余热电站电气培训资料.doc

余热电站培训资料(七) 中材节能股份有限公司2012.02 目 录 第一章 水泥余热发电主接线 130第一节 电气主接线特点 130第二节 高压开关柜及高压电器设备 130第三节 汽轮发电机 134第四节 发电机的励磁 136第五节 电力变压器 138第二章 发电机并列 140 第一节 发电机并列操作 140第二节发电机同期并列141 第三节同步发电机调节142第三章余热发电的继电保护143第一节 继电保护基本任务及基本要求144第二节 几种继电保护基本原理145第三节 余热电站设置的继电保护装置147第四章 分散控制系统148第五章 余热发电的热工仪表151第一节 余热发电的热工仪概述151第二节 余热发电的热工仪表校验及基本要领152 第一章 水泥余热发电电气主接线 第一节 电气主接线的结构与特点一、 水泥余热发电的电气主接线的特点：水泥余热发电是利用水泥熟料生产过程中的中、低品位的余热，利用AQC和SP锅炉，将锅炉中的介质水变为蒸汽，去推动汽轮机带动发电机发电。它是属于资源综合利用的小型热力发电站。余热发电站发出的电力一般是并网不上网，自发自用，即发电机发出的电能，通过本企业的总降压变电所的6kV母线，与电网相并列。但根据电力公司的要求，自发自用的用户，不得向电网输送电能，其所发的有功功率，应全部用于本企业的用电设备。这实际上是在发电机与电网并列后，减少从电网吸收有功功率。余热发电的电气主接线的特点：电站的受电与电站的馈电，共用同一个回路。二、余热发电的主接线图：从后附主接线图中我们可以看到，余热电站主接线主要由发电机侧6kV母线和6kV系统侧母线两段组成。其中发电机侧6kV母线分别接有16MW发电机、6kV 电压互感器柜一台、励磁变进线开关一台、励磁专用电压互感器柜一台，6kV系统侧母线分别接有联络线开关一台、系统侧6kV 电压互感器柜一台、站用变压器进线开关一台、循环泵电机启动开关三台、旁路电源联络线开关一台，两段开关通过一台发电机出口断路器相连。 当余热发电站建成后，必须与本企业的总降某段母线相联结，通过总降母线与系统同期并列运行。这样，余热发电在总降母线下有一台联络开关柜，我们称之为13AH，在余热电站有一台联络开关柜，我们称之为11AH；发电机的同期并列开关柜为5AH。 在余热电站未运行之前，通过总降的13 AH开关柜将总降的电能输送至8AH、7AH开关柜，供余热电站启动辅机设备。当发电机发电后，通过5AH、11AH开关、电缆及13AH开关与电网同期并列，将电能输送到总降的某段母线上；同时通过7AH开关柜，向站用变压器供电，即向电机控制中心（MCC）供电。第二节 高压开关柜及高压电器设备高压电气设备是指：高压开关柜、电流互感器（CT）、电压互感器（VT）、补偿电容器、避雷器等。下面我们着重介绍高压开关柜。一、高压开关柜的基本构造及要求：高压开关柜由壳体、一次线路设备和二次线路设备所组成。壳体一般选用优质钢材焊接而成，具有足够的刚度和机械强度，其内部的一次线路设备与支撑及外壳有足够的安全距离，同时又要方便检查和维护。一次线路设备一般有高压隔离开关、高压熔断器、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器等。二次线路设备有继电器、仪表及其他二次设备。高压开关柜必须具备“五防”功能的技术要求。这“五防”功能是：、防止误分、合断路器； 、防止带负荷分、合隔离开关或隔离插头； 、防止接地开关合上时（或带接地线）送电； 、防止带电合接地开关（或挂接地线）； 、防止误入带电隔离室；根据上述的“五防”功能的要求，高压开关柜的不同型号的产品，应采取相应的具体措施，实现简单、灵活、可靠地保证高压开关柜在各种不同状态时，都能防止上述五种错误操作及工作人员误入带电间隔。这里所指的高压开关柜的不同工作状态，是指高压开关柜除了工作位置之外的接地位置、试验位置和移开位置。这些位置定义如下： 、工作位置（接通位置）。高压开关柜的可移开部件处于完全连接位置。、试验位置（可抽出部件的）。高压开关柜可抽出部件所处的位置，使主回路形成隔离断口或分离，而控制回路是接通的。、断开位置（可抽出部件的）。高压开关柜可抽出部件所处的位置，使主回路形成隔离断口或分离，并使可抽出部件仍与外壳保持机械联系，而辅助回路可以不断开。对高压开关柜的外壳，柜内各组件布置都必须符合国家的有关技术规范和技术要求。高压开关柜的基本构造和布置大体如下：、高压开关柜的核心部件是断路器，它置于开关柜的断路器室内，该室内装有手车导轨，手车能在“工作”、“试验/隔离”位置之间移动。、根据用途，手车可分为断路器手车，VT、CT手车及隔离手车等。、母线室，高压开关柜的主母线置于其中。高压母线以绝缘做支撑，互相之间以高强度螺栓连接，连接处应有专门的绝缘罩隔离。 、电缆室，有电缆的连接桩头，有固定电缆和零序电流互感器的位置和地方。 、低压室（仪表室），放置仪表、继电保护装置、操作开关和二次设备。、接地开关，主要是手动操作，操作机构连杆上装有机械连锁机构，与断路器手车进行连锁。 、避雷器，现在使用真空断路器的高压开关柜上均装有氧化锌避雷器，用来防止操作过电压。 根据设备功能不同，柜内分别装有电压互感器、电流互感器、避雷器和电压互感器用的熔断器。电压互感器、电流互感器用于继电保护、电气测量、监视；熔断器则用于电压互感器的一次侧，防止电压互感器的一次侧短路。避雷器用于防止操作过电压和系统过电压。这里要再次强调，电压互感器二次侧不得短路，电流互感器二次侧不得开路。二、高压断路器 高压开关柜的关键设备之一是断路器，下面将对断路器作一介绍。1.高压断路器的几个基本参数 额定电压：额定电压是保证断路器长期稳定工作的电压。产品铭牌上所标注的额定电压是指断路器正常工作时的线电压，它决定着断路器的绝缘尺寸，也决定断路器的熄弧条件。 额定电流：额定电流是指断路器可以长期通过的最大的电流；额定电流决定着断路器的发热条件，也将决定导电回路的尺寸。 额定短路开断电流：开断电流是指在某一电压下，能正常断开的最大的短路电流。在额定电压下开断的电流称为额定开断电流，它表征着断路器的开断能力。 由于开断电流与电压和电流有关，因此，断路器在不同的额定电压下，它的开断能力是不同的，即使是同一电压，断路器的额定短路开断电流也是不同的。选择断路器的开断能力要从本系统的短路容量来考虑，这一点是非常重要的。额定断流容量：由于断路器的开断能力与开断电流有关，也和额定电压有关，因此通常采用一个综合的值，即以额定断流容量来表示断路器的开断能力。对于三相电路，额定断流容量用公式 Sbrn3UnIbrn 来表示。 式中： Un-额定电压； Ibrn-额定开断电流。2.真空断路器：真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质。真空是相对而言的，它是指绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空间。气体稀薄的程度用“真空度”来表示。真空度就是气体的绝对压力与大气压的差值。气体的绝对压力愈低，其真空度则愈高。我们所指的真空，是气体压力在104毫米汞柱以下的空间，其绝缘强度很高，电弧很容易熄灭。在均匀电场作用下，其绝缘间隙击穿电压比一个大气压下空气、SF6及变压器油要高得多。真空电路器有以下特点：（1）头开距短。由于开距短，真空灭弧室可以做得很小巧，所需的操作功小，动作快。 （2）燃弧时间短，且于开断电流大小无关，一般只有半波。 （3）熄弧后触头间隙介质恢复速度快。（4）由于触头在开断电流时烧损量很少，所以触头寿命、机械寿命长。（5）体积小，重量轻。（6）能防火防爆。真空断路器是由真空灭弧室、绝缘支撑、弹簧操作机构等组成的，其核心部件是真空灭弧室。真空灭弧室宛如一只大型电子管，所有灭弧领部件都密封在一个绝缘的玻璃或陶瓷外壳内，动触杆与动触头的密封靠金属波纹管来实现；波纹管一般采用不锈钢制成，真空断路器的开断能力很强，开断电流超过10千安。三、马达控制中心的进线柜的框架断路器 低压断路器是低压配电系统中的重要保护设备之一,特别是马达控制中心的进线柜上的框架断路器，其过流保护特性可以用它的动作特性曲线来说明。图3-1中的A曲线是被保护用电设备承受故障电流 t的能力，随着电流的增大，允许过电流的时间随之缩 a A短。低压低压断路器的过流保护的第一段，一般为反时限特性，当通过断路器的电流达到启动电流i1时，保护装置延时启动，其动作时间较长。但电流超过i1 t3 b f时，电流愈大动作时限越短，但最短时间不会短于t3。 c d曲线abf称为过电流反时限特性。由于其最短时 e间（如图中t3）是有限制的，称为有限反时限特性。 这一段过流保护适用于过负荷保护。 i1 过流保护的第二段是短延时保护，一般为定时限， 图3-1 低压断路器的三段保护特性即通过电路的电流达到相当大时，第二段保护经过一个很短的延时，（如0.10.4s）立即跳闸。这一段保护适用于发生较小的短路电流的动作跳闸之用。一般这一段保护的动作时限应能调整，如不能调整，应当在订货时向生产厂家提出具体动作时间。过流保护的第三段是瞬时动作保护。当短路电流足够大时，这一段保护瞬时动作，断路器立即跳闸，时间只有0.0150.06s。在具体选用低压断路器时，根据用电负荷的特点，可以有过流保护配备方式：、只有瞬时动作的脱扣器。一般这种脱扣器为电磁式，即只有一段保护。 、具有长延时保护（即反时限特性）和短路短延时；或者过载长延时和短路瞬时动作脱扣器，即具有两段保护。、具有长延时，短路短延时，特大短路电流瞬动的三段式过流保护。一般在310倍以上脱扣器额定电流时，延时0.10.4s，720倍以上额定电流时，则脱扣器瞬时动作。 四、高压电力电缆在11AH与13AH两开关柜之间，一般是用电缆连接。一般采用YJV-6.6kV 3×300mm2交联电力电缆，即我们平时所说的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。 1、交联电力电缆的构造：交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆的构造：1)、导体；2)、内半导体屏蔽层；3)、交联聚乙烯绝缘；4)、外半导体屏蔽层；5)、铜带屏蔽层；6)、填充料；7)、包带；8)、聚氯乙烯护套。 2、交联电力电缆的屏蔽层的作用这种电缆的三层屏蔽层的作用如下：导体外覆盖的内半导体屏蔽层，用以防止导体电场对交联聚乙烯绝缘的长期作用造成的电场分解和腐蚀，在交联聚乙烯绝缘之外的半导体屏蔽层和半导体之外的铜带屏蔽层的作用是削弱外电场对交联聚乙烯绝缘的作用，确保绝缘性能良好。 3、交联电力电缆使用注意事项：电力电缆在做电缆头前后都要做试验（耐压试验或直流泄漏试验），以检查其绝缘状况是否良好，有无损伤，以确保电缆的安全运行。第三节 汽轮发电机一、同步发电机的工作原理 同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转换成电能的设备，其工作原理如图所示。由图可见，同步发电机可分为定子和转子两大部分，定子部分主要由定子铁芯和绕组组成，分为A、B、C三相，均匀的分布在定于槽中；转子部分由转子铁芯和绕组组成，绕组通以直流电，建立发电机的磁场。当转子由原动机（如汽轮机）带动旋转时，产生一旋转磁场，定子绕组（导线）切割了转子磁场的磁力线，就在定子绕组上感应出电动势，当定于绕组接通用电设备时，定于绕组中即产生三相电流，发出电能。同步发电机的工作原理二、同步发电视的分类类同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构特点、安装方式等进行分类。 （1）按原动机的类别不同，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机及柴油发电机等。 （2）按冷却介质的不同，可分为空气冷却、氢气冷却和水冷却等。（3）按主轴安装方式不同，可分为卧式安装和立式安装等。 （4）按本体结构不同，可分为隐极式和凸板式、旋转电枢式和旋转磁极式等。 同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电机，由于转速高达3000rmin，故极对数少，转子采用隐极式，卧式安装；水轮发电机由于转速低（一般在500rmin以下）故其极对数多，转子采用凸极式，立式安装。 三、汽轮发电机的构造 汽轮发电机的构造，主要有这几大部分：发电机的定子、机座；转子几部分构成。下面就发电机的转子与定子的结构分别进行介绍。1、汽轮发电机的定子 发电机的定子是由导磁的铁心和导电的定子绕组组成。铁心是用0.350.5mm硅钢片叠制成的，直径小的电机定子，由整张硅钢片冲制叠成，直径大的发电机铁心，则由硅钢片冲成扇形，然后拼成一个整圆叠成。每片硅钢片的两面都涂有绝缘漆，以减少铁心的蜗流损耗。铁心用压板压紧，固定在机座上。三相绕组一般都是绕制成形的，用云母或玻璃丝带做绝缘，以120°电角度分布在定子铁心槽中，用槽楔压紧定子的硅钢片之间留有通风孔，其输出端三个头及中性点的三个头全部抽出来。2、发电机转子 转子是汽轮发电机的非常关键的一部分。它的作用就是要产生磁场，以便转子旋转时，在定子的绕组中感应交流电动势，同时将轴上的输入机械功率转换为电磁功率。转子上主要有导电的励磁绕组和导磁的铁心所组成。汽轮发电机转子分凸极式和隐极式两种。一般来说，两极汽轮发电机转子为隐极式，两极以上转速较低的汽轮发电机转子为凸极式。下面我们分别来叙述转子的铁心和激磁绕组。 转子铁心 由于汽轮发电机的转速很高，为了很牢固地固定励磁绕组，大容量的汽轮发电机的转子几乎都是隐极式的。同时，由于转子的转速很高，受离心力的影响，转子的直径有一定限度。为了增大容量，只能增加转子的长度，所以转子形成一个细长的圆柱体。转子铁心要固定激磁绕组并要成为一个磁体，所以转子铁心一般由高机械强度和导磁较好的合金钢整体锻造而成，与轴锻造成一个整体；一般转子锻造的毛坯要经过钝化处理后再进行机械精加工。由于汽轮发电机转子比较细长，励磁绕组和转子表面损耗所形成的热量，散出去是比较困难的。在汽轮发电机的制造工厂里，加工转子的工艺中，一般留有通风槽并在槽楔上开有通风孔进行散热。励磁绕组 转子的励磁绕组是由扁铜线绕制而，为同心式绕组。各线匝之间垫有绝缘，绝缘一般用0.3mm厚的云母片，绕组与铁心之间还有“对地绝缘”。励磁绕组的固定是个非常重要的问题，一方面要做到固定绕组时不损坏绝缘，同时考虑到因转子的高转速，离心力很大，压紧绕组的槽楔必须用机械强度很高且不导磁的材料，一般用青铜或铝材做成，绕组的端部，用护环和中心护环来固定。考虑到转子的通风冷却，在转子的绕组的槽楔还设置通风槽，槽面钻有通风空，以利于转子的散热。四、三相同步交流发电机主要技术参数 产品型号 QF122 额定功率 16MW额定功率因数 0.8 额定电压 6300V2额定电流 1833A 额定转速 3000r/min 频率 50Hz 相 数. 3 极 数. 2定子线圈接法 Y 超瞬变电抗Xd(标么值) 14.56%第四节 发电机的励磁一、同步发电机励磁的基本要求：同步发电机发出电能时，除原动机供给动能外，还需要有励磁系统来建立磁场。同步电动机、变压器、输电线路以及用户的用电设备要消耗无功功率。如果无功功率供给不足，就很难维持电力系统的电压水平。发电机既是有功电源，又是无功电源，而同步发电机发出的无功功率的大小，取决于励磁电流的大小。励磁系统对发出无功功率，维持系统电压水平是至关重要的。因此，励磁系统应能满足以下基本要求：1、励磁系统不应受外部电网的影响； （2）、励磁系统本身的运行应该是稳定的；（3）、励磁系统应能保证一定的励磁顶值电压，并且要有一定的励磁增长速度。 二、 励磁系统概述 发电机要发出电来，除了需要原动机带动其旋转外，还需给转子绕组输人直流电流（称为励磁电流），建立旋转磁场。供给励磁电流的电路，称为励磁系统，包括励磁机、励磁调节器及控制装置等。 励磁系统由两个基本部分组成，即励磁功率单元和励磁调节器。励磁功率单元，包括交流电源及整流装置，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；励磁调节器（AVR）是根据发电机发出的电流、电压情况，自动调节励磁功率单元的励磁电流的大小，以满足系统运行的需要。励磁控制系统指励磁系统及其控制对象发电机共同组成的闭环反馈控制系统。励磁控制系统原理框图如下所示。 交流励磁电源AC excitation power励磁调节器excitation regulator功率整流装置 Power rectifying device发电机 Generator励磁功率单元 excitation power unit 励磁调节器excitation regulator磁场绕组Magnetic field winding励磁控制系统原理框图 （一）励磁系统的主要功能 励磁系统的作用不仅是在发电机中建立旋转磁场，而且还对发电机及电网的安全、经济运行起着重要作用。励磁系统的主要功能是：（1）在正常运行情况下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的变化，自动调整励磁电流的大小，以维持发电机的机端电压在给定值（额定电压值）。（2）当发电机并列运行时，使各发电机组所带的无功功率稳定并实现合理分配。 （3）在电力系统发生短路故障、发电机端电压严重下降时，能对发电机强行励磁，使励磁电压迅速增升到顶值（300MW和 600MW发电机强励顶值电压为额定值的2倍），以提高电力系统的暂态稳定性；短路故障切除后，使电压迅速恢复正常。 （4）当发电机突然甩负荷时，能进行强行减磁，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电机电压过分升高。 （5）当发电机内部发生短路故障（如定于绕组相间短路，转子绕组两点接地短路）跳闸时，能对发电机快速灭磁，将励磁电流减到零，以减小故障损坏程度。 （二）励磁方式：交流励磁机旋转硅整流器励磁系统。励磁系统主要包括励磁变压器、交流励磁机、整流单元、灭磁单元、自动电压调节器、过电压保护装置等组成。交流励磁机旋转硅整流器励磁系统与静止硅整流器励磁系统的主要区别，是整流装置是否与轴同转。整流装置与交流主励磁机及发电机同轴旋转时，三者相对静止，所以可直接相连而无需滑环、碳刷，因此又称为无刷励磁系统，如图所示。目前工程中采用的均是旋转二极管形的，旋转可控硅型尚处于试验阶段。 （a） 旋转二极管励孩系统；（b）旋转可控硅励磁系统永磁副励磁机 交流励磁机调节电路发电机电压检测旋转变压器 在无刷旋转二极管励磁系统中，主励磁机一般采用100Hz交流励磁机，其10OHz电流经整流后直接送入发电机转子绕组。因省去了滑环和碳刷，使励磁系统结构简单、便于维护、可靠性高，这对大容量的汽轮发电机组是适用的，但同时也带来两个新问题：一是不能用常规方法直接测量转子电流、温度和对地绝缘，而必须采用其他方法；二是无法在发电机励磁回路装设灭磁开关，而只能装于交流励磁机励磁回路，使灭磁时间延长。 第五节 电力变压器电力变压器是电力系统中输配电能的主要设备。电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便地变换成同频率的另一种电压等级的交流电能。经输配电线路将发电厂和变电所的变压器连接在一起，便构成了工农业生产的主能源网络电力网。 、变压器的基本原理 变压器是根据电磁感应原理工作的，图所示为变压器基本原理示意图。由图可见，变压器由两个互相绝缘且匝数不等的绕组，套在由良好导磁材料制成的同一个铁芯上，其中一个绕组接交流电源，称为一次绕组；另一个绕组接负荷，称为二次绕组。当一次绕经中有交流电流流过时，则在铁芯中产生交变磁通，其频率与电源电压的频率相同；铁芯中的磁通同时交链一、二次绕组，由电磁感应定律可知，一、二次绕组中分别感应出与匝数成正比的电动势，其二次绕组内感应的电动势，向负荷输出电能，实现了电压的变换和电能的传递。可见，变压器是利用一、二次绕组匝数的变化实现变压的。一次绕组二次绕组 变压器基本原理示意图变压器在传递电能的过程中效率很高，可以认为两侧电功率基本相等，所以当两侧电压变化时（升压或降压），则两侧电流也相应变化（变小或变大），即变压器在改变电压的同时也改变了电流。 二、变压器的分类 为适应不同的用户要求，变压器分为多种类型。1按用途分为（1）电力变压器。在输配电系统中应用，又进一步分为升压变压器、降压变压器、联络变压器（连接几个不同电压等级的电网）等。仪用变压器。指电流互感器和电压互感器等，用于仪表测量、继电保护和操作电源。特殊用途变压器。有整流变压器、电炉变压器、焊接变压器、实验变压器等。 2按统组数分为 （1）自耦变压器。高、低压侧共用一个绕组，两侧接线匝数不同。（2）双绕组变压器。指每相有高、低压两个绕组。（3）三绕组变压器。每相有高、中、低压三个绕组，常用于联络变压器。 （4）分裂绕组变压器。用作大容量厂用电变压器。 3按相数分为 （1）单相变压器。容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中用三台单相变压器组合成三相变压器组。 （2）三相变压器。用于三相电力系统，三相绕组和铁芯连为一体。 4按冷却方式分为 （l）油浸式变压器。绕组与铁芯完全浸在变压器油里。又可分为：油浸自冷式变压器-油自然循环进行冷却；油浸风冷式变压器-在散热器上装设风扇吹风冷却；强迫油循环水冷却变压器-用油泵强迫变压器油通过变压器外专设的水冷却器冷却后再送回变压器内。 （2）干式变压器。铁芯和绕组都由空气直接冷却。 三、变压器的额定参数与铭牌 为使变压器能按照设计技术条件安全、经济、合理地运行，制造厂将变压器的设计额定参数标注在铭牌上（又称铭牌值）。按照额定参数运行，可以保证变压器长期可靠的工作，并能达到设计的性能。1变压器的额定参数 (1)额定容量初SN。在铭牌规定的额定工作状态下，变压器的容量叫额定容量，对三相变压器而言，即三相容量之和，用视在功率SN表示，单位为kVA或MVA。 （2）额定电压化。一次侧额定电压U1N，指加到一次绕组上的规定电压值；二次侧额定电压U2N，指一次侧加入额定电压U1N时，二次侧的空载电压。额定电压的单位为kV。三相变压器的额定电压都是指线电压。 （3）额定电流IN。在额定使用条件下（或根据发热限制而规定的绕组中允许长期通过的电流值），一次侧输入的电流叫一次侧额定电流，用I1N表示；二次侧输出的电流叫二次侧额定电流，用I2N表示。额定电流都是指线电流，单位为A或kA。（4）空载电流I0。变压器加额定电压空载运行时的电流，常以额定电流的百分比来表示，可以折算到一次侧，也可折算到二次侧。 （5）空载损耗P0。在变压器一个绕组上加入额定电压，而其余绕组均为开路时，变压器的有功损耗，用P0表示，单位为kw。 （6）短路损耗Pk。当变压器的一个绕组通以额定电流，而另一绕组短接时的有功损耗，用Pk表示，单位为kw。（7）短路电压（阻抗电压）百分比Uk。当一个绕组短接时，在另一绕组中为产生额定电流所加入的电压称为短路电压，以额定电压的百分比Uk来表示。第二章 发电机的并列第一节 发电机的并列操作 一、并列操作的意义1并列操作：我们从电工原理中知道，任何瞬时电压可以由下面的解析式来表示： uUmsin（t） 式中： Um-电压幅值，也称作极大值； -电压的角频率； -初相位Um 、 、称为交流电的三要素。这三个重要参数常被指定为运行母线电压的状态量。电压常用复数表示，即U，表示复电压。当一台发电机未并入系统之前，其电压UG与要并列的母线电压UX的状态量往往是不相等的，这就要对机组进行适当的操作，使之符合并列条件后，再允许断路器合闸，将发电机并入电网运行。这一系列操作称之为并列操作。2并列操作遵循的原则：同步发电机并列操作应遵循以下二项原则： 1并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时值不超过12倍的额定电流。 （2）发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对系统的扰动。3同步发电机并列的条件：（1） UGUX 电压幅值相等。UG-发电机电压幅值；UX电网电压幅值； （2） GX 或 fGfX 频率相等。GX or fGfX0 （3）相角差为零。0在这三个状态参数下，并列的合闸冲击电流等于零；且并列后，发电机与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动。二、非同期并列所造成的不良后果 实际运行中，待并发电机的调节系统并不是按照前述三个理想条件进行调节的，只要并列时合闸冲击电流尽可能地小，不危及设备安全，对电网影响较小，合闸后发电机能被迅速拉入同步即可。 但是，如果严重偏离前述三个理想条件，就会形成发电机与电网非同期并列，这是电厂最严重的事故之一，也是对发电机最危险的一种冲击，使得发电机在并列中产生严重的不良后果。我们分别以三种情况来进行分析： 1、电压幅值差： 如果在并列操作时，fGfX UGUX =0则合闸冲击电流有效值主要为无功电流分量，最大瞬时值为 Ihm1.82Ih 。冲击电流有效值为： Ihm=（UGUX）/（Xd+Xx）式中：UG-发电机电压有效值，UX-电网电压有效值； Xd-发电机直轴次暂态电抗； Xx-电力系统等值电抗。由此可见，冲击电流主要为无功分量，它产生的电动力对发电机的绕组产生影响，特别是发电机端部的绕组，因为在电机槽中的绕组有依托，而端部绕组无依托，机械强度最薄弱，所以要特别注意对它造成的危害。2、合闸相角差：如果在并列操作时，UGUX fgfx 0 2Eq 这时的冲击电流有效值为： Ih-sin- XqXx 2式中： Xq-发电机交轴次暂态电抗 Eq-发电机交轴次暂态电势 Xx -电力系统等值电抗当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量，说明合闸后发电机与电网间立即交换有功功率；单向转矩会产生严重的机械应力，从而使转轴受到突然冲击，甚至造成发电机弯轴的严重后果。这对通常认为，电压的相角差不超过10°是比较满意的。3频率差：设待并发电机UG与电网电压UX相等，即 UGUX, fGfX 或GX由此可见，us为正弦脉动波，其最大幅值为2UG或2Ux，所以Us又称脉动电压。这时断路器两侧间电压差us为一脉动电压。当e从0到时，us的幅值从0变到最大值2UG；当e从到2时，us的幅值又从最大值2UG变到0，转动一圈的时间为脉动周期Ts。又s=2fs，故脉动周期Ts=1/fs=/s式中fe为额定频率。脉动电压周期Ts、滑差频率fs和滑差角频率s都可以用来表示待并发电机的频率与电网频率的相差程度。 还需指出，如果频率差较大，即使合闸时相角差e很小，满足并列要求，但这时并入电网的发电机需要经历一个很常的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失去同步，这也是不允许的。 第二节 发电机的同期并列一、自同期并列：自同期并列操作是指将一台未加励磁的发电机组升速到接近电网频率，滑差频率s不超过允许值，而且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器，接着合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机的电势逐渐增长过程中，由系统将发电机拉入同步。发电机以自同期的方式投入电网时，未加励磁的发电机在投入电网的瞬间，发电机的端电压UG与冲击电流成正比。发电机的母线电压瞬时下降，将影响其他用电设备的正常工作，因此，自同期的并列的方式现已很少采用。二、准同期并列的条件：同期并列要求在合闸前调节待并发电机，使其同时满足以下三个条件：（1）频率条件：使待并发电机的频率接近系统频率，一般不超过0.20.5；（2）电压条件：使待并发电机的电压接近系统电压，一般不超过510；（3）相角条件：通常相角差不宜超过10°。由于准同期并列能通过调节待并发电机的电压、频率和相角，使得上述三个条件同时获得满足，所以合闸后冲击电流很小，发电机能马上被拉入同步，对系统几乎不发生扰动。因此，在正常情况下，一般都是采用准同期并列操作。 三、准同期并列的类型：（1）手动准同期：发电机的电压、频率的调整及合闸操作都是由运行人员以手动进行，只有在控制回路中装设非同期合闸闭锁装置，以防止由于运行人员误发合闸脉冲所造成的非同期合闸。 （2）自动准同期：同期装置能自动对频率、电压进行调整，当同期条件满足后，自动同期装置能选择适当的时机，自动地发出合闸脉冲。 第三节 同步发电机的调节 同步发电机与电网同期并列后，发电机与电网并列后的功率变化，总要引起电网的电压和频率的波动， 同步发电机与无穷大电网并列以后，输出有功功率和无功功率。一、有功功率的调节： 同步发电机与无穷大电网同期并列后，当没有向电网输送功率时，这时的发电机的输入功率P1全部消耗在无载损耗p0上，即，无载损耗中包括二部分，机械损耗和铁损耗。机械损耗又包括轴承的摩擦、通风及风摩损、电刷与滑环摩擦损耗。如果我们要向电网发出有功功率，那么必须增加发电机的输入功率P1，即增加原动机的力矩M1，如像汽轮发电机，必须加大汽轮机进汽阀门开度，增大进汽量。这时，作用在发电机转子上的力矩加大，使得转子加速，发电机的转子会略高于同步转速。故向电网发出一个有功功率，同时对转子产生一个制动电磁力矩，使转子的转速不再升高。当最后达到平衡时，转子的转速仍为同步转速。当同步发电机与无穷大电网并列时，只需要调节发电机的输入机械功率，这时的发电机自己会改变电磁功率的大小，输出功率也相应改变，达到新的平衡。当我们逐渐增加输入功率，使电磁功率达到最大值时，仍继续加大输入机械功率，这时电磁功率反而减小，功率不能保持平衡，剩余的功率就会使转子加速，从而使转子的转速大于同步转速，失去同步，或者叫同步机失去“静态稳定”。总之发电机在运行中对有功负荷的调整，是通过汽轮机的调速系统进行的，当需增加有功负荷时，就加大进汽量；当需减小有功负荷时，就减小进汽量，以保持发电与负荷的平衡，维持发电机的转速恒定二、无功功率的调节：电网的总负载中，有有功功率，也有无功功率，这是因为有的负载需要无功功率，例如异步电动机和变压器都需要电感性无功功率。整个电网如果无功功率发的不够，就会导致整个电网的电压下降，这对用户是很不利的。因此，同步发电机并列以后，不但要向电网发出有功功率，同时也要向电网发出无功功率。发电机在运行中对无功负荷的调整，是通过改变发电机励磁电流来实现的。通常利用自动电压调节器（简称调节器）自动调节，也可手动调节。 （1）自动调节方式。这是主要运行方式，即根据发电机端电压的变化，采用负反馈原理对发电机励磁电流进行自动调节，以维持发电机端电压的恒定。 （2）手动控制方式。当自动电压调节器因有故障失去作用时，改用由运行人员手动操作调节方式。一般自动调节为主要方式，手动调节为备用方式。功率因数（cos）是电能质量和经济运行的重要指标。当有功负荷不变而调整无功负荷时，功率因数即改变，无功负荷减少时，功率因数增加；无功负荷增加时，功率因数下降。发电机的功率因数一般应限在0.95以内，否则易进相运行，若发现进相运行，应增大励磁电流；若此时定子电流过大，则减少有功功率，否则将引起发电机振荡或失步。三、同步发电机的调相运行同步发电机空载运行时，从电网吸收有功功率（即发电机变为电动机）以维持同步旋转。此时加大励磁（过励运行），则向电网送感性无功功率；欠励运行时，则吸收电网中的感性无功，发电机变成了调相机（或称同步补偿机）。当输电线路很长时，线路本身具有电容，当终端负荷变化时要维持端电压不波动是很困难的。所以接上同步补偿机，通过调节其励磁电流，可以控制功率因数，保持电网电压恒定。四、发电机的解列与停机 发电机要解列时，应先将有功负荷降至零时，断开发电机断路器，将发电机解列。当跳开发电机断路器解列后，如果发电机需停下来，应再跳开灭磁开关，并通知汽轮机值班员减速停机。停机后拉开发电机出线隔离开关。第三章 余热发电的继电保护第一节 继电保护的基本任务