300MW火电机组集控运行教科书(3)

(1) 应具备能稳定和调节机端电压的功能 ;

(2) 应具备能合理分配或转移机组间的无功功率的功能 ;

(3) 能迅速反映本系统故障 , 并有必要的励磁限制、灭磁及自我保护功能 ;

(4) 能迅速反应电力系统故障 , 具备强励等控制功能 , 以提高电力系统稳定性和改善电 力系统运行条件 O

( 二 ) 对性能方面的要求

(1) 具有足够的调节容量 , 以满足各种运行工况要求。

(2) 具有足够的励磁顶值电压、励磁顶值电流及电压上升速度。

励磁顶值电压和励磁顶值电流是指励磁功率单元在强行励磁时 , 可能提供的最高输出电

压值和电流值 , 该值与额定工况下的励磁电压、励磁电流之比为强励倍数 ; 将强励动作后励 磁电压在最初 0.5s 内上升的平均速率定义为励磁电压响应比 , 它是衡量励磁单元动态行为

的一项指标 , 运行要求励磁系统应有较高的强励倍数和快速的响应能力 , 以满足电力系统稳

定和改善系统运行条件的需要 o

(3) 应运行稳定、调节平滑及有足够的电压调节精度。 (4) 反应灵敏、迅速 , 时间常数小 , 无失灵区。

(5) 运行可靠 , 维护方便。

第二节同步发电机组主要励磁方式

3 ∞ MW 火电机组励磁方式通常采用他励交流励磁机系统、自励或自复励静止式励磁系

统 n -、他励交流励磁机系统

他励交流励磁机系统通常称为有励磁机励磁方式 , 其励磁功率电源取自发电机以外的强

第五节灭磁与过电压保护

一、发电机转子灭磁

当同步发电机发生内部短路故障时 , 依靠继电保护装置能快速地把发电机与电力系统分

开 , 但由于磁场绕组具有很大的电感 , 突然断流会在其两端产生很高感应电动势 , 因此需快 速灭磁 , 才能降低由磁场

电流产生的发电机感应电动势 , 防止故障扩大损害发电机。灭磁过 程越快 , 发电机转子承受的感应电动势越大 , 因此理想的灭磁过程是在转子过电压不超过允 许值的前提下 , 灭磁过程越快越好。

常用的灭磁方法有恒值电阻放电灭磁、非线性电阻放电灭磁、灭弧栅灭磁、逆变灭磁 等口

非线性电阻具有双向稳压二极管的特性 , 正常运行时 , 便可将其固定并接于转子绕组两 端 , 在正常额定电压和强励电压下 , 其漏电流很小 , 耗能很小。当转子电压升高到动作电压 时 , 其阻值变小 , 使其流过很大电流而不至于升高电压 ,

起到限压保护作用 , 由于非线性电 阻的伏安特性对称 , 因此非线性电阻可用作正反向过电压保护器件。

灭弧栅灭磁实质上也是一种非线性电阻 , 由许多长度不变的短弧铜片串联起来 , 就构成 灭弧栅 , 燃弧时其两端电压保持不变 , 其电弧被专设的磁场引人灭弧栅而切成短弧燃烧 , 从

而达到理想的灭磁效果 o

二、发电机过电压保护

造成发电机过电压的原因有 : ①发电机失步和失步后拉入同步过程中要引起转子绕组过

电压 ; ②发电机外部短路被切除后电压恢复过程中要引起转子绕组过电压 ; ③发电机非同期 并列引起转子绕组过电压 ; ④发电机快速灭磁 , 断开转子回路引起转子绕组过电压。

常用的过电压保护措施有有恒值电阻放电、非线性电阻放电、阻容保护、转子放电器、 实际上发电机转子灭磁既是是消耗转子绕组磁能 , 又是防止过电压 , 一般来说二者原理

品闸管双向跨接器等 o

和方法相似 , 过电压保护装置同时也兼作灭磁装置。 三、 DQLT-2C 型励磁调节器系统灭磁及过电压保护装置

该发电机机组转子灭磁主要采用灭弧栅灭磁方法 , 同时以恒值电阻放电灭磁方法加以配

合。非线性电阻直接跨接在转子绕组两端 , 主要用作过电压保护 , 同时也兼作灭磁电阻 , 减轻 mk 的灭磁负担。该装置灭磁及过电

压保护措施得力 , 工作可靠性高

O

当需要灭磁时 , 首先跳开灭磁开关 mk, 利用灭弧栅进行灭磁。当 mk 跳开后 , 延时 0.3s 合上接触器 zrc 投入恒值灭磁电阻 R1, 便于灭弧栅在小电流时熄弧 , 并作为后备灭磁 措施 , 提高了灭磁可靠性 , 同时亦可作为过电压保护的辅助手段。而非线

性电阻 Ru 在正常 运行时为高阻状态 , 转子电压升高到动作电压时阻值很小而导通 , 起到过电压保护的作用。

该励磁系统中交流励磁机灭磁则采用品闸管逆变灭磁 , 当需要灭磁时 , 由励磁调节器输 出一控制信号一一控制角α =1360 的控制脉冲 , 使晶闸管处于逆变状态 , 励磁机转子绕组磁 能向交流侧释放而快速灭磁。励磁机转子绕组两端非线性电阻

RV1 用作过电压保护 , 同时 也可兼作后备灭磁电阻。

第六节自并励励磁调节系统 ( 静态励磁 ) 及运行

现在 3 ∞ MW 机组励磁系统多采用自并励静态励磁方式 , 如 B 电厂自动励磁系统调节器 (AVR) 采用英国罗尔斯一一罗伊斯工业控制

系统有限责任公司 ( 简称 R-R 公司 ) 生产的具 有完全独立通道数字式自动电压调节器。该励磁系统硬件由下列部分组成 :Am 柜、整

流 柜、整流器辅助柜、磁场断路器柜、励磁变压器。其原理结构方框图如图 33 16 所示。

·

一、 AVR 调节器系统各单元组成与原理

1. 三模冗余 ('IMR) 控制通道

'IMR 控制器模块采用最新一代 Texas DSP 微处理器 , 以及输入接口电路。该模块在极短

的时间内 , 直接从电压互感器 'IV 和电流互感器 TA 进行反馈测量 , 执行控制算法 , 并产生 晶闸管触发脉冲等工作。该控制

器包含自动及手动两种控制算法以供选择 , 控制算法周期通 常为 3.33 邸 , 以实现最佳的响应速度。

'IMR 系统具有三个独立通道 , 三个通道中的每一个均有独立的输入 / 输出信号 : 模拟输

该单元的作用是对三个 AVR 通

人一一通过 3 相隔离电压互感器得到的发电机电压、通过 3 相隔离电流互感器得到的发电机 电流和转子励磁电流 ; 模拟输出一一一组 6 相全控桥式晶闸管整流触发脉冲。发电机电压、 电流、有功、无功有效值是由计算而来 , 采样间隔为 1Om, 计算间隔为 3.3mo 每一个通道 的电压、电流均采用了三相发电机电压、电流的中间有效值 , 即各通道在执行控制算法前 , 完成对收到的信息取中间值而得

道触发脉冲取中间脉冲 , 即各

通道产生的控制输出值经 表决后输出 4 组相同的触发脉冲 ( 每组 6 个触发脉冲 ) 到 4 路晶闸管整流桥 , 这 4 路晶闸管 整流桥按 N-i 原则配置 , 即任一支路故障退出运行时 , 仍能保证发电机的各种工况 ( 包括 强励 ) 的稳定运行。

以提高容错能力 , 因而三个控制器都以同一容错后的输入值 运行 , 并且控制器产生总是几乎相同

的输出值。这样一个电压或电流互感器的故障不会影响 计算 , 而单电压或电流互感器故障亦可以通过通道比较来确定 , 并进行故障报警。在一个电 压或电流互感器故障报告后 , 系统显示另两个电压互感器测量有差别 , 并且如果差别超过了 限制值 , 表示 2 个或更多电压或电流互感器出现故障 , 系统自动切到手动模式。

每一控制通道包含一套自动和手动控制器 , 自动方式的主要功能是通过比较自动给定值 和实际发电机端电压值来控制发电机端电压。产生的误差信号经限幅处理后输入到 Pm 调节 器 ,PE 调节器输出经移相触发单元后转换成能控制晶闸管整流桥的触发脉冲。

5. 励磁变压器

励磁变压器为励磁系

统提供励磁电源 , 图 33-16 中励磁变压器为高压侧绕组带抽头的双

绕组变压器 , 高压侧电压为发电机定子额定电压 2OKV, 高压侧绕组抽头电压为 6.3kV, 在变 压器的高压侧设有 3 组电流互感器 , 分别用于过电流保护、差动保护、测量。

AVR 要求在空载到连续最大额定值 MCR 下 , 电压调节精度为土 0.5% 。而该系统 PE 控

制器能保证电压调节精度接近 0%,PE 控制器有足够宽的调节范围以确保稳定控制 , 因而 用于各种励磁系统 O

手动方式的主要功能是通过比较手动给定值和实际磁场电流 , 控制发电机磁场电流。产 生的误差信号限幅处理后输入到 PI 调节器 ,PI 调节器的输出能控制晶闸管整流桥的触发脉 冲。这种方式允许发电机在恒励磁方式下进行 , 如维护电刷装置或电压互感器 'IV 故障时。

无论在自动或手动方式 , 操作员能够增减相关的给定值 , 但不能超出稳定和热极限状 态。除了励磁到低于手动限制曲线以外 , 自动和手动方式的切换为无波动切换 , 无波动切换 是通过眼踪控制输出值和待投入的控制器给定值实现的。在两个或更多叽 f 故障时自动选择 手动方式。

6. 供电电源单元

系统低电压电源为

双路 , 一路电源由 220V 交流

50Hz 控制电源供电 , 第二路由 220V 直

流电池供电。除此之外 ,220V 交流 5OHz 控制电源提供电源给维护用 PC 计算机、柜内照明、 防凝结加热器等。 二、励磁系统的运行 1. 运行方式与切换

2. 整流器辅助通道

该单元的作用是对来自 AVR 控制通道的触发脉冲进行隔离后输入触发脉冲选择单元 , 整流器辅助通道的另一个作用是逻辑表决器 ,'IMR 结构的每一通道均可实现跳闸保护功能 , 经过多数表决输出 , 一个通道或传感器产生故障时 , 表决器会不接受此错误 , 只发报警信 号。如第一个通道有故障且没有被修复前 , 另一通道随后产生的故障将引起系统跳闸或切换

到备用的整流器手动运行 , 提高了可靠性和容错能力。为获得系统最高的可用性 , 该系统可

在线更换模块 , 保证了系统的快速修复。

3. 整流器手动与通信接口通道

为获得系统最高的可靠性 , 该系统还设有整流器手动与通信接口单元 , 通过比较整流器

手动给定值和实际磁场电流 , 控制发电机磁场电流。产生的误差信号限幅处理后输入到自 调节器 ,PI 调节器输出经移相触发单元后变成能控制晶闸管整流桥的触发脉冲。

该通道还能实现与 AVR 的串行通信 , 并实现与 AVR 相互自动跟踪 , 元波动切换的功 能。除正常无波动切换外 , 在 AVR 自动通道中两个同时故障或三个手动通道中两个通道同 时故障时 , 能通

由以上介绍已知 ,

该励磁系统有四种运行方式 , 即三套调节器 \自动 \运行方式、两套

调节器 \自动 \运行方式、调节器 \手动 \运行方式、整流器 \手动 \运行方式。正常运

过采取 3 取 2 的多数表决方式 , 由精密逻辑完成切换为整流器手动方式作为 备用通道运行。此外 Am 调试期间 AVR 暂时无法投入时 , 可由该通道实现手动励磁控制。

4. 触发脉冲选择单元

行 方式为三套调节器 \自动 \运行方式 ,, 调节器 \手动 \运行方式自动跟踪备用 ; 当调节器电 压互感器出现故障后 ( 两个及以上 TV 故障 ), 系统自动切到的手动方式 ; 一套调节器故障 后 , 不影响调节器 \自动 \运行方式 , 但会报警 ; 两套调节器故障后 , 系统自动切到整流器 于动方式。调节器 \手动 \运行方式和整流器 \手动 \运行方式均为非正常运行方式。

2. 起励与升压

该系统起励采用交流起励方式 ( 见图 33 21), 交流起励电源为 380V 厂用电 , 功率

·

25KW, 起励电流不大于空载额定励磁电流的 25%, 就地或远方 ( 通过 DCS) 均可实现起励。 机组转速达到 95% 额定值时自动投入起励回路 , 起励命令发出后 ,AVR 启动给定值为起始 值 , 当同步触发脉冲到达时 , 自动或手动控制器将取代起励回路控制 , 并自

动切除起励回 路 , 此时机端电压升到 35% 额定值。 \自动 \方式下机端电压自动升到额定值 ,\手动 \方 式下可通过 \升压 \按钮将机端电压升到额定值。

3. 给定值控制

操作人员可以在自动或手动时通过 DCS 接口对励磁给定值进行增减操作 , 但其增减范 围有限制。当给定值的增减超过发电机的稳定极限或热极限时 , 系统会阻止操作。

4. 恒功率因数 / 恒无功运行方式

这两种运行方式是维持发电机功率因数或元功为恒定的运行方式 , 操作人员可以在自动

或手动时通过 DCS 接口进行给定。其基本工作原理是 : 恒功率因数方式 / 恒无功方式下 , 通 过在自动和手动通道上附加的对机端电压或励磁电流给定值的调节器 , 检测当前功率因数 ( 无功 ), 并与功率因数 ( 无功 ) 给定值进行比较 , 根据比较结果相应调整机端电压或励磁电 流给定值使功率因数 ( 无功 ) 维持在一定范围内。该范围定义为一定的无功范围 , 在需要时 能调到零。运行时元功调节在一个范围 , 则 AVR 能响应电压变化 , 使电网稳定。

操作员用给定值增减调节运行点时 , 恒功率因数方式 / 恒无功方式暂时停止 0 5. 无功补偿 控制并联运行的发电机之间的无功分配是励磁系统的一个重要功能 , 这是由调差率来实

, 该数字式励磁调节器自然调差率小于 1%, 必须附加调差环节 , 人为地把调差率 ( 无 功补偿器 ) 的可调范围变成 +4%~6% 或 -4%~6% 。附加调差环节的基本原理是在电压给 定相加点附加一个与发电机无功电流成正比的值 , 其比例系数即为调差率 , 当无功电流增加 ( 或减少 ) 时 , 其电压给定减 7 小 ( 增大 ), 通过励磁调节器去减小 ( 增加 ) 发电机励磁 , 这样 就增大了发

现的

电机的调差率。

控制并联运行的发电机之间的元功分配时 , 调差率取正值 ; 补偿发电机端与远方负载间 的电压降时 , 调差率取负值。运行时操作员可在 +20% 和 -20% 间取补偿值。

6. 灭磁

该励磁系统提供两种灭磁方式 :

(1) 正常灭磁采用发电机磁场回路逆变灭磁并延时跳灭磁开关。 (2) 事故状态灭磁为快速跳灭磁开关 , 非线性电阻灭磁。

在跳灭磁开关前 , 晶闸管变为逆变方式 , 将磁场磁能转变成交流电送回电网。灭磁开关 断开后 , 磁场放电电流切换到非线性电阻灭磁 , 以保证灭磁速度最快。

操作员能够要求在任何时候灭磁。灭磁时发电机出口应当先断开。另外 , 发电机转速低

于 80% 时 , 则 AVR 要求灭磁。在达到 80% 转速前 , 过磁通检测器会适当降低给定值。 三、励磁系统限制与保护

1. 自动无功限制器 ( 欠励限制器 )

当系统处于轻负荷运行时 , 为避免系统元功过剩 ( 容性电流增大 ) 而使系统电压升

高 , 发电机可转为进相运行 , 吸收系统感性无功 , 改变系统的电压品质。但发电机进相运 行时 , 应限制其最小励磁电流 , 使

之不致于降低到允许值之下 , 即设置欠励限制器。该励 磁系统中发电机进相运行超前的功率因数达到可能危及同步稳定性时 , 将报警并禁止减 磁。

2. 手动无功限制器

禁止手动给定值降低到 \手动无功限制线 \以下 , 如果有功增加将导致手动无功限制线 上升 , 手动给定值也将增加。

3. 过电压限制器

自动方式下 , 如果发电机电压超过限制 , 过电压限制器将对 AVR 的给定值进行钳位 ,

励磁系统的输出将相应地减少并报警。

4. 励磁电流限制器

发电机在强励或励磁系统故障以及长时间过负荷时 , 励磁电流可能超过额定值 , 产生过 励现象 , 时间一长 , 可能引起转子发热而破坏绝缘。该系统在自动方式下提供三个励磁电流 限制器 , 即瞬时电流限制器、预置延时电流限制器 ( 反时限制器 ) 和

ft 过温保护。

5.V/H 限制器

当发电机频率下降时 , 为维持机端电压恒定 , 励磁调节器会自动增加励磁电流。但在系 统频率大幅下降及停机时机组频率降低

的情况下 , 为防止转子绕组和整流桥过载 , 该系统设 置了 V/H 限制器 , 即限制机端电压和频率的比值。

6. 电力系统稳定器 (PSS)

该励磁系统具有的快速响应和高增益在某些情况下会产生负阻尼 , 使系统的动态特性变

坏 , 可能加剧电力系统的低频振荡。电力系统稳定器 (PSS) 能提供一个附加阻尼 , 使转子

振荡阻尼比达到一个理想值 , 响应特性就能较快达到稳定值 , 该励磁系统自 S 的附加阻尼是 从平均有功及暂态有功计算加速功率 , 并由此合成一个含校正相位及放大倍数的调节信号获 得的。该调节信号对有功产生正阻尼。该系统附具

有自动投切功能 , 当发电机空载、低负 载或 PSS 故障时 , 附自动退出

第三章发电机并列

第一节概述

将同步发电机投入电力系统并列运行的操作称为并列操作 , 当发电机频率升到额定值 后 , 可进行并列操作 , 凡有并列操作

要求的断路器都称为同期点。并列是一项非常重要的操 作 , 必须小心谨慎 , 操作不当将产生很大的冲击电流 , 严重时将使发电机遭到损坏。因此并 列操作的要求是并列瞬间发电机的冲击电流不超过规定的允许的值 , 并列后发电机应能迅速 进

人同步运行 o

并列操作可以手动进行 , 称为手动同期 ; 也可以自动进行 , 称为自动同期。自动同期需 借助于自动同期装置进行。

发电机的同期并列方法有两种 , 即准同期与自同期 , 以下分别介绍。 ( 一 ) 准同期并列 ( 基本同期方式 )

准同期即准确同期 , 是将待并发电机先励磁 , 然后调节发电机电压和频率 , 接近同步条 件时 , 合上发电机断路器并入系统运行。并列时应满足三个条件 :

(1) 待并发电机的电压与系统电压相等 ( 允许压差± 10%UN); (2) 待并发电机的频率与系统频率相等 ( 允许频率差士 0.lHz); (3) 待并发电机的电压相位角与系统的电压相位角一致 (A δ <100) ( 二 ) 自同期并列

所谓自同期并列就是当待并发电机接近额定转速时 ( ± 2%~3% 范围之内 ), 在灭磁开 关断开的情况下 , 先合上发电机的主断路器 , 然后再合上灭磁开关 , 加上励磁 , 使发电机自 动牵人同步。

采用自同期并列的优点是 : (1) 操作简单 ;

(2) 可以防止非同期并列的危险 ;

(3) 在故障情况下 , 可以很快地将发电机与系统并列。这对加速事故的处理 , 有很重要

。

的意义。

自同期并列的缺点是并列时待并发电机将受到一个大电流的冲击 , 并且使系统电压降

对于 1 ∞ MW 以下的任何发电机 , 在系统运行条件允许的情况下 , 均可用自同期法与系

统并列。对于 1 ∞ MW 及以上的发电机是否能采用应经过试验决定。

低。

第二节准同期原理及其分析

图 33 1 为发电机通过断路器和电力系统并列的等效电路图 , 若在断路器合闸瞬间主触 头两侧存在相量差 AU, 可引起

·

冲击电流 , 其周期分量为

出合闸脉冲 , 保证合闸相角差在允许范围之内。二是当电压幅值差和频率差不满足要求时 , 闭锁合闸控制回路 , 并迅速对待并

发电机发出调节电压和频率的控制脉冲信号。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库300MW火电机组集控运行教科书(3)在线全文阅读。