日期:
显示带有标签的帖子 发电机. 显示所有帖子
显示带有标签的帖子 发电机. 显示所有帖子

2020年10月22日,星期四

电厂的发电机冷却系统有哪些不同

 



发电厂中的发电机可连续运行。因此,冷却系统起着重要作用,以保持其可靠性。发电应用中使用的发电机可根据使用的冷却介质分为三种主要的设计类别:

  • 空气
下表显示了冷却介质的不同特性: 


该表为我们提供了有关不同冷却介质的相对排热能力的信息。例如,与水相比,空气具有较小的去除能力。另一方面,氢取决于它的压力。因此,压力越高,氢的除热能力越高。 


风冷


风冷发电机有两种基本配置: 
  • 开式通风(OV) -在OV设计中,外部空气通过过滤器直接从设备外部吸入,通过发电机,然后排放到发电机外部。 
  • 全封闭水冷风(TEWAC)- 在TEWAC设计中,空气在发电机内循环,通过安装在机架上的空气进入水热交换器。在此过程中,水在循环并进入热交换器,该热交换器冷却直接渗透到发电机内部的空气。 
TEWAC冷却系统

TEWAC冷却系统


氢气冷却


除机架外,氢冷发电机的结构与风冷发电机的结构非常相似。大多数设计使用直接径向流冷却,类似于下图所示。 


氢气冷却系统


另一方面,定子框架由于需要包含30 psig至75 psig的氢气,因此使用厚板圆柱形结构。端盖更加坚固耐用,并包含氢密封系统,可最大程度地减少泄漏。传统的氢气冷却虽然可用于额定值低于100 MVA的发电机,但最常用于高于100 MVA的燃气和蒸汽轮机驱动单元。

氢/水冷发电机的电枢电压和电流明显高于空冷机组的电枢电压和电流。结果,电枢绕组上的绝缘电压应力和力可能比额定值较低的装置所承受的电压和力大几个数量级。 


直接水冷

水冷增加了制造的复杂性,并且需要辅助水冷和去离子橇以及相关的管道,控制和保护功能。通过直接对水进行冷却,可以实现更加紧凑的发电机设计。 发电机电枢绕组。 


直接水冷系统


该设计使用空心铜线,去离子水流过该空心铜线。闭环辅助底座滑轨供应冷却水。冷水通过发电机连接端上的分配头进入绕组。热水以类似的方式排放到发电机的涡轮端。

水冷却使用昂贵,因为它需要辅助设备来冷却回水。而且,它需要发电机内部复杂而复杂的管道系统,以避免可能导致发电机单元损坏的泄漏。  

2015年3月6日,星期五

常见的发电机问题及其保护是什么



介绍

发电机保护在电厂运行中非常重要。发电机的保护涉及比任何其他系统元件的保护更多地考虑异常运行状况。在无人值守的电站中,应提供针对所有有害异常情况的自动保护。

问题

过度兴奋
当给定发电机的电压与频率之比(伏特/赫兹)超过设定值时,由于发电机磁芯的饱和以及随后在未设计成承载磁通量的组件中引起杂散磁通,可能会导致严重的过热这种过度励磁最经常发生在机组以降低的频率运行时的启动或关闭期间,或者在完全甩负荷的过程中,这会使传输线连接到发电站。

具有反时限特性的伏特/ Hz继电器可与受保护设备的能力相匹配,并具有确定的时间设定点,用于保护发电机免受过励磁。

失步保护
当电力系统的两个区域或两个互连系统失去同步时,整个系统中的电压和电流将有很大的变化。当系统同相时,电压最大,电流最小。当系统为180度时,电压异相最小,电流最大。


负相序或不平衡电流
不平衡的故障和其他系统状况可能会导致发电机中的三相电流不平衡。这些电流的负序分量会在转子中引起双频电流,从而导致过热和损坏。

过电压

在甩负荷或励磁控制故障期间可能会发生发电机过电压。对于水力发电机或燃气轮机驱动的发电机,在甩负荷时,发电机可能会加速并且电压可以达到高水平,而不必超过发电机’s V/Hz limit.

调压设备通常提供这种保护。如果不是,则应由交流过电压继电器提供。该继电器应具有一个延时单元,其拾取器的额定电压约为额定电压的110%。它还应具有一个瞬时单元,其拾取器的额定电压约为额定电压的130%至150%。蒸汽轮机驱动的发电机通常不需要。

欠电压

欠压情况是指交流电源的均方根电压在超过1分钟的持续时间内在电源频率下降至低于90%。术语“电力不足”通常用于描述由公用事业公司发起的持续的欠压时段,以减少电力需求。欠电压是由与引起过电压的事件相反的事件引起的。


动力反转

对于与另一台发电机一起运行的发电机,必须监控功率方向。如果原动机发生故障,则交流发电机将作为电动机运行并驱动原动机。继电器检测电源方向的反转并关闭交流发电机。避免了动力损失和原动机损坏。

发电机死电保护
如果死机意外通电,则在转动齿轮时,它将启动并起感应电动机的作用。在发电机加速期间,转子中会感应出非常大的电流,并且可能会很快损坏它。


过频
系统故障可能导致系统分裂为孤岛,从而在可用发电量和负载之间造成不平衡。这导致所连接负载的功率过大。功率过大会导致频率过高,而负载需求减少可能会导致过电压。

完全或部分甩负荷可能导致发电机超速运行,因此会导致超频运行。通常,除非超过额定功率和大约105%的电压,否则超频操作不会引起任何严重的过热问题。可以采取控制措施将发电机速度和频率降低到正常水平,而不会使发电机跳闸。

欠频
当所连接的负载产生的功率不足时,频率不足会导致负载需求增加。电压下降会导致稳压器增加励磁,从而导致定子和转子过热。同时,由于发电机无法以降低的频率提供功率,因此需要更多的功率。

发电机在降低的频率下长时间运行会给燃气轮机或蒸汽轮发电机带来特殊问题,这些问题很容易因超出其正常频段的运行而损坏。由于在涡轮的许多级中可能发生机械共振,因此在降低的频率下,涡轮比发电机更具限制性。如果发电机转速接近任何一个叶片的固有频率,则振动会增加,这会导致叶片结构破裂。

甩负荷是防止发电机过载的主要保护措施,但应提供低频继电器以提供额外的保护。

定子接地故障
尽管单个接地故障不会影响发电机的运行或不会立即产生任何破坏性影响,但第一个接地故障会建立接地参考,从而使第二个接地故障更有可能发生。这将增加田间其他点对地面的压力。第二个接地故障将通过以下方式造成广泛的损坏:
  • 短路部分励磁绕组
  • 引起高单位振动
  • 由于不平衡电流导致转子发热
  • 故障点的电弧损坏

保护

接地故障保护

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序或负序阻抗,因此,对于牢固接地的发电机,单相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。

与相间故障相比,在阻抗接地的发电机上可用于检测相间接地故障的故障电流可能很小。根据故障位置和发电机接地方法,通常会提供单独的接地故障保护。

定子过热保护

此问题是由过载或冷却系统故障引起的。由于叠片短路导致的过热非常局部化,在严重损坏之前是否能够检测到过热只是一个偶然的问题。

实践是将电阻温度检测器线圈(RTD)或热电偶嵌入槽中,发电机的定子绕组大于500至1000 kVA。图9示出了与RTD一起使用的桥接电路。这些检测器中的足够多的位于绕组中的不同位置,因此可以获得整个定子的温度条件的指示。

选择了几个提供最高温度指示的检测器与温度指示器或记录器一起使用,通常带有警报触点。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

建议对所有原动机驱动的发电机进行超速保护。超速元件应通过机械或等效的电气连接对机器速度作出响应。如果是电动的,则超速元件不应受到发电机电压的不利影响。

超速元件可以作为原动机,其限速器或发电机的一部分来提供。它应该操作限速器,或者提供其他任何关闭装置来关闭原动机。它还应使发电机断路器跳闸。这是为了防止发电机本身通过交流系统超频运行。

应将超速元件调整为在满载抑制速度之上约3%至5%的速度运行。

缺相保护

发电机定子绕组中的相故障会导致绝缘,绕组和铁心的热损坏,并导致轴和联轴器受到机械冲击。发电机跳闸且磁场断开后,机器内部被困的通量可能导致故障电流流过许多秒钟。

发电机相间故障的初级保护最好由差分继电器提供。差动继电器将检测相相故障,三相故障和双相接地故障。通过发电机的低阻抗接地,还可以检测到某些单相接地故障。

自动总线切换

图10所示的一种自动总线切换单元以以下方式操作。

普通市电模式
在正常情况下,当市电可用时,市电通过转换开关控制接触器运行,电源先连接到配电盘,然后再连接到电气负载。公用事业公司为安装在转换开关控件中的电池充电器供电,以使发电机组中的启动电池保持充电状态。

发生断电
当市电电压低于正常值的85%或完全失效时,备用电源系统将自动执行启动顺序。转换开关控制电路不断监控公用电源和发电机组的电能质量。当转换开关控制电路检测到不可接受的市电时,控制将等待3秒钟,然后发送信号以启动发电机组发动机。如果市电在3秒钟之前恢复,发电机组将不会发出启动信号。

当接收到启动信号并将手动/自动开关设置为自动时,发动机将启动,达到适当的运行速度,并且发电机组可提供交流电源。转换开关控制电路会感测到这一点,等待3秒钟,然后将发电机组的电源传输到转换开关接触器。从停电发生到连接发电机组电源的时间通常少于10秒。

转换开关包括一个手动手柄。如果传输电路未导致自动转换为发电,则可以将手动/自动开关移至手动位置,然后使用手柄将其从市电转换为应急电源,反之亦然。

市电回电
当市电恢复供电时,转换开关控制电路会感测到这一点,并会在5分钟的时间内监视可接受的电压水平。在这之后
5分钟内且电压水平稳定后,控制器将向转换开关接触器发出信号,以将负载重新传输回市电,然后断开发电机组电源。此时,发电机组为“off-line”并会自动再运行5分钟,以使其正常冷却。在此冷却周期之后,发电机组将自动关闭并重置为待机模式。


接地系统

接地定义为零电压电位的参考点,通常是到地面的实际连接。接地的需求非常重要,因为开阔的地面状况可能会给操作发电设备的任何人带来严重的安全问题。接地可确保任何人触摸任何金属部件都不会受到高压电击。用于此目的的导体是裸线或绿色绝缘线。


避雷针

避雷器用于使由雷击或其他系统问题引起的过高电压接地。遭到雷击时,电源线和相关设备可能无法使用。它们被设计为在必要时可快速重复运行。避雷器连接到变压器或开关设备的内部。

大型发电机的主要部件

电路中发电机的符号
主要成分

发电机和励磁系统的组件在以下各节中进行了单独描述:


1.发电机外壳

生成器是三个部分的组合:
  1. 框架单元
  2. 励磁壳体
  3. 冷却器单元 
  •  框架单元由一个钢制框架组成,该框架容纳定子铁芯,绕组和转子。框架的下部还容纳连接端子。
  • 激励器壳体容纳无刷激励器。励磁机壳体顶部的一个管道允许发电机冷却空气流入励磁机并冷却励磁机组件。 
  •  位于发电机框架单元顶部的冷却器单元可容纳空气冷却器和水管连接。 
  • 励磁机壳体上的门允许对励磁机进行检查和维护。 
  • 以上所有组件均作为一个单元安装在公共钢平台(床)上。每个部分都设有吊耳,以便在安装和运输时进行搬运。


2.定子

  •  定子铁心是一个空心圆柱体,由层叠的冷轧硅钢板叠层而成。
  • 叠片由绝缘螺栓夹紧。芯子有通风管,允许冷却剂空气流过它们。 
  • 在铁芯的内周面上设有设计成容纳绕组导体的全长纵向槽。 
  • 定子铁心通过挠性安装支撑在框架内。 
  • 这种布置可防止高水平的振动(通常在两极电机中由于磁力作用)传递到机架和基础。

3.转子

  • 在转子主体的整个长度上切开槽,以容纳励磁绕组。 
  • 轴的激励器侧具有中心孔,这些中心孔允许励磁绕组导线穿过它们,以与无刷励磁系统的旋转整流器(RR)连接。 
  • 两个轴向鼓风机安装在发电机转子轴的两端。 
  •  风扇导向装置固定在定子上,该导向装置引导空气流入鼓风机。 
  • 由非磁性材料制成的固定环与绕组端匝配合,以支撑并保护匝免于因运转中的发电机产生的离心力而损坏。 
  • 这也允许转子绕组的轴向热膨胀。 
  • 发电机励磁绕组通过两个穿过转子轴空心中心孔的绝缘导体与无刷励磁系统的RR连接。

4.输出端子

  • CT中继线位于定子机架的下部,在涡轮机的另一侧,用于进行电气输出连接。   
  • CT干线箱容纳了发电机的三个导线,三个线路端子和套管CT。 
  • 适配器盒将发电机线路端子与IPB连接,以提供电源。 
  • 通过套管CT后,三个端子引线短路’形成零线端子,并连接至安装在冷却器单元中的发电机零线接地设备。


 5.中性接地设备

  • 发电机中性点是高阻抗的,通过变压器接地,次级上带有限流电阻。 
  •  中性接地设备(NGT)与套管CT一起安装在发电机冷却器单元内’s on neutral leads.

6.冷却系统

  • 发电机内部通过空气冷却,空气通过安装在转子轴两端的两个轴流风机(风扇)进行循环,空气从发电机两端进入并在内部移动(通过气隙和转子轴向通风槽) )轴向延伸,然后沿径向通过芯中的通风管道扩散。 
  • 定子中的热空气经过空气冷却器,冷却空气,冷却后的空气再用于下一次循环冷却。一部分冷却空气还在无刷励磁系统和中性接地设备上循环以对其进行冷却。 
  • 冷却水从发电站的闭环冷却水系统中供应。发电机的负载取决于运行中的空气冷却器的数量。

7.轴承

  • 发电机中使用带外部强制供油的倾斜垫式轴承,每个位置的轴承分为上下两半,轴承绝缘以防止轴中产生的涡流在轴与轴之间通过。否则会损坏轴承的轴承。 
  • 上半部分通过轴承保持器进行绝缘,而下半部分在轴承环和轴承配合面之间使用绝缘板,并通过绝缘螺栓固定。 
  • 将绝缘材料插入其他部分,例如在油封和支架之间,以防止轴电流流过这些区域。

8. EXCITER 

大型发电机的典型无刷励磁系统包括以下内容:

-永磁发电机(PMG)
-交流励磁机
-旋转整流器(RR)
-AVR

9.防冷凝加热器

  •  防冷凝空间加热器安装在发电机定子框架的底侧。
  • 在激励器壳体中,空间加热器安装在激励器壳体内部的壁上。

10.发电机控制面板(GCP)

  • 发电机控制面板(GCP)安装在T / G控制室中,以允许发电机本地同步,选择AVR操作模式。

11.发电机主电路断路器

  • GMCB系统位于由SF6断路器,隔离开关,接地开关组成的复合柜单元中。
  • 发电机断路器为SF6型,自然冷却并通过液压操作。
  • SF6气体填充在水平排列在框架上并通过支撑绝缘子与地面绝缘的母线罐和绝缘管中。断路器中使用了双流量吹风机型灭弧室。

 12.隔离相总线(IPB)

  • IPB用于在发电机的线路端子和发电机变压器的低压端子(16.5kV)之间建立连接。
  • IPB承载来自发电机三相端子的输出功率,并在发电机变压器的端子处传输功率,然后使电压升压,以传输到高压传输系统。

13.丝锥转换器控制

发电机变压器的抽头位置可能需要升高和降低到: 

  • 调节发电机和电网之间的无功功率(VAR)。当变压器的LV侧已经通电时,升高/降低变压器HV的电压。
  • 当变压器从HV侧而不是LV侧通电时,升高/降低变压器LV侧的电压。

热门帖子