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2015年3月6日星期五

什么是常见的发电机问题和它的保护



介绍

发电机保护在电厂操作中非常重要。发电机的保护涉及考虑比任何其他系统元素的保护更可能的异常操作条件。在无人看管的发电站中,应提供针对所有有害异常条件的自动保护。

问题

过度刺激
当电压与频率(伏/ Hz)的比率超过给定发生器的设定值时,由于发电机的磁芯的饱和度和随后的杂散通量在不设计用于携带通量的组件中,可能发生严重过热。 .Such过度激励最常发生在启动或关闭期间,而本机在减小的频率下操作,或者在完整的负载抑制期间,留下连接到发电站的传输线。

伏特/赫兹继电器,具有与受保护设备的能力和明确时间设定值匹配的逆时间特性,用于保护发电机免于激励。

同步丧失保护
当两个电力系统或两个互连系统失去同步时,整个系统中的电压和电流将存在大的变化。当系统处于相位时,电压将是最大的最大值和电流最小。当系统为180度时,电压将最小,电流最大,超出相位。


负相序或不平衡电流
不平衡故障和其他系统条件会导致发电机中的不平衡三相电流。这些电流的负序组件导致转子中的双频电流,这可能导致过热和损坏。

过电压

在负载抑制或激励控制失败期间可能发生发电机。在水电或燃气轮机驱动发电机的情况下,在负载抑制时,发电机可以加速,电压可以达到高水平而不需要超过发电机’s V/Hz limit.

电压调节设备通常提供此保护。如果不是,它应该由交流过电压继电器提供。该继电器应具有拾取器的时间延迟单元,额定电压的约110%。它还应具有瞬时单元,拾取率为额定电压的约130%至150%。通常需要汽轮机驱动发电机。

在电压下

在电压条件下的欠压条件下降,在功率频率的持续时间内的持续时间低于90%,超过1分钟。术语“撤销”通常用于描述由该实用程序发起的持续时间的下电压以降低电力需求。在电压下,来自导致电压超过电压的事件的事件产生的结果。


逆转权力

对于与另一个发电机一起操作的发电机,必须监督电源方向。如果Prime Mover失败,则交流发电机作为电机运行并驱动Prime Mover。继电器检测电源方向的反转并关闭交流发电机。避免了功率损失和对原动机的损坏。

死发电机通电保护
如果死发电机被意外地通电,而在车轮上的同时,它将开始和表现为感应电动机。在发电机正在加速的时间内,在转子中诱导非常高的电流,并且可能会损坏很快。


超过频率
系统中的故障可能导致系统分解到岛中,这在可用生成和负载之间留下了不平衡。这导致连接负载过超过的功率。过量的功率导致过度频率条件,具有可能的过电压降低负载需求。

完全或部分负载抑制可以导致发电机的超速,因此过度运行。通常,除非超过额定功率和大约105%电压,否则过度操作不会产生任何严重过热问题。可以采取控制操作以将发电机速度和频率降低到正常,而不延续发电机。

在频率下
当为连接负载产生不充分的功率时,在频率导致负载需求的频率下会产生。电压下降导致电压调节器增加激发,这导致定子和转子中的过热。同时,发电机能够以减小的频率提供更多的电力。

发电机的延长操作,在降低的频率下,可以对气体或蒸汽涡轮发电机引起特定问题,该气体或蒸汽轮机发生器易受正常频带外部的操作损坏的影响。由于涡轮机的许多阶段,涡轮机比发电机更加限制,因为涡轮机的许多阶段可能是可能的机械共振。如果发电机速度接近任何叶片的固有频率,则振动将增加,这可能导致叶片结构的开裂。

虽然负载脱落是对发电机过载的主要保护,但应提供频率继电器,以提供额外的保护。

定子接地故障
虽然单场接地故障不会影响发电机的操作或产生任何直接损坏效果,但是第一接地故障建立接地参考,从而更有可能制造第二接地故障。这将使压力在现场的其他观点上进行地面。第二个接地故障将造成广泛的伤害:
  • 短暂的部分绕组
  • 导致高单位振动
  • 导致转子从不平衡电流加热
  • 断层点的电弧损坏

保护

地面故障保护

接地故障的主要原因之一是绝缘故障。发电机的零序阻抗通常低于正或负序阻抗,因此,对于稳定接地的发生器,单相到接地故障电流大于三相故障电流。发电机通常通过阻抗接地,以限制接地故障电流。

可用于在阻抗接地发生器上传感到接地故障的阶段的故障电流可以非常小,与相位与相位故障相比非常小。根据故障的位置和接地方法,通常提供单独的接地故障保护。

定子过热保护

这个问题是由过载或通过冷却系统的故障引起的。由于短路的叠片过热是非常本地化的,并且在发生严重损坏之前,是否可以检测到它是一个机会。

这种做法是嵌入电阻温度检测器线圈(RTD),或者在槽中的热电偶,具有大于500至1000 kVA的发电机的定子绕组。图。图9示出了RTD使用的桥接电路。足够的这些探测器位于绕组中的不同位置,使得可以在整个定子中获得温度条件的指示。

选择给出最高温度指示的若干探测器用于温度指示器或记录器,通常具有报警触点。给出最高指示的检测器可以被布置为操作温度继电器以发出警报。


超速

所有Prime Mover驱动发电机都建议使用过度的保护。超速元件应通过机械或等效电连接响应机器速度。如果是电气,则超速元件不应受到发电机电压的不利影响。

超速元件可以作为主要移动器的一部分或其速度调速器或发电机的一部分提供。它应该操作速度调速器,或者提供其他关闭装置以关闭原动机。它还应跳闸发电机断路器。这是为了防止从AC系统的发电机本身的频率操作。

应调整超速元件,以便在满载抑制速度高于3%至5%。

相位故障保护

在发电机定子绕组中的相位故障可能导致绝缘,绕组和芯的热损坏,以及对轴和联轴器的机械冲击。机器内的捕获通量会在发电机跳闸后造成故障电流以便在发生器跳闸后流动,并且该字段断开连接。

用于发电机相位故障的主要保护是最好的由差分继电器提供。差分继电器将检测相位故障,三相故障和双相到接地故障。由于发电机的低阻抗接地,也可以检测到地接地故障的一些单相。

自动总线切换

一种类型的自动总线切换单元,如图2所示。如图10所示,以下列方式操作。

正常实用电源模式
在正常情况下,当公用电源可用时,公用电源通过传输开关控制接触器运行,电源连接到配电面板,然后连接到电负载。安装了一个电池充电器,在转移开关控制中,由实用程序供电,以保持启动电池,在发电机组中,充电。

发生停电
当公用电源电压不能低于其正常值的85%时,或者它完全失败,备用电源系统将自动通过开始序列。传输开关控制电路不断从公用电源和发电机组监视电力质量。当传输开关控制电路感测到不可接受的实用电源时,控制等待3秒钟,然后发送信号以启动发电机集发动机。如果在3秒前返回公用电源返回,则不会向发电机组启动发电机组。

当接收到启动信号并提供手动/自动开关设置为自动时,发动机启动,达到适当的操作速度和交流电源可用,在发电机组上。传输开关控制电路感应为此,等待3秒钟,然后将发电机集电源转移到转印开关接触器。通常在距离发生器集电源的时间发生在电源停电时的时间不到10秒的时间内发生操作顺序。

转移开关包括手动操作的手柄。如果传输电路不会导致自动转移到产生的电源,则可以将手动/自动开关移动到手动位置,然后手柄然后用于从实用电源转移到紧急电源,或Visa Versa。

效用返回
当实用电源回来时,传输开关控制电路会感应为此并将观察可接受的电压电平,为5分钟。在这之后
5分钟的时间和电压电平稳定,控制器将发信号通知转移开关接触器重新将负载重新传递回实用电源,然后断开发电机组源。此时,发电机组是“off-line”并将自动操作5分钟,让它正常冷却。在此冷却循环之后,发电机组将自动关闭并重置为待机模式。


接地系统

地面被定义为零电压电位的参考点,这通常是与地球地面的实际连接。对接地的需求非常重要,因为开放的地面条件可能对操作发电设备的任何人呈现严重的安全问题。接地确保任何接触任何金属部件的人都不会收到高压电击。用于此目的的导体是裸线或绿色绝缘线。


闪电避雷器

雷电避雷器用于导致通过雷击或其他系统问题引起的过高电压的导通。通过闪电击中时电源线和相关设备可能会变得无法操作。如有必要,它们旨在快速且反复运行。雷电避雷器连接到变压器或开关设备的内部。

发电机系统中旋转场与旋转电枢之间的差异

介绍

  • 发电机是一种电机,将机械能转换为电能。机械能来自不同的来源,可再生和不可再生。 
  • 可再生能源来自自然的自然力量,如水瀑布和河流银行,风和海洋电流的水流。 
  • 通过燃烧化石燃料,通过锅炉系统和内燃机燃烧来生产不可再生。
发电机系统

在发电厂的电力生产阶段是 发电机系统 在输电和开关码中派出电源之前。

发电机通过电磁感应原理操作,简单地说出使用这三个关键部件的电磁感应工作,即:
  • 导体
  • 磁场
  • 相对运动
因此,

礼貌:www.electronic-turorials.com.

通过电磁感应的装置,产生电压 导体 当导体是 搬了 in a 磁场。当负载连接到导体的端子时,电流将流动。
要使它更加清晰,我们可以将上述陈述与实际发生器,viz的部分相关联:
  • 导体 - is the 电枢线圈 正在产生电压的地方。
  • 磁场 - 是个 场线圈 产生磁场的地方。当场线圈提供诸如DC发生器或电池(激励器)的外部直流电源时,正在制造磁场。通过刷触点。
  • 相对运动  - 是来自的机械动作 原动机. 

旋转电枢发电机
  
典型的旋转场发生图
  • 旋转 电枢的发电机类型放置 定子中的场线圈 and place the 转子中的电枢线圈。在该设置中,磁场是静止的,并且导致电压旋转的线圈。
  • 这种类型的发电机通常用于DC发生器系统,因为它不可能具有来自定子的直流输出。

换向器安装在转子轴上

为什么在定子侧有DC输出是不可能的?

  • 直流发电机实际上是一个交流发电机 换向器 安装在转子轴上。
  • 随着轴旋转,换向器将AC转换为DC。
  • 如果它保持静止,换向器将无法工作。
为什么我们需要DC发电机?
  • 当需要稳定和大型直流电源时,直流发电机很重要,电池不能维持该要求。
旋转场发电机

从这个词本身意味着产生磁体(磁场)的场线圈位于转子中并由原动机动作移动。

这与发电机的旋转场类型完全相反,但这是行业中使用的最常见的AC发生器类型。

典型的旋转场发生图
  • 如图所示,激励系统通过刷触点向转子提供直流电源。 
  • 定子绕组中产生的交流电压的频率与转子场中的极数和轴旋转的速度成比例。

旋转领域(固定电枢)在旋转电枢上有哪些优点?

  • 对于具有高达11 kV的发电机电压电平的大型电厂,旋转场是有利的,因为定子可以容纳大量的导体以获得该电压电平。
  • 高压衔铁应保持静止,并且可以通过将衔铁线圈放置在定子中来实现。由于在滑环中引发,终端电压下具有高电压的旋转线圈具有风险。
  • 转子中的低电压电平具有低惯性,并且需要移动的开始努力也较少。
  • 如果静止式,可以轻松设计高电压的通风装置。
概括:
  • 发电机有两种主要类型,即旋转场和旋转衔铁。
  • 旋转领域在转子上具有现场绕组和定子的电枢。
  • 旋转电枢在转子中具有电枢,在定子中绕组绕组。
  • 旋转电枢仅用于DC发生器,因为当电枢静止时,不可能获得直流输出。
  • 旋转场对特殊的工厂中的AC发电机具有高电压电平,如11kv和Up。
参考:

  • 反馈不可止谅的机器手册
  • DC机器和同步机1埃德,由:U.A Bakshi和MV Bakshi,2008
  • www.electronic-turorials.com.

如何确定使用PRONY BRAKE的电动机的效率

 

介绍


电机的效率是可变基础,电机在一定时间段内携带的负载百分比。通常,AC电动机设计用于在额定负载的50%至100%之间运行。然而,当它以75%以75%的操作时,电动机的最大效率可以获得在电机开始减少的75%及之外。例如,当负载为7.5 HP时,10 HP电机可以获得峰值效率。


图1.电动机的样品效率图


如何计算电机效率?


通过定义电机是一种将电能转换为机械能的电机。因此,我们可以说,在找到其效率时,我们需要知道它产生的给定机械电量的电气输入是多少。

图2.电机操作的描述(美国能源部)


PRONY BRAKE测试


PRONY BRAKE是一种可用于测量电机轴中的扭矩的设备。
  • 使用一组电压表,电流表和PF仪表,将电机的引线连接到该仪表的适当端子。或者如果有可用的瓦特计,请使用该设备测量电机的功耗。
  • 将脊柱制动器连接到电动机的轴上。

图3. PRONY BRAKE(汉普顿训练设备)

  • 启动电机而不加载 (意味着掌握载荷机制诱导零 扭矩在此期间) 让电机运行到额定速度,
  • 在电机以全速运行时慢慢地激活脊柱制动器的负载机构调节,以诱导负载到电机(带系统,磁性型或液压型)。

    为了确定电动机的效率(在其额定负载下方)执行以下步骤:


    1.调整脊柱制动器的负载机构,以获得电机的百分比负载。 

    使用公式:
    • HP =扭矩X RPM / 5252
    • 其中:权力=马力;扭矩= ft-lb;速度= rpm.
    例子:

    在其额定负载的25%运行时确定20 HP,4极电机的效率。
    注意:当电机装载25%的额定负载时,RPM下降到1700
    • %LOAD = 20 HP x 25%= 5 HP
    • 因此所需的扭矩是,t =(HP x 5252)/ RPM
    • T =(5 HP X 5252)/ 1700 = 15.44 FT-LB
    • 注意:使用转速计确定电机加载其额定负载的25%时的实际速度。
    2.在其额定载荷的25%处找到扭矩后,检查瓦特计读数或电压表,电流表和PF仪表读取组合。 

    案例1:使用瓦特计
    • PIN =瓦特计读数
    • pout = 5 hp
    • 将5 HP转换为WATTS = 5 x 746 = 3730
    • 效率= 3730 w / wattmer读数x 100%
    案例2:使用电压表,电流表和PF仪表组合
    • PIN = 1.73 x V x I x PF(对于三相电机)
    • PIN = V X I X PF(用于单相电机)
    • 效率= 3730 w / pin x 100%
    注意:V,I和PF的值是电机运行时仪表的实际读数。
      
    3.重复相同的过程如果您想知道电机的效率,则以30%,70%或100%。

    损失类型


    与电动机操作相关的损失是
    • 定子铜损 - 由于定子中的导体
    • 转子铜损耗 - 由于转子中的导体
    • 核心损失 - 由于电机芯中的磁力损失。
    • 摩擦损失 - 由于电动机旋转时的物理接触。
    随着时间的流逝,电机的效率降低了几个因素,它不能获得设计的原始效率。例如:
    1. 由于电动机的老化有时,转子的对准不再与原件相似,因此电动机的摩擦损失增加。
    2. 当电机被烧毁并进行修复,那么导体的质量与原件没有类似。
    3. 电机的核心劣化。

    概括

    •  PRONY制动测试是确定电动机实际效率的方法之一。
    • 电机的寿命和修复不当可以降低电机的效率。
    • 适当的预防性维护可以保持电机效率与原始效率相似。

    参考

    • 设计援助公司 
    • 反馈培训设备
    • 美国能源部

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