同步发电机无功功率摆动的主要因素及处理措施ppt课件

1、本文根据在线监测的技术数据，从实际上分析同步发电机无功功率摆动的缘由，论述了引起机组无功功率摆动的主要要素及处置措施。关键词同步发电机无功功率摆动励磁系统1.概述山西铝厂热电分厂共有六台汽轮发电机，额定电压为6.3kV，额定容量分别为一期12MW三台;二期25MW三台。从1996年2002年3#、4#、5#、6#机组多次出现发电机无功功率自然摆动，其最大摆幅8Mvar，给消费的组织和调整带来了很大的影响，为此经过多次的实验和分析，查找到了其无功摆动的缘由，并提出了对发电机励磁系统改良的措施。为分析机组无功功率自然摆动的缘由，于2002年2月7日0点到24点，对5#、6#机组实施无功功率的24小

2、时在线监测，其监测数据如表1、表2。表15#机组监测数据从上表可以看出，5#机组在0.36到20.33期间发生无功摆动;6#机组在0.20到19.50期间发生无功摆动，其他时间未摆动。6#机组在1.55无功功率由17Mvar自然降到10Mvar，摆动幅度7MVAR;在6.23无功功率由13Mvar自然上升到20Mvar，摆动幅度为7Mvar，并且无功功率已超越发电机的额定值。在2002年4月10日13点由于4#机组紧急停机，5#机组无功功率由12Mvar直线下降到0，发电机定子电流最大摆到4000A，有功功率由25MW上升到26MW，“电压回路断线信号出现，强励动作，励磁电压为30V，励磁电流

3、为50A。检查磁场变阻器没有异常后手动调整添加无功负荷，恢复正常。4月12日11:58分，5号机无功功率由10Mvar降到0，其它参数正常。2.发电机无功功率摆动实际分析2.1电力系统中的无功功率发、供电的质量目的主要表现为电压和频率。频率是由电力系统发电有功功率和有功负荷耗费的总电量来决议的;电压那么是靠电力系统中无功功率平衡来维持的。假设电力系统中的无功功率严重短缺，那么系统中的电压程度过低，使某个系统的母线电压运转在临界值以下时，母线电压有一微小的下降就会发生负荷耗费的无功功率增量大于系统向该点提供的无功功率增量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降，这种恶性循环将呵斥系统“电压解体。电

4、压解体后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。2.2无功功率平衡与电压程度的关系QGi=QLj+Qk式中:QGi无功电源向系统供应的无功功率;i无功电源的个数;QLj负荷所耗费的无功功率;j无功负荷的个数;QK电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率;图1无功功率平衡和电压程度关系图1为电力系统无功负荷的静态电压特性，假设电力系统电压Ux运转在额定电压Ue，那么系统无功负荷所耗费无功功率为Qe，那么QLj+Qk=Qe，假设电力系统中一切的无功电源发出无功功率总和QGj也等于Qe，电力系统就会维持在额定电压运转。那么无功功率平衡关系那么为QGie=QLje+Qke(角

5、标“e表示运转在额定电压)。假设系统中一切无功电源发不出Qe那么多无功功率，而只能发出Qa这么多,系统负荷就只能耗费Qa这么多。这时系统将运转在a点，系统电压Ux=Ua，系统负荷耗费的无功功率为Qa。那么数学表达式即QGia=Lja+Qka，角标“a表示系统运转在a点。或者系统中一切无功电源发出的无功功率稍大于Qe为Qb，而系统中负荷耗费也到达了Qb这么多，那么系统运转在b点。系统电压Ux=Ub，负荷耗费的无功功率为Qb，那么数学表达式即QGib=QLib+Qkb，角标“b表示系统运转在b点。电气规程要求系统正常运转的电压允许在Ux=Ue5%Ue的范围内，所以a、e、c三点都是电力系统无功功率

6、的平衡点，即系统可以稳定地在电压Ua、Ue、Ub下运行。因此要控制系统在额定电压下运转，就要控制系统中的无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所耗费的无功功率。假设这个“等式关系不能满足，那么电力系统就会偏离额定电压运转。当无功电源发出的无功功率偏离负荷在额定电压下所需耗费的无功功率过多时，作为无功电源的发电机就会出现无功功率摆动，电力系统电压就会过多地偏离额定电压。可见，维持电力系统电压在允许范围内是靠控制系统无功电源的出力来实现的。(c)适量图(d)同步发电的外特性图图2a是同步发电机的原理图，图中FLQ是励磁绕组，机端电压为Uf，电流为If。在正常情况下，流经FLQ的励磁通量

7、电流为Ifd，由它所建立的磁场使定子产生的空载感应电势为Eq，改动Ifd的大小，Eq值就相应地改动。经过图2b的等值电路图，可以得出:Uf+JIfxd=Eq式中Xd发电机直轴电抗。根据图2c的矢量关系:Eqcos=Uf+Iwxd式中Eq与Uf间的相角，即发电机的功率角;Iw发电机的无功电流。普通情况下的值很小，可近似为cos=1那么上式可简化为EqUf+Iwxd。从式中可以看出，同步发电机的外特性是下降的，当励磁电流Ifd一定时，发电机端电压Uf随无功负荷增大而下降。图2d阐明，当无功电流为Iw1时，发电机端电压为额定值Ufe，励磁电流为Ifd1。当无功电流增到Iw2时，假设励磁电流不添加，那

8、么电压降至Uf2，能够满足不了运转要求，必需将励磁电流增大至Ifd2，才干维持端电压为额定值Ufe。同理，无功电流减小时，Uf也会上升，必需减小励磁电流。所以说，同步发电机发出的无功功率必需经过对励磁电流的调整，才干满足系统负荷对无功功率的需求，进而才干保证电力系统电压的稳定。3.引起机组无功功率摆动的缘由3.1机组问题3.1.11996年，三号机发生无功摆动以后，我们对直流励磁机进展空载实验，励磁机和励磁系统正常，9月份电机大修期间发电机转子返厂，最后检查为转子线圈有匝间短路景象。3.1.22001年6月份，4号机因励磁机碳刷打火，换向器外表有烧伤，无功功率摆动频繁，最后检查确定励磁机转子有

9、匝间短路景象。3.1.32001年4月，5号机因无功功率摆动停机后，发现励磁机的换向器片间有短路景象。3.1.42002年4月10日-12日，5号机两次出现无功功率直线下降为零，经停机检查，属换向器的片间出现瞬间短路所引起的。3.2同步发电机无功功率的分配汽轮发电机组发出的有功功率只受汽轮机调速系统的控制，与励磁电流的大小无关。故无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率均为常数。发电机励磁电流的变化只是改动了机组的无功功率的大小。我厂发电机组并联运转的母线，属于直配母线，也就是发电机的出线直接与6kV配电室并联运转。改动其中一台发电机的励磁电流，不但影响它的电压和无功功率，而且也将影响与之并联运

10、转机组的无功功率。由于多台机组并联运转，机组之间存在着抢带无功的景象，所以当系统出现无功缺额或无功过量时，总是存在着部分发电机抢带或抢甩无功的景象，而这种景象的发生使系统电压处于稳定形状，而另一部分发电机就出现无功缺额或无功过剩景象，最终反映出来的就是这一部分发电机的无功功率摆动。为了消除无功功率大幅度的摆动,只需调整励磁电流来维持本台发电机的无功平衡。3.3电力系统扰动的要素电力系统的负荷每时每刻都在发生变化，特别是大负荷的起动和停用，都对系统的有功功率和无功功率产生动摇。我们厂处在山西电网的末端。在这个末端电网内电力系统有两个电厂，再加上我们的自备电厂总装机容量为1000MW左右，而运城地

11、域的农业用电较多，工业用电较少，气候环境对电负荷的影响特别大，天阴下雨大面积甩负荷，天气干旱，又大量用电，以及我厂的同步电动机的起停，这就产生了系统的正常扰动。这种扰动就使发电机发出的有功功率和无功功率进展重新分配，于是出现无功功率的摆动。3.4同步发电机励磁控制系统的运用同步发电机励磁系统都带有自动控制调整安装，但是一些老机组和小机组因种种缘由将自动控制系统退出运转，改为手动调整，我厂就属于这种。手动调整励磁有很多缺陷，如调整时间不能及时把握;调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是假设调整不及时会呵斥发电机失磁运转，或者在事故情况下呵斥系统“电压解体。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统，就是处理并联运转机组之间的无功功率合理分配问题，同时经过不断地调理励磁电流来平衡系统的无功功率，进而维持机端电压为额定程度。随着微机控制的开展和运用，发电机的励磁自动控制系统不断地更新，自动化程度在不断地提高，性能也在不断地完善，这对我们可以及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要，并且可以彻底处理发电机的无功摆动问题。4.结论发电机的无功功率摆动是由于发电机励磁系统的一次设备线圈发生匝间短路或换向器片间短路所引起，这种短路在动态情况下能引