同步發(fā)電機(jī)無功功率擺動(dòng)的主要因素及處理措施ppt課件

1、本文根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)數(shù)據(jù)，從實(shí)際上分析同步發(fā)電機(jī)無功功率擺動(dòng)的緣由，論述了引起機(jī)組無功功率擺動(dòng)的主要要素及處置措施。關(guān)鍵詞同步發(fā)電機(jī)無功功率擺動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)1.概述山西鋁廠熱電分廠共有六臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，額定電壓為6.3kV，額定容量分別為一期12MW三臺(tái);二期25MW三臺(tái)。從2019年2019年3#、4#、5#、6#機(jī)組多次出現(xiàn)發(fā)電機(jī)無功功率自然擺動(dòng)，其最大擺幅8Mvar，給消費(fèi)的組織和調(diào)整帶來了很大的影響，為此經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和分析，查找到了其無功擺動(dòng)的緣由，并提出了對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改良的措施。為分析機(jī)組無功功率自然擺動(dòng)的緣由，于2019年2月7日0點(diǎn)到24點(diǎn)，對(duì)5#、6#機(jī)組實(shí)施無功功率的24小

2、時(shí)在線監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1、表2。表15#機(jī)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從上表可以看出，5#機(jī)組在0.36到20.33期間發(fā)生無功擺動(dòng);6#機(jī)組在0.20到19.50期間發(fā)生無功擺動(dòng)，其他時(shí)間未擺動(dòng)。6#機(jī)組在1.55無功功率由17Mvar自然降到10Mvar，擺動(dòng)幅度7MVAR;在6.23無功功率由13Mvar自然上升到20Mvar，擺動(dòng)幅度為7Mvar，并且無功功率已超越發(fā)電機(jī)的額定值。在2019年4月10日13點(diǎn)由于4#機(jī)組緊急停機(jī)，5#機(jī)組無功功率由12Mvar直線下降到0，發(fā)電機(jī)定子電流最大擺到4000A，有功功率由25MW上升到26MW，“電壓回路斷線信號(hào)出現(xiàn)，強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，勵(lì)磁電壓為30V，勵(lì)磁電流

3、為50A。檢查磁場(chǎng)變阻器沒有異常后手動(dòng)調(diào)整添加無功負(fù)荷，恢復(fù)正常。4月12日11:58分，5號(hào)機(jī)無功功率由10Mvar降到0，其它參數(shù)正常。2.發(fā)電機(jī)無功功率擺動(dòng)實(shí)際分析2.1電力系統(tǒng)中的無功功率發(fā)、供電的質(zhì)量目的主要表現(xiàn)為電壓和頻率。頻率是由電力系統(tǒng)發(fā)電有功功率和有功負(fù)荷耗費(fèi)的總電量來決議的;電壓那么是靠電力系統(tǒng)中無功功率平衡來維持的。假設(shè)電力系統(tǒng)中的無功功率嚴(yán)重短缺，那么系統(tǒng)中的電壓程度過低，使某個(gè)系統(tǒng)的母線電壓運(yùn)轉(zhuǎn)在臨界值以下時(shí)，母線電壓有一微小的下降就會(huì)發(fā)生負(fù)荷耗費(fèi)的無功功率增量大于系統(tǒng)向該點(diǎn)提供的無功功率增量，使無功缺額進(jìn)一步增大，電壓進(jìn)一步下降，這種惡性循環(huán)將呵斥系統(tǒng)“電壓解體。電

4、壓解體后，大量電動(dòng)機(jī)自動(dòng)切除，某些發(fā)電機(jī)組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。2.2無功功率平衡與電壓程度的關(guān)系QGi=QLj+Qk式中:QGi無功電源向系統(tǒng)供應(yīng)的無功功率;i無功電源的個(gè)數(shù);QLj負(fù)荷所耗費(fèi)的無功功率;j無功負(fù)荷的個(gè)數(shù);QK電力系統(tǒng)中變壓器、線路中所損耗的無功功率;圖1無功功率平衡和電壓程度關(guān)系圖1為電力系統(tǒng)無功負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性，假設(shè)電力系統(tǒng)電壓Ux運(yùn)轉(zhuǎn)在額定電壓Ue，那么系統(tǒng)無功負(fù)荷所耗費(fèi)無功功率為Qe，那么QLj+Qk=Qe，假設(shè)電力系統(tǒng)中一切的無功電源發(fā)出無功功率總和QGj也等于Qe，電力系統(tǒng)就會(huì)維持在額定電壓運(yùn)轉(zhuǎn)。那么無功功率平衡關(guān)系那么為QGie=QLje+Qke(角

5、標(biāo)“e表示運(yùn)轉(zhuǎn)在額定電壓)。假設(shè)系統(tǒng)中一切無功電源發(fā)不出Qe那么多無功功率，而只能發(fā)出Qa這么多,系統(tǒng)負(fù)荷就只能耗費(fèi)Qa這么多。這時(shí)系統(tǒng)將運(yùn)轉(zhuǎn)在a點(diǎn)，系統(tǒng)電壓Ux=Ua，系統(tǒng)負(fù)荷耗費(fèi)的無功功率為Qa。那么數(shù)學(xué)表達(dá)式即QGia=Lja+Qka，角標(biāo)“a表示系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在a點(diǎn)?；蛘呦到y(tǒng)中一切無功電源發(fā)出的無功功率稍大于Qe為Qb，而系統(tǒng)中負(fù)荷耗費(fèi)也到達(dá)了Qb這么多，那么系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在b點(diǎn)。系統(tǒng)電壓Ux=Ub，負(fù)荷耗費(fèi)的無功功率為Qb，那么數(shù)學(xué)表達(dá)式即QGib=QLib+Qkb，角標(biāo)“b表示系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在b點(diǎn)。電氣規(guī)程要求系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓允許在Ux=Ue5%Ue的范圍內(nèi)，所以a、e、c三點(diǎn)都是電力系統(tǒng)無功功率

6、的平衡點(diǎn)，即系統(tǒng)可以穩(wěn)定地在電壓Ua、Ue、Ub下運(yùn)行。因此要控制系統(tǒng)在額定電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，就要控制系統(tǒng)中的無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時(shí)所耗費(fèi)的無功功率。假設(shè)這個(gè)“等式關(guān)系不能滿足，那么電力系統(tǒng)就會(huì)偏離額定電壓運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)無功電源發(fā)出的無功功率偏離負(fù)荷在額定電壓下所需耗費(fèi)的無功功率過多時(shí)，作為無功電源的發(fā)電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)無功功率擺動(dòng)，電力系統(tǒng)電壓就會(huì)過多地偏離額定電壓?？梢姡S持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)是靠控制系統(tǒng)無功電源的出力來實(shí)現(xiàn)的。(c)適量圖(d)同步發(fā)電的外特性圖圖2a是同步發(fā)電機(jī)的原理圖，圖中FLQ是勵(lì)磁繞組，機(jī)端電壓為Uf，電流為If。在正常情況下，流經(jīng)FLQ的勵(lì)磁通量

7、電流為Ifd，由它所建立的磁場(chǎng)使定子產(chǎn)生的空載感應(yīng)電勢(shì)為Eq，改動(dòng)Ifd的大小，Eq值就相應(yīng)地改動(dòng)。經(jīng)過圖2b的等值電路圖，可以得出:Uf+JIfxd=Eq式中Xd發(fā)電機(jī)直軸電抗。根據(jù)圖2c的矢量關(guān)系:Eqcos=Uf+Iwxd式中Eq與Uf間的相角，即發(fā)電機(jī)的功率角;Iw發(fā)電機(jī)的無功電流。普通情況下的值很小，可近似為cos=1那么上式可簡化為EqUf+Iwxd。從式中可以看出，同步發(fā)電機(jī)的外特性是下降的，當(dāng)勵(lì)磁電流Ifd一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓Uf隨無功負(fù)荷增大而下降。圖2d闡明，當(dāng)無功電流為Iw1時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓為額定值Ufe，勵(lì)磁電流為Ifd1。當(dāng)無功電流增到Iw2時(shí)，假設(shè)勵(lì)磁電流不添加，那

8、么電壓降至Uf2，能夠滿足不了運(yùn)轉(zhuǎn)要求，必需將勵(lì)磁電流增大至Ifd2，才干維持端電壓為額定值Ufe。同理，無功電流減小時(shí)，Uf也會(huì)上升，必需減小勵(lì)磁電流。所以說，同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率必需經(jīng)過對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)整，才干滿足系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)無功功率的需求，進(jìn)而才干保證電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。3.引起機(jī)組無功功率擺動(dòng)的緣由3.1機(jī)組問題3.1.12019年，三號(hào)機(jī)發(fā)生無功擺動(dòng)以后，我們對(duì)直流勵(lì)磁機(jī)進(jìn)展空載實(shí)驗(yàn)，勵(lì)磁機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)正常，9月份電機(jī)大修期間發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠，最后檢查為轉(zhuǎn)子線圈有匝間短路景象。3.1.22019年6月份，4號(hào)機(jī)因勵(lì)磁機(jī)碳刷打火，換向器外表有燒傷，無功功率擺動(dòng)頻繁，最后檢查確定勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子有

9、匝間短路景象。3.1.32019年4月，5號(hào)機(jī)因無功功率擺動(dòng)停機(jī)后，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)的換向器片間有短路景象。3.1.42019年4月10日-12日，5號(hào)機(jī)兩次出現(xiàn)無功功率直線下降為零，經(jīng)停機(jī)檢查，屬換向器的片間出現(xiàn)瞬間短路所引起的。3.2同步發(fā)電機(jī)無功功率的分配汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率只受汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制，與勵(lì)磁電流的大小無關(guān)。故無論勵(lì)磁電流如何變化，發(fā)電機(jī)的有功功率均為常數(shù)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化只是改動(dòng)了機(jī)組的無功功率的大小。我廠發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的母線，屬于直配母線，也就是發(fā)電機(jī)的出線直接與6kV配電室并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。改動(dòng)其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，不但影響它的電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運(yùn)

10、轉(zhuǎn)機(jī)組的無功功率。由于多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組之間存在著搶帶無功的景象，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無功缺額或無功過量時(shí)，總是存在著部分發(fā)電機(jī)搶帶或搶甩無功的景象，而這種景象的發(fā)生使系統(tǒng)電壓處于穩(wěn)定形狀，而另一部分發(fā)電機(jī)就出現(xiàn)無功缺額或無功過剩景象，最終反映出來的就是這一部分發(fā)電機(jī)的無功功率擺動(dòng)。為了消除無功功率大幅度的擺動(dòng),只需調(diào)整勵(lì)磁電流來維持本臺(tái)發(fā)電機(jī)的無功平衡。3.3電力系統(tǒng)擾動(dòng)的要素電力系統(tǒng)的負(fù)荷每時(shí)每刻都在發(fā)生變化，特別是大負(fù)荷的起動(dòng)和停用，都對(duì)系統(tǒng)的有功功率和無功功率產(chǎn)生動(dòng)搖。我們廠處在山西電網(wǎng)的末端。在這個(gè)末端電網(wǎng)內(nèi)電力系統(tǒng)有兩個(gè)電廠，再加上我們的自備電廠總裝機(jī)容量為1000MW左右，而運(yùn)城地

11、域的農(nóng)業(yè)用電較多，工業(yè)用電較少，氣候環(huán)境對(duì)電負(fù)荷的影響特別大，天陰下雨大面積甩負(fù)荷，天氣干旱，又大量用電，以及我廠的同步電動(dòng)機(jī)的起停，這就產(chǎn)生了系統(tǒng)的正常擾動(dòng)。這種擾動(dòng)就使發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和無功功率進(jìn)展重新分配，于是出現(xiàn)無功功率的擺動(dòng)。3.4同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的運(yùn)用同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都帶有自動(dòng)控制調(diào)整安裝，但是一些老機(jī)組和小機(jī)組因種種緣由將自動(dòng)控制系統(tǒng)退出運(yùn)轉(zhuǎn)，改為手動(dòng)調(diào)整，我廠就屬于這種。手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁有很多缺陷，如調(diào)整時(shí)間不能及時(shí)把握;調(diào)整勵(lì)磁電流的大小無法控制等等。更重要的是假設(shè)調(diào)整不及時(shí)會(huì)呵斥發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)轉(zhuǎn)，或者在事故情況下呵斥系統(tǒng)“電壓解體。調(diào)整勵(lì)磁就是調(diào)整勵(lì)磁電流。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，就是處理并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組之間的無功功率合理分配問題，同時(shí)經(jīng)過不斷地調(diào)理勵(lì)磁電流來平衡系統(tǒng)的無功功率，進(jìn)而維持機(jī)端電壓為額定程度。隨著微機(jī)控制的開展和運(yùn)用，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷地更新，自動(dòng)化程度在不斷地提高，性能也在不斷地完善，這對(duì)我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次設(shè)備問題非常重要，并且可以徹底處理發(fā)電機(jī)的無功擺動(dòng)問題。4.結(jié)論發(fā)電機(jī)的無功功率擺動(dòng)是由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次設(shè)備線圈發(fā)生匝間短路或換向器片間短路所引起，這種短路在動(dòng)態(tài)情況下能引