國產(chǎn)發(fā)電機(jī)組電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸
在中國電力系統(tǒng)中，國產(chǎn)發(fā)電機(jī)組占有較大比重，如何使這些機(jī)組安全高效率運(yùn)行，是電力工作者的重要任務(wù)。多年的工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識到，國產(chǎn)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中存在一些共同的問題，這些問題涉及到設(shè)計、施工、運(yùn)行等諸多方面。
1發(fā)電機(jī)的接地碳刷問題
由于發(fā)電機(jī)定子磁場不可能絕對均勻等原因，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上便會產(chǎn)生幾伏或更高的電勢差。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承、大地所構(gòu)成的回路阻抗很小，就可能形成很大的軸電流。為阻止該電流的形成，制造廠在發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)所有軸承下墊裝了絕緣片，把軸電流通路隔斷。同時，為了保證大軸與地同電位，應(yīng)該在發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)側(cè)裝設(shè)大軸接地碳刷。
中國制造廠家均提供一個接地碳刷裝置(國外廠商有的是提供兩個)，而設(shè)計部門在設(shè)計圖紙上根據(jù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的要求，將二次保護(hù)接線經(jīng)碳刷連接大軸，這樣很多施工單位就把制造廠家供給的接地碳刷作為轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的“接軸”用了，而該碳刷并沒有接地。
發(fā)電機(jī)大軸在汽輪機(jī)側(cè)未接地是有害的。由于發(fā)電機(jī)大軸對地有電位差，就可能造成大軸通過軸瓦油隙對地放電，造成軸瓦電燒傷。在某些事故情況下危害更大，如果發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)軸承座的對地絕緣(包括連接軸承的油管對地絕緣)遭到損壞，可能會引起很大的軸電流，特別是如果定子線圈發(fā)生匝間短路時，該軸電流會更大，不僅會損傷軸瓦，而且還可能因很大的軸電流流過汽輪機(jī)軸引起汽輪機(jī)有關(guān)部件的磁化。
為此，發(fā)電機(jī)組在安裝階段必須將接地碳刷接地(或經(jīng)一個小電阻接地)，并且在運(yùn)行中要注意維護(hù)發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)端各軸承的對地絕緣，特別要注意防止發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)的各測溫、測振熱工電纜的金屬外皮將軸承的對地絕緣短路。
2高壓廠用備用電源自動切換問題
高壓廠用備用電源自動切換(備用電源自動投入)，中國設(shè)計有兩種方式：一為無時限快速切換，二為低電壓閉鎖限時切換(即慢速切換)。
(1) 高壓廠用電動機(jī)在備用電源投入時所承受的電壓分析。在高壓廠用電源因某種原因跳閘后，該段母線上所有電動機(jī)將作減速運(yùn)行，由于電動機(jī)的反電勢作用，在母線上產(chǎn)生殘壓。該殘壓將隨時間而衰減，即殘壓的幅值在漸漸減小，并且和系統(tǒng)的相位差在隨時間變化而變化。
1) 當(dāng)實(shí)現(xiàn)備用電源切換到母線上時，電動機(jī)上將突加一個電壓K△U，如△U過大會對電動機(jī)造成很大的沖擊電流，如果切換時間愈短，則△U愈小，對切換越有利。在《電力工程電氣設(shè)計手冊》(2)第22-1節(jié)指出：當(dāng)K=0.67時，在0.3 s以前切換時是安全的。
2) θ角隨時間的變化，主要和母線上所帶大型電動機(jī)的容量及特性有關(guān)。所以，對于不同容量的發(fā)電機(jī)組θ角隨時間的變化不一樣，就是同容量發(fā)電機(jī)組也因所選主要輔機(jī)的不同而不同。
3) 在θ角大約達(dá)120°～240°時切換Z危險。電動機(jī)將承受的沖擊電壓Z大，這可能造成電動機(jī)的損壞、損傷或過流保護(hù)動作跳閘。
4) 如切換時間過長，一方面機(jī)組輔機(jī)轉(zhuǎn)速降低過多，造成鍋爐運(yùn)行工況的變壞。另外，母線殘壓過低，切換后電動機(jī)自起動困難，都可能造成機(jī)組的運(yùn)行工況大的擾動甚至停運(yùn)，這是不希望的。
(2) 快速切換存在的問題。根據(jù)機(jī)組所選用的輔機(jī)的電動機(jī)情況，有的機(jī)組的高壓廠用電切換設(shè)計為無時限切換。由于所選用的斷路器是國產(chǎn)少油式開關(guān)，其合閘時間在0.2 s左右，再加上繼電器動作時間，切換時間將長達(dá)約0.3 s，所以切換是不安全的。已投入運(yùn)行的電廠是這種切換方式的，應(yīng)盡快將高壓廠用母線上電源開關(guān)改換為合閘速度快的真空斷路器或SF6斷路器，(其合閘時間是：0.08～0.2 s)這樣切換才比較安全。有的進(jìn)口機(jī)組將快速切換限定在150 ms以內(nèi)，如果切換失敗自動轉(zhuǎn)換成慢速切換，這種設(shè)計更為合理。
(3) 慢速切換存在的問題。國產(chǎn)機(jī)組高壓廠用電自動切換采用慢速切換的也不少，設(shè)計采用低電壓檢定加時間閉鎖的切換方式，即切換條件有2：① 母線電壓低于某值才允許切換;②切換限定在某整定時間內(nèi)完成�，F(xiàn)在的問題是低電壓檢定繼電器和時間閉鎖繼電器如何整定。既要保證切換一次成功，又要保證高壓廠用電動機(jī)在切換中不受到過電壓沖擊，并在電動機(jī)允許承受的電壓下實(shí)現(xiàn)盡快切換。
低電壓檢定繼電器的整定必須考慮Z壞的情況，即系統(tǒng)電壓和廠用母線殘壓正好反相時切換。如果備用電源切換瞬間系統(tǒng)電壓在高壓廠用變壓器上的壓降約30 V(具體壓降值可由計算或試驗(yàn)求得)，為了保證切換時加在母線上高壓廠用電動機(jī)的電壓不超過1.1 Ue，考慮到低電壓檢定繼電器接點(diǎn)閉合到備用電源合閘這一短暫時間內(nèi)，廠用母線電壓仍在降低，所以低電壓檢定繼電器的整定值可整定為45 V，但一般不應(yīng)大于45 V。
時間閉鎖繼電器的整定，要保證在整定時間內(nèi)能可靠完成切換，又不能整定時間過長，以致可能造成的過低電壓下切換，使廠用電動機(jī)不能自啟動。正確的整定值Z好通過試驗(yàn)確定;例如錄制機(jī)組在正常運(yùn)行方式下高壓廠用電源跳閘時廠用母線殘壓隨時間變化的曲線，以求得在某一低電壓檢定繼電器的整定值下閉鎖時間繼電器的整定值。
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