小型余热发电电气培训课件

余热发电电气部分介绍余热发电电气主接线特点自备发电站余热发电是利用三线燃机排烟余热，将燃气轮机产生的余热，通过余热烟道引入，给余热锅炉加热给水，产生过饱和蒸汽，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，符合国家的有关节能环保政策。余热发电站发出的电力是并网不上网，自发自用，即发电机发出的电能，通过发电站10KV一段母线、联络线及并网开关柜，与压气站10KVⅡ段母线相并列。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，应全部用于压气站用电设备及自备电站用电设备。这实际上是在发电机与电网并列后，压气站减少从电网吸收有功功率。从下面的主接线图中我们可以看到，在余热电站未运行之前，通过压气站10KVⅣ母线的A88开关柜将电能输送至自备电站AH01开关柜，经10KVⅡ段母线、AH003(0#启备变)、AH004

开关柜，供自备电站启动辅机设备。当发电机发电后，通过AH103、AH101开关柜、联络线(电缆)及SIEMENS开关柜与压气站Ⅱ母线同期并列，将电能输送到相关设备上；同时通过1#母线、AH105、AH106开关柜，向站内1#变压器、1#空冷变供电及其它设备供电。这样就体现出余热发电的电气主接线的特点：电站的受电与电站的馈电，共用同一个电力系统。它的优点是，投资省，对原有电压不作大的变动。主接线路介绍自备发电站共设两段母线，10KVⅠ段为发电机母线段，0段为备用母线段。厂用电系统采用10KV和380/220V两种电压等级。10KV为中心点不接地系统，380/220V为中心点直接接地的动力和照明合用的供电系统。厂用电10KV1#机炉母线段，低压厂用变压器和空冷低压常用变分别从机炉对应的10KV发电机母线段上引接，锅炉两台引风机也引接在发电机母线段上。备用母线段电源引自压气站10KVⅣ段高压配电系统，启备变自此段引接。主厂房380/220V厂用电采用单母线分段接线。1#机炉母线段设立了2个独立的MCC,MCC分别为：综合水泵房MCC，化学MCC，MCC电源引自1#机炉PC段。1#机炉母线段低压常用变和空冷低压厂用变都是选用1000KVA低压变压器。1#机炉厂用变和空冷厂用变正常情况下，各自供给本段设备负荷电源。故障情况下由压气站10KVⅣ段高压配电系统连接余热电站备用段的一台1000KVA低压变压器作为低压起动/备用电源供电。余热发电电气知识介绍一.高压电气部分:高压电气设备介绍

高压电气设备组成:

高压开关柜(注:118)

大容量高速开关装置(注:117)

电流互感器（CT）电压互感器（PT）补偿电容器避雷器

高压柜的基本构造高压开关柜由壳体、一次线路设备和二次线路设备所组成。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。高压开关柜的一次回路方案有许多种，如馈电、受电或联络，左进线、右进线、电缆进线或架空进线等，这要根据具体的一次回路方案而定。高压柜的要求按照国家的规定，高压开关柜必须具备“五防”功能的技术要求。这“五防”功能是：①、防止误分、合断路器；②、防止带负荷分、合隔离开关或隔离插头（手车）；③、防止接地开关合上时（或带接地线）送电；④、防止带电合接地开关（或挂接地线）；⑤、防止误入带电隔离室。高压柜的不同工作状态⑴、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。⑵、接地位置。高压开关柜可移开部件所处的位置，使主回路短路并接地。⑶、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。⑷、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。⑸、移开位置（可抽出部件的）。使高压开关柜可移开部件所处的位置是在外面，与外壳机构脱离机械联系和电气联系。高压柜的基本构造和布置⑴、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。⑵、根据用途，手车可分为断路器手车，PT、CT手车及隔离手车等。⑶、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。⑷、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。⑸、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。⑹、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。⑺、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。（8）余热发电站用过电压保护器替代氧化锌避雷器。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

Sbrn＝√3UnIbrn来表示。式中：Un---额定电压；Ibrn---额定开断电流。

断路器开断容量问题所采取的对策

对策:在6kVⅠ、Ⅱ母线之间加装大容量高速开关装置（FSR2）与母联断路器串联。

正常运行时，FSR1将电抗器短路，大大地减少了能耗和长时间使用电抗器带来的其它一系列问题；FSR2和6kV母联串联使用，将两台变压器并联，既提高了供电可靠性，降低变压器短路阻抗引起的电压降，又有利于实现变压器的经济运行。一旦出现6kV母线馈出线出口短路：FSR1快速断开，将电抗器投入运行；同时FSR2快速断开，将6kVⅠ、Ⅱ两段母线解列。从而减少了流向故障点的短路电流，使断路器可靠遮断故障，保证了非故障段母线的正常稳定运行，大大地提高了系统的供电质量。3YH高压柜内信号变送器二.低压电气部分

低压应用部分凝结水泵锅炉给水泵低压应用部分三相同步汽轮发电机

汽轮发电机的构造:1、汽轮发电机的定子

2、发电机转子

:

转子铁心

励磁绕组

3、励磁机

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0.35～0.5mm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。发电机转子

转子的作用:

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

发电机转子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。发电机励磁系统一、简介：励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统，励磁系统是一种直流电源装置。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。图一励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流，以建立直流磁场。励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。而且它有足够的励磁顶值电压和电压上升速度具有较大的强励能力和快速的响应能力。励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，是整个励磁系统中较为重要的组成部分。励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。系统正常运行时，励磁调节器就能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。二、励磁系统必须满足以下要求：1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。2、整流装置提供的励磁容量应有一定的裕度，应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。3、调节器应设有相互独立的手动和自动调节通道；4、

励磁系统应装设过电压和过电流保护及转子回路过电压保护装置。自动励磁控制系统原理框图三、励磁系统方式：励磁方式，就是指励磁电源的不同类型。一般分为三种：直流励磁机方式、交流励磁机方式、静止励磁方式。静止励磁系统。由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。励磁系统的组成：

（1）励磁系统主回路：励磁变、功率柜、灭磁电路、过压过流保护电路等

（2）励磁调节器：测量回路、比较放大、移相触发、整流器等

FMK（灭磁开关）

LFCT（电流互感器）

ZB（励磁变）PT（互感器）

SCR

自动励磁调节器（AVR）自并励静止可控硅整流励磁系统主接线原理图:整流器移相触发比较放大测量给定自动励磁控制系统原理框图图二自动励磁控制系统原理框图励磁系统图介绍

自并励方式的优点：

设备和接线比较简单；由于励磁系统无转动部分，具有较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机组长度；励磁调节速度快，是一种高起始响应的励磁系统；当主整流器采用三相全控桥时，可用逆变来灭磁，使灭磁时间短。自并励方式的缺点：

整流输出的直流顶值电压受发电机端或电力系统短路故障形式（三相、两相或单相短路）和故障点远近等因素的影响；需要起励电源；存在滑环和碳刷。DVR微机励磁调节器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。同步发电机的励磁方式

直接励磁系统带励磁机附加整流电源的励磁系统半导体励磁系统(旋转半导体励磁系统，是指该系统的永磁发电机发出的电流，经整流、控制后，作为交流发电机的励磁电流，而交流发电机发出的电流，从发电机的电枢中直接引出，经同轴旋硅整流器整流以后，送至交流发电机的转子励磁绕组，中间无须经过电刷环节，因此，旋转半导体励磁系统也称无刷励磁系统)半导体无刷励磁系统的特点a.无刷励磁系统取消了集电环和碳刷，彻底消灭了环火，并且根除了碳刷碳粉的污染，省掉了碳刷、集电环的磨损更换，降低了噪声，减少了维护工作量。b.全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动干扰，可靠性高。c.发电机励磁电流是靠调节交流励磁机的磁场来实现的，因此,励磁系统的响应速度较慢；但是，如果采取其他一些措施，还是能够克服这一缺点的。d.取消了灭磁开关，消灭了由灭磁装置引起的故障或事故，但是，由于无刷励磁系统只能在主励磁机磁场回路中设置灭磁装置，发电机只能靠自然衰减灭磁，因而发电机的灭磁时间较长。由于发电机的转子及励磁电路都是随轴旋转的，也无法实现对励磁系统进行常规检测，如转子电流、电压、绝缘等，必须采用其他的特殊的方法进行。发电机的单相接地保护

1、利用零序电流构成定子接地保护

2、利用零序电压构成发电机定子接地保护

3、利用三次谐波电压构成100%定子接地保护发电机的电流保护

⑴、过电流保护或低电压起动的过流保护；⑵、复合电压起动的过电流保护；⑶、负序过电流保护。

调节系统的工作原理和系统介绍

DEH-NK汽轮机数字电液控制系统，由计算机控制部分（也称数字控制系统）和EH液压执行机构组成，系统控制精度、自动化水平高，它能实现升速（手动或自动），配合电气并网，电负荷控制（阀位控制或功频控制），及其他辅助控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等，能使汽轮机适应各种工况并长期安全运行。DEH基本工作原理DEH控制系统的主要目的是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。对于供热机组DEH控制系统还将控制供热压力或流量。DEH系统设有转速控制回路、电功率控制回路、主汽压控制回路、超速保护回路等基本控制回路以及同期、调频限制、解耦运算、信号选择、判断等逻辑回路。DEH控制通过DDV伺服阀控制高压阀门，从而达到控制机组转速、功率的目的。机组在启动和正常运行过程中，DEH接收DCS指令或操作人员通过人机接口所发出的增、减指令，采集汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈等信号，进行分析处理，综合运算，输出控制信号到电液伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取二逻辑处理后，作为转速的反馈信号，此信号与DEH的转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率DEH控制系统有两种调节方式一.功率反馈不投入，阀位控制方式:

在这种情况下，负荷设定是由操作员设定百分比进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的阀门开度。在这种方式下功率时以阀门开度作为内部反馈的，在实际运行时可能有误差，但这种方式对阀门特性没有高的要求。注意抽气机组在冷凝运行时阀门最大开度由工况图确定二.功率反馈投入:

这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH接收现场功率信号与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号送到伺服卡，与阀门反馈信号进行比较后，输出控制信号到电液伺服阀，从而控制阀门开度，满足要求的功率。投入功率控制要求阀门流量特性必须好。对汽机发电机组来讲，调节阀的开度同蒸汽流量存在非线性关系，因此要进行阀门的线性修正，DEH控制系统设计了阀门修正函数，F（X）来进行阀门的线性修正。机组跳闸时，置阀门开度给定信号为0，关闭所有阀门。DEH控制系统设有OPC（超速）保护，阀位限制和快卸负荷等多种保护。还可设定一次调频死区。

DEH控制系统运行方式

1.有汽机远控

2.汽机自动

3.汽机手动ETS保护系统工作原理

ETS即汽轮机紧急跳闸保护系统，用来监视对机组安全又重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限制值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机。ETS系统具有各种保护投切，自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。当下列任一条件出现时，ETS可发出汽轮机跳闸信号，使AST电磁阀动作，实现紧急停机。●汽轮机超速110%（DEH来）●汽轮机超速110%（超速保护装置来）●轴向位移大Ⅱ值（TSI来）●振动高Ⅱ值（TSI来）●#1～#4径向轴承温度超过110℃（4点，逻辑或）●#1～#4径向轴承回油温度超过75℃（4点，逻辑或）●正推力瓦温度超过110℃（10点，逻辑或）●正负推力瓦回油温度超过75℃（2点，逻辑或）●润滑油压低IV值（就地来）●凝汽器真空低Ⅱ值（就地来）●发电机主保护动作（电气来）●DEH停机保护动作（DEH来）●手动停机（双按钮，布置在操作台上）（无投切）●手动停机（DEH画面上操作）注:在实际运行中应根据汽机运行保护说明和实际情况进行各种保护条件的投切。TSI系统工作原理

TSI汽轮机监视仪表系统，用来在线监测对机组安全有重大影响的参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过DEH和ETS控制汽轮机实现安全停机。TSI系统主要监视汽轮机的转速、振动、轴向位移等参数。DEH-NK系统对TSI系统有两种处理方式，一种是采用专用卡件可接受TSI传感器信号并通过软件进行分析处理用于测量显示和报警保护。另外一种时通过DEH的AI和DI通道采集独立的TSI系统模拟量和开关输出。DEH控制系统主要功能

A、冲转前可远方自动挂闸B、整定伺服系统静态关系C、启动前的控制D、转速控制E、负荷控制F、并网带初负荷G、负荷反馈控制H、一次调频I、CCS控制J、负荷限制K、快减负荷L、阀位限制M、主汽压力控制N、主汽压力低保护O、补汽控制P、在线试验Q、可以在工程师站进行参数修改、组态。R、具有完整的数据记录、显示及打印功能。DEH-NK控制柜图发电机的同期并列

一、自同期并列(发电机母线电压瞬降)

二、准同期并列的条件

三、准同期并列的类型准同期并列的条件

（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0.2～0.5％；（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5～10％；（3）相角条件：当上述两个条件已被