆功率繼電器構(gòu)成的逆功率保護(hù)，用于保護(hù)汽輪機(jī)。

第六章 發(fā)電機(jī)維護(hù)

定期（一年）檢查發(fā)電機(jī)繞組對(duì)地絕緣：采用低壓（500V）兆歐表測(cè)試，絕緣電阻不小于1.0MΩ；若絕緣不良，可將發(fā)電機(jī)組在AVR連接線(xiàn)K1、K2斷開(kāi)狀態(tài)下空轉(zhuǎn)運(yùn)行，直至絕緣達(dá)到要求；或?qū)l(fā)電機(jī)所有蓋板拆除以便于潮濕空氣的逸出。在干燥過(guò)程中，氣流應(yīng)能在發(fā)電機(jī)內(nèi)自由流通并帶走濕氣。使用兩個(gè)1-3kW的電吹風(fēng)機(jī)，從發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口處將熱空氣導(dǎo)入。注意發(fā)熱源和繞組間應(yīng)至少保持300mm以避免過(guò)熱而引起絕緣損壞。持續(xù)加熱并且每半小時(shí)記錄一次絕緣電阻值。當(dāng)該值大于1.0MΩ后，烘干過(guò)程即已完成。移開(kāi)加熱器，蓋上所有蓋板。

參考文獻(xiàn)

[1]湖南省電力學(xué)校.發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備[M].北京：電力工業(yè)出版社，1980.07.

[2]山西省電力工業(yè)局.電氣設(shè)備運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，

1997.05.