燃氣輪機發電系統研制

呂祖強

摘 要：在現代信息化社會中，電力供應是保障生產、生活的必須，當主要發電設施出現問題不能起到供電作用時，備用應急電源就能在最短的時間內解決電力供應不足的情況。發電系統的研制保障了機組的正常運行。

關鍵詞：發電系統；AVR；發電機

前言

燃氣輪機發電機組是為滿足應急電源的需要而研制開發的燃氣輪機發電機組。機組采用單元化和集成化設計；采取了良好的降噪措施；采用成熟的先進技術；部分配套件選用世界上的先進產品；起動、運行和停機采用計算機全過程自動化控制。所以機組具有較好的先進性、可靠的使用性、簡便的維護性、起動迅速、低噪聲、操作自動化程度高等特點；適合各種環境條件下使用。

第一章 發電系統組成

燃氣輪機發電機組中的發電系統主要由發電機、斷路器、電力插頭插座、24根185電纜、13根240電纜、2根35電纜組成。其中主要部件是發電機。所以我這里主要介紹發電機部分。

第二章 發電機概述

燃氣輪機發電機組采用英國斯坦福公司的PI734F型他勵三相交流同步發電機，并帶有自動電壓調節裝置（AVR）?？烧{節發電機發出的三相交流電的電氣指標。發電機參數及所發出的三相交流電所能達到電氣指標如下：（1）容量：1600kVA；（2）相數：三相；（3）繞組接法：Y型；（4）輸出電壓：線電壓400V，相電壓230V；（5）頻率：50Hz；（6）輸入軸轉速：1500r/min；（7）額定功率因數：0.8（滯后）；（8）電壓調整率（波動率）：≤0.5%；（9）電壓波形畸變率：<5.0%；（10）電壓穩定時間：≤1.0s；（11）穩態電壓調整率：-0.5%～0.5%；12）瞬態電壓調整率：-15%～20%（功率因數不超過0.4（滯后）的60%額定電流的三相對稱負載條件下測試）；（13）發電機冷卻風量：3.45m/sec；

第三章 發電機工作原理

1主轉子；2旋轉二極管；3勵磁轉子；4永磁發電機轉子；5永磁發電機定子；6勵磁機定子；7AVR；8隔離變壓器（如果安裝）；9主定子；10輸出；11軸。

永磁發電機（PMG）通過自動電壓調節器（AVR）給磁場提供勵磁，AVR為一可以控制勵磁大小的裝置。AVR從發電機主定子繞組，經過隔離變壓器傳送的電壓信號反饋，通過控制小功率的勵磁機磁場經過整流橋勵磁機轉子的輸出給主轉子，從而控制大功率需求的磁場。自動電壓器（AVR）是可控晶閘管類，并是無刷發電機勵磁補充的一部分，除調節發電機的電壓外，AVR電路中具有保護功能，以確保安全可靠地控制發電機，PMG提供勵磁功率保證了低無線電干擾和晶閘管的抗干擾度，AVR與主定子繞組相連并控制著勵磁定子的功率供給，所以主轉子總是維護著發電機的輸出電壓在規定的范圍內，以修正發電機負荷、速度、溫度和功率因素的影響，AVR包括軟啟動電路為發電機提供平滑的建壓曲線，頻率檢測電路持續不斷地監測發電機的輸出，當速度低于可調的預設定的值時，通過與轉速成正比例地降低發電機的輸出電壓提供勵磁電流的低速保護。更進一步增加此功能是可以調節電壓/頻率的斜率來改善增壓型發電機頻率恢復時間。

不可控的過勵磁被限定在一個安全的周期，可以通過內部電路來切斷AVR的輸出，直到發電機停機后才可恢復正常。對一個完全的保護斷路器只能在裝置短路的狀況下提供電路隔離。此外AVR能檢測發動機轉速并且在低于預設的轉速（HZ）時，電壓跟隨轉速下跌速度可調，可以防止在發動機低速狀態下過勵磁并降低負荷從而減輕發動機的負荷，AVR提供過勵磁保護，如果發生過勵磁則會延時對發電機滅磁。

第四章 電力輸出形式

機組電力輸出采用24套瑞士進口的KST16BV-NS/M50系列航空快速插頭和ID/B16BV-NS-A系列航空快速插座，為適應不同負載形式，相線和零線采用相同截面，因此相線和零線均配置6套插座，單只插座的額定容量為530A，快速插座為單極插座，防護等級滿足IP65。

與之對應，電力輸出電纜采用截面積為240mm2電纜12條（每相4條）和185mm2電纜6條，以適應不同負載容量的供電要求。

第五章 發電機保護

1、縱聯差動保護。為定子繞組及其引出線的相間短路保護。

2、橫聯差動保護。為定子繞組一相匝間短路保護。只有當一相定子繞組有兩個及以上并聯分支而構成兩個或三個中性點引出端時，才裝設該種保護。

3、單相接地保護。為發電機定子繞組的單相接地保護。

4、勵磁回路接地保護。為勵磁回路的接地故障保護，分為一點接地保護和兩點接地保護兩種。中小型汽輪發電機，當檢查出勵磁回路一點接地后再投入兩點接地保護，大型汽輪機發電機應裝設一點接地保護。

5、低勵、失磁保護。為防止大型發電機低勵（勵磁電流低于靜穩極限所對應的勵磁電流）或失去勵磁（勵磁電流為零）后，從系統中吸收大量無功功率而對系統產生不利影響，100MW及以上容量的發電機都裝設這種保護。

6、過負荷保護。發電機長時間超過額定負荷電流運行時作用于信號的保護。中小型發電機只裝設定子過負荷保護；大型發電機應分別裝設定子過負荷和勵磁繞組過負荷保護。

7、定子繞組過電流保護。當發電機縱差范圍外發生短路，而短路元件的保護或斷路器拒動時，為了可靠切除故障，則應裝設反應外部短路的過電流保護。這種保護兼作縱差保護的后備保護。

8、定子繞組過電壓保護。中小型汽輪發電機通常不裝設過電壓保護。水輪發電機和大型汽輪發電機都裝設過電壓保護，以切除突然甩去全部負荷后引起定子繞組過電壓。

9、負序過電流保護。電力系統發生不對稱短路或者三相負荷不對稱（如電氣機車、電弧爐等單相負荷的比重太大）時，發電機定子繞組中就有負序電流。該負序電流產生反向旋轉磁場，相對于轉子為兩倍同步轉速，因此在轉子中出現100HZ的倍頻電流，它會使轉子端部、護環內表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉子的局部灼傷，因此應裝設負序過流保護。中小型發電機多裝設負序定時限電流保護；大型發電機多裝設負序反時限電流保護，其動作時限完全由發電機轉子承受負序發熱的能力決定，不考慮與系統保護配合。

10、失步保護。大型發電機應裝設反應系統振蕩過程的失步保護。中小型發電機都不裝設失步保護，當系統發生振蕩時由運行人員判斷，根據情況用人工增加勵磁電流、增加或減少原動機出力、局部解列等方法處理。

11、逆功率保護。當汽輪機主汽門誤關閉，或機爐保護動作關閉主汽門而發電機出口斷路器未跳閘時，發電機失去原動力變成電動機運行，從電力系統吸收有功功率。這種工況對發電機并無危險，但由于鼓風損失，汽輪機尾部葉片有可能過熱而造成汽輪機事故，故大型機組要裝設用逆功率繼電器構成的逆功率保護，用于保護汽輪機。

第六章 發電機維護

定期（一年）檢查發電機繞組對地絕緣：采用低壓（500V）兆歐表測試，絕緣電阻不小于1.0MΩ；若絕緣不良，可將發電機組在AVR連接線K1、K2斷開狀態下空轉運行，直至絕緣達到要求；或將發電機所有蓋板拆除以便于潮濕空氣的逸出。在干燥過程中，氣流應能在發電機內自由流通并帶走濕氣。使用兩個1-3kW的電吹風機，從發電機進風口處將熱空氣導入。注意發熱源和繞組間應至少保持300mm以避免過熱而引起絕緣損壞。持續加熱并且每半小時記錄一次絕緣電阻值。當該值大于1.0MΩ后，烘干過程即已完成。移開加熱器，蓋上所有蓋板。

參考文獻

[1]湖南省電力學校.發電廠變電所電氣設備[M].北京：電力工業出版社，1980.07.

[2]山西省電力工業局.電氣設備運行[M].北京：中國電力出版社，

1997.05.