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水电站的发电机组加装副发电机的研究报告

文章出处:康明斯发电机 人气:发表时间:2021-02-07

康明斯公司在把柴油发电机组励磁系统改造成自并励静止式可控硅励磁系统时 ,取消和拆除了柴油发电机组原来励磁用的同轴的直流主励磁机和副励磁机。同时为了达到使柴油发电机组增容增效的目的 ,经与发电机制造厂家合作 ,在每台发电柴油发电机组原主、副励磁机拆除处加装了容量为 800kW 的同轴副发电机。

1、 加装的副发电机特点

副发电机最大的技术特点就是可根据运行实际需要 ,通过调整副发电机定子的位置 ,改变副发电机的功角相对于主发电机功角的位置和大小 ,从而达到可灵活安排副发电柴油发电机组的运行方式的目的。

2、 副发电机的运行工况分析

2. 1  主、副发电机并入同一电网运行的分析

(1) 两台机械上无约束的常规发电机的并网运行情况。为分析副发电机的运行工况 ,先来分析一下两台机械上无约束的常规发电机的并网运行情况。设两台发电机的有功功率分别为 P 、P ,端电压分别为

U1 、U2 ,频率分别为 f 、f ,当并入电网后 ,两台发电机的频率和端电压将由电网决定 ,即有 f = f = f ,U 、

U2 与电网电压 U 同相位(或相位恒定) 。正常运行时 ,画出两发电机的向量图如图 1 所示。由于两台发电机的参数、所带有功负荷、无功负荷的差异 ,运行时其功率角将会出现图 1 中(a) (b) (c) 3 种情况。

  

每台发电机励磁电势相位超前于电压一个角度(θ1 、θ2) 、此角度就是发电机的功率角 ,从而在电网与发电机中形成电流 I1 、I2 ,电流与电抗形成电抗压降 ,此压降与柴油发电机组的端电压一起平衡发电机的电势 ,从而向电网输出稳定的有功功率和无功功率。它们的电势平衡方程式为(忽略电枢电阻压降) :

01 = 1 + j d1 ×Xd1 + j q1 ×Xq1

02 = 2 ×Xq2

310KW康明斯发电机组NTA855-G2A.png

  由于每台发电机的电势均为其本身在相位差 ,但并不会在两台发电机中形01与 02之0 间的相角差,Δθ =(θ 1 -Pθ 2 =),θ 角就会发生相应的变化 即励磁电势 0 都可能存在着相位差。而且一台发电机实际运行也证明了这一点 ,如一些电站

(2) 同轴装设的主、副发电机并网

电机此θ 值由副发电机的设计制造性、定子绕组中心线的位置 或槽数 等值 ,即可以通过初始相位的适当调整 , 独立的常规发电机只需要改变其各自通过停机重新调整设置相位差才能实会引起转轴相位角的变化 ,从而导致另功率角的变化将是同一数值。

2. 2  主副发电机功率调节及分配关系柴油发电机的有功功率为 : = m

为方便分析 ,忽略凸极效应 ,则有对一台发电机来说 ,其功率只与电平衡 ,因此1(a) 和(c) 中0 尽管 01 、, 02存一台发电机的有功和无功作调节 ,其功率化 ,也就是说 ,两台发电机的励磁电势随时影响另一台发电机的有功和无功的输出 , 均不一样 ,但都能并入同一电网运行。主、副发电机还受同轴的机械约束 ,电势下标 1 表示主发电机 ,下标 2 表示副发电机的磁极中心线位置、励磁电源的极计制造和安装调试使θ 达到所需的数种情况。要实现 3 种情况的转换 ,2 台、副发电机则由于受到同轴的约束 ,只能电机中某一台发电机的有功和无功时 ,就功的变化 ,由于同轴的约束 

1 sin2θ

Xd              由于 2 台发电机的额定功率角θ1Nθ2N相差通常很小 ,分析时可假定θ1Nθ2N ,当主、副发电机电势初相角差θ0 设置不同时 ,其功角特性就会出现图 2 中的 3 种情况 ,它与图 1 中的 3 种相量图是相对应的。

(1) 主副机励磁不调整仅改变水轮机的输入功率。当增大水轮机的输入功率为P ,由转矩平衡方程可知此时发电机的功率角将增大θ ,主、副机功率分别增大P1 P2 ,P1 + P2 = P

对主机 P1 = m Eo1 U1 (sin(θ 1 + θ ) - sinθ 1)

Xd1

对副机 P2 = m Eo2 U2 (sin(θ 2 + θ ) - sinθ 2)

Xd2

主、副机功率增大的幅值视初相角差θ0 的不同而不同。同理 ,当减小水轮机的输入功率时 ,主副机的功率将分别减小 ,随着有功的变化 ,当励磁不作调整时 ,主副机各自的无功将会向相反趋势的方向变化。

(2) 不改变水轮机输入功率时 ,调节主副发电机的励磁。主要是①主机励磁不变 ,改变副机励磁。当增大副机励磁时 ,由图 3 (a) 可见副机输出功率将增大 ,由于励磁增加 , Eo2 将增大 , 副机功率增大 : 2 Eo2 U2 θ 2 ,由于水轮机输入功率未变 ,主机输入功率 P1 将减小P2 ,由于主机励磁未变 ,P= m sinXd2功率减小其功率角也将相应减小△θ ,随着功角减小△θ ,副机的有功功率又减小P2 ,达到平衡时 ,副机有功功率的增加为P2 = P2 - P2 ,主机有功功率将减小同样数值。由于主副发电机容量差别很大 ,因此主机功率角的微小变化就可以减小功率P2 , 而很微小的 △θ 引起副机有功功率的变化 △P2 也很小 ,即副机有功功率增加P2≈△P2 。同理 ,当减小副机励磁时 ,副机输出的有功功率将减小P2 ,励磁调节也将引起无功功率分配的变化。②副机励磁不变 ,改变主机励磁。当增大或减小主机励磁时 ,副发电机输出的有功功率将相应减小或增大 ,同时主机的有功功率将相应的增大或减小。励磁调节的同时 ,无功功率也相应发生了变化。可见 ,当水轮机的输入功率不变时 ,同轴的主副发电机改变励磁时除无功发生变化外 ,还可以引起有功功率在两机中的重新分配。


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