雙軸汽輪發(fā)電機組的啟動及同步過程分析

結構原理

頁面更新時間：2016-02-20 09:44

　　200137關鍵詞雙軸汽輪發(fā)電機；啟動；同步雙軸汽輪發(fā)電機組的兩根轉(zhuǎn)子之間沒有任何機械聯(lián)系，在汽輪機沖轉(zhuǎn)以后。由于兩軸的焓降及轉(zhuǎn)動慣量不可能相同。若無特殊措施。兩軸轉(zhuǎn)違亦不會相同，如何采用簡捷的方法使兩者在啟動過，中達到同步，是雙軸機組兩人技術課之海市崇明電力公司發(fā)電廠14號機組為25高溫高壓背壓式前置機組，其排汽送至老車間的3臺低壓凝汽式機組再進行發(fā)電。整個系統(tǒng)非常復雜，熱效率低，運行調(diào)節(jié)困難，穩(wěn)定性及安全系數(shù)差故企業(yè)于1991992年對該機組進行了技術改造，在其旁加裝了專門設計制造的301賈低壓缸和發(fā)電機，與原背壓機共同組成55的雙軸雙缸汽輪發(fā)電機組該方案兼顧了投資效益及孤立屯1改造的可操作性，心卻帶來了如何以動并網(wǎng)及超速控制這兩人特殊課1系統(tǒng)簡述該低壓缸的結構相當于截取50凝汽機土門檻值不能低于49.0出，因為這個數(shù)值己是網(wǎng)低頻減載的第輪設定值。低滬這個值收引起電網(wǎng)負荷損失，考慮到頻率下降有個過程，門檻值應大于4兌0出定數(shù)量；在頻率允許偏差范圍內(nèi)盡量減少電站機組廠憐次數(shù)九時間起始頻率最低頻率差值由3看出，跳臺600河界機組頻率變化在0.080.131.這種變化是在頻韋允許范圍之內(nèi)=如采同時跳2臺600機，頻率變化肯定超出正常運于允許范圍，要達到0.300.40HZ由于在電網(wǎng)運于中2臺600MW機同，跳的情況極少發(fā)生，因此電站低頻自啟動門檻值值可以依此作為矣名也建議設置在半人扣利出較為合理3.4抽水蓄能電站與電力市場目前天荒坪電站在華東電網(wǎng)的運行原則主體部份屬于行政的種規(guī)定隨著電力市場不斷發(fā)展，這些原則顯然行不通電力市場要求廠網(wǎng)分開競價上網(wǎng)。抽水蓄能電站雖有它的獨特性，但不能違背電力市場的些基本原則，除非國家或市場參與者共同贊成給于優(yōu)惠政策新電廠層出不窮，今后也會有各種合資電廠并網(wǎng)，按比例分配使用的辦法是無法效尤的積極研究電站在今后電力市場競爭中的政策是當前的重要任務。

　　4結束語天荒坪電站剛并網(wǎng)運行不久，到目前機組尚未全部投入，水庫也未進入正常運行，因此有關電站如何優(yōu)化運行，以效益尚有許多問待研究。

　　目前，減少對電網(wǎng)沖擊維持電網(wǎng)關口運行秩序是當務之急從長遠看，電站正常運行后在電網(wǎng)中如何優(yōu)化運行取得全網(wǎng)最大效益是個重要課。

　　級，家用乍周進汽，充分減少節(jié)流損失及部分進汽等損失此缸驅(qū)動臺30厘界發(fā)電機，通過開關后和高壓缸機以下簡稱人機的發(fā)電機開關出口聯(lián)接，并送至80厘，人主變2雙軸機組的啟動及并網(wǎng)2.1啟動及并網(wǎng)問在聯(lián)合啟動過程中，兩個缸的焓降不同，在小流量的情況下，帶有復速級的高壓缸焓降比低壓缸大，而低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量值又比高壓轉(zhuǎn)子大得多。但兩根軸在機械上沒有任何聯(lián)系，相互間不能傳遞機械功。若無其他措施，必然使得低壓轉(zhuǎn)子而，低壓缸不帶主汽門及調(diào)節(jié)汽門，沒有調(diào)節(jié)手段，如何使低壓轉(zhuǎn)子進入同步及并網(wǎng)是大問12啟動及并網(wǎng)方案在幾年的研究論證過程中，曾考慮了5套啟動并網(wǎng)案，在調(diào)試啟動前并存3個戈，設小旁路啟動，分別并網(wǎng)本方案是在+63，導汽母管的隔絕閘閥人1兩端并聯(lián)套小旁路啟動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其實就是個小口徑的主汽門8串接個調(diào)節(jié)但本方案的發(fā)電機出必須配置開關，該方案的原理較簡單，在啟動過程中，隔絕閘閥始終處于關閉狀態(tài)而旁路打開。此時，旁路啟動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)與低壓缸機以下簡稱8機閉環(huán)，相當于臺完整的低壓機組，可進行轉(zhuǎn)速控制這樣來，與原先的前。后置機組的啟動式?jīng)]有仔何不同。在人機啟動過程中3機小調(diào)門開足，后迓機處于隨動狀態(tài)如前所述，低壓轉(zhuǎn)廣的轉(zhuǎn)速將負荷，此時，因蒸汽流量的，加，后置機會繼續(xù)升速，當接近額定轉(zhuǎn)速時，小調(diào)門將因調(diào)速系統(tǒng)的作用而關下，并進入轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)，而后便猶如普通機組樣進行并網(wǎng)操作。在8機并網(wǎng)后，打開導汽母管的隔絕閘閥，小旁路退出系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)的配置對1幾的單獨調(diào)試帶來了很大的便利在安裝結束后激利用背壓機的排汽及該小旁路系統(tǒng)對8機進行了單獨動及調(diào)試采用這啟動及并網(wǎng)方案，原理是簡單的，但需進行兩次并網(wǎng)操作而且兩臺發(fā)電機出口均需配置開關，再加上小主汽門財小調(diào)節(jié)閥0，系統(tǒng)最為復雜這方案類似調(diào)相機的低頻啟動。在啟動前，發(fā)電機出口開關均己合上或直接短接，并網(wǎng)點為主變高壓側開關；導汽母管的隔絕閘閥己打開；備用勵磁機開出，勵磁方式切至備謬首先，沖動人機，8機任其隨動。當前者近10001.1時兩發(fā)屯機同時谷勵磁機加上勵磁也可以采用人機加勵磁啟動，當兩者轉(zhuǎn)差較小時再對，幾加勵磁由電機學理論可知，在勵磁電流不變，且定子鐵芯未飽和的前提下，定子電壓與轉(zhuǎn)速成正比因此時機的轉(zhuǎn)速遠較，幾的高，故其發(fā)電機定子感應電勢亦遠高于8機顯然，它在兩電機偶合系統(tǒng)中允當了發(fā)電機角色。輸出有功功率而低樂缸發(fā)屯機則相當于異步電動機，輸入有功功率，此電功率與汽缸側的蒸汽功共同驅(qū)動轉(zhuǎn)子加速，使兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差趨于減少。當兩機轉(zhuǎn)速接近，轉(zhuǎn)差很小時，由于電機同步電磁轉(zhuǎn)矩的作用，兩轉(zhuǎn)子會被迅速拖步，至此，電磁轉(zhuǎn)矩使兩軸猶如被聯(lián)軸器剛性連接似的，會牢牢的保持同步。在此之后，可將時幾弈之不顧，只3是臺單軸機。操作。，機使其繼續(xù)升速直至額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)。在并網(wǎng)后，兩臺電機均需將勵磁源由備用勵磁機切回1軸勵磁機實際上。這兩臺發(fā)屯機的同步過程相當于次無非周期分量的非期并列過程通常情況下，電機對電網(wǎng)的并列操作是決不允許采用非1期并列的，因為這將導致很大的沖擊電流，從而危及電網(wǎng)及發(fā)電機的安全不過，在這特殊的兩機系統(tǒng)中，可以控制勵磁電壓；再者同步轉(zhuǎn)速較低，完全始終慢于前黎，1兩機在同，0，沖1呢額定值。

　　顯而易，這方案比分別并網(wǎng)方案簡單得多，唯缺點是在并網(wǎng)前須增加備勵的投入和并網(wǎng)后切至主勵的操作國外雙軸機組般都采用此方案進行啟動并網(wǎng)，對于采用靜止勵磁，無同軸勵磁機的機組，不仔在網(wǎng)前后的勵磁源的切換操作，故此方絮電常合理。

　　自勵變頻異步啟動針對上方案的缺點，進步探索和論證了更為簡捷的方法其思路是直接利用在升速過程中同軸勵磁機逐步建立的勵磁電壓，使兩臺發(fā)電機拉入步，問坫同軸并激式勵磁機的勵磁電壓在轉(zhuǎn)速較低時極其微弱，為獲得足夠的同步電磁轉(zhuǎn)矩，選擇的同步轉(zhuǎn)，點要和應提不過上轉(zhuǎn)速捉，電機屯抗亦相應增加，要獲得與他勵式變頻異步啟動方案相同的電磁轉(zhuǎn)矩。要較高的勵磁電1 23，1發(fā)電機實測勵忭曲線這方案的操作設想如下啟動前，發(fā)電機出口開關均己合上辣直接短接，并網(wǎng)點亦為主變高壓側開關；低壓導汽母管空載額定位置因未沖轉(zhuǎn)，主勵磁機無輸出沖轉(zhuǎn)人機，8機任其隨動在此過程中，同軸勵磁機將隨轉(zhuǎn)，的升高而由剩磁逐漸建立勵磁電卡，使發(fā)電機亦逐步產(chǎn)生電勢。此時。高壓缸發(fā)電機在兩電機偶合系統(tǒng)中亦充當發(fā)電機角色，輸出有功功糸而低壓缸發(fā)電機則仍相當于電動機，輸有功功率，此電功率與汽缸的蒸汽推動功共驅(qū)動轉(zhuǎn)子加速，隨高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷升而使其勵磁電勢加速上升，電功率傳遞增加，兩軸間轉(zhuǎn)差開始縮小。

　　在高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達2300為防止發(fā)電機電勢過高導致在同步時沖擊電流過磁轉(zhuǎn)矩及蒸汽推動功的共同作用下繼續(xù)加速，與此同時，其自身的勵磁電壓亦相應升高，使得異步轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速加速升，數(shù)分鐘后，哨由間轉(zhuǎn)速接近時，兩電機間的同步電磁轉(zhuǎn)矩將兩轉(zhuǎn)子迅速拖入同，在此之后，操作人機使其繼續(xù)加速直至額記轉(zhuǎn)速動前士磁場變阻器放置空載額定位置，故此時的發(fā)電機出口電壓己接近額定值，稍作調(diào)節(jié)便可并網(wǎng)。

　　從上述過程可以看出，該方案若可行，則在整個沖轉(zhuǎn)直至并網(wǎng)的過程中，6機沒有任何操作，運行調(diào)節(jié)極為簡單付尸運行人來說。在此過程中1；機叮以被看作是+透明的，似乎在操作臺單軸機組23方案比較及問比較上述3案，從運的角度來，第3方案顯然最優(yōu)，似從技術度來看，最沒把握這里有3個明顯的問須加以考慮由于8機在啟動過程中直至同步，直處于自由狀態(tài)，操作員無法對其轉(zhuǎn)速直接加以控制，這對通常要沖臨界轉(zhuǎn)速的汽輪機是不利的不過，本機的低壓缸轉(zhuǎn)子相當于截自50賈汽輪機后10級，既粗又短，臨界轉(zhuǎn)速遠超30001山故無此憂，在啟動過程中，蒸汽流量很小，且焓降主要在高壓缸，到了較高的轉(zhuǎn)速區(qū)，低壓缸末級葉片的鼓風損失將急劇增加該損失額約與轉(zhuǎn)速的次方成正比，如在高壓轉(zhuǎn)子己到高轉(zhuǎn)速區(qū)停止升速，而兩轉(zhuǎn)廣間較火的轉(zhuǎn)速差僅化電磁轉(zhuǎn)矩提鄺低吒轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，則此轉(zhuǎn)矩若不能克服隨轉(zhuǎn)速而急劇增加的鼓風損失，將兩者拖入同步，或即使能勉強同步，但耗時太長，該方案亦將失去優(yōu)勢，同時，還會派生發(fā)電機轉(zhuǎn)子而溫升的；由于是異步啟動，8機發(fā)電機在升速的過程中，轉(zhuǎn)子中將出現(xiàn)較大的感應電流并產(chǎn)生熱量，此電流并不平均分布于轉(zhuǎn)子的全截面中，僅在相當薄的層通過，而且此層厚依感應電流的頻率而變。由于隱極式汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽中敷有轉(zhuǎn)子線圈，故轉(zhuǎn)子鐵芯損失引起的發(fā)熱將直接影響轉(zhuǎn)子線圈的溫升。因此必須保證在整個沖轉(zhuǎn)過程中確大。停止升速，片刻艦低壓轉(zhuǎn)不過，要回答后兩個問，僅靠定性分析顯然不行，同時。作為個重火的技術改造項目，不允許等到建好后，再去試驗方案是否可行必須進行嚴格的定量論證3啟動過程分析3.18機受力分析自勵變頻異步啟動過程中主要存在高壓缸的排汽直接進入低壓缸，驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)子升速；機械阻力矩損耗小油泵，勵磁機耗功；軸承，汽輪機葉尸及發(fā)電機風扇鼓風損失等；當高低壓轉(zhuǎn)子各自投入主勵磁機后，在升速過程中，其發(fā)電機勵磁電勢便按2變化在未同步時，存在著兩個異步轉(zhuǎn)矩，是可看成低壓轉(zhuǎn)子無勵磁而高壓轉(zhuǎn)子加勵磁此時人機為同步發(fā)電機，輸出功及無功功率；1；機為異步電動機，輸入功及尤功功率這種情況作13中動輪帶磁而從動輪為純鐵。當主動輪5疋轉(zhuǎn)后，它還用磁力拉著從動輪旋轉(zhuǎn)，顯然，從動輪的轉(zhuǎn)速將低于主動輪，M可看成高壓轉(zhuǎn)子無勵磁而低壓轉(zhuǎn)子加勵磁，此時；機為同步電動機，輸功功率而輸出無功功下，系統(tǒng)的焓降主要在高壓缸效3，率范圍很寬的復速級，而低缸各壓力級處極低較高的轉(zhuǎn)速區(qū)，當較低等不利工況，末幾級甚至1作于鼓風狀態(tài)耗功狀態(tài)，似是要確切的知曉高低壓缸的焓降比是困難的為此走假定此時低壓以的蒸汽焓降僅為高壓缸的分之，因兩者流量相同，故8機蒸汽驅(qū)動功中5；廣。2，若忽略機機械損失，則根據(jù)轉(zhuǎn)子運動方程可求得，幾的蒸汽驅(qū)動轉(zhuǎn)矩對于8機，除鼓風損失外，其他各項機械損失相比很小，在本文的研允范疇內(nèi)可以忽略因末級葉片較長，在小流量下，并在較高轉(zhuǎn)速區(qū)的鼓風損失不1忽略鑒于該值在1作轉(zhuǎn)速下般約占機組額定功率的且該損失與轉(zhuǎn)速的次方成正比，故可式描述率。機為異步發(fā)電機，輸入無功功率而輸出功功率這種情況可看作3中主動輪為純鐵而從動輪帶磁。主動輪被從動輪用磁力拖住，當小動輪旋轉(zhuǎn)后。從動輪也會跟轉(zhuǎn)但從動輪的轉(zhuǎn)違亦將低于主動輪上述兩種轉(zhuǎn)矩是各自獨立療在的，對低佧轉(zhuǎn)戶來說，兩者均能使其加選4電磁同步轉(zhuǎn)矩當兩機均加有勵磁時，兩機間相當于3中兩輪均帶磁在不等速時，由于磁性吸引和排斥力象因慣性的作用，在兩者間轉(zhuǎn)速差較大時，這種力的平均值為零。但是，當轉(zhuǎn)速差或滑差5瓶小時，磁性引力會將兩輪拉入同步，當兩者存在功率傳遞時，主動輪的磁性矢量角將比從動輪超前3.2基本方程甕Pn額定功率ki1機實際角轉(zhuǎn)速；ki額定角轉(zhuǎn)速2異步轉(zhuǎn)矩考慮人機為同步發(fā)電機而碟幾作異步電動機工況，作等效電路如閣4根據(jù)電機學理論，當隱極式發(fā)電機作異步運行時者忽略4軸和9軸的不對稱時，其轉(zhuǎn)矩方程和異步電機的形式完料壓缸發(fā)電機低壓缸發(fā)電機A，人機勵磁電勢；及人機定子電組；XA機同步電抗；伽廠碟定子電阻；jrBl機定子繞組的漏抗；機轉(zhuǎn)子折合到定子側的漏抗；B2轉(zhuǎn)子折合到定子側的有效電阻；A折合電抗實際電抗1知。

　　尤考慮8機為同步電機而人機作異步電機工況時，等效電路有著和4完全相同的形式，只是符號互換由于此時人機轉(zhuǎn)速于8機，滑差51小于0，根據(jù)式2傅從小于，即機獲得功率為負值8機得到功率故參照式3便可得6機在此1況時的轉(zhuǎn)矩則同步電機的受電同步轉(zhuǎn)矩為3為功率角為時間，由上式可，在兩機未同步前，由于1大于，將持續(xù)，加，故同步轉(zhuǎn)矩她的方向亦將不斷變化根據(jù)物現(xiàn)學。作為定軸旋轉(zhuǎn)剛體的轉(zhuǎn)子。其運動方程為1的升速曲線，根據(jù)己知的各參數(shù)及初始條件，解方程7，便可求得不過，此方程甚為復雜，變試多層嵌套。甚個為積分衣達式，故只能用計算機解答，限于篇幅，在此不作展開。

　　4啟動過程的計算模擬與實際升及下降均為轉(zhuǎn)違或角轉(zhuǎn)速的單值函數(shù)，大啟動過程是個上升過程，故采用上升曲線根據(jù)實測值并米用最小乘法，可得77次多項式作為3同步轉(zhuǎn)矩由電機學理論可知，當臺同步電機由另臺發(fā)電機供屯的兩機系統(tǒng)中，如兩機均為隱極機根，上述公式及程對勵異步動過程迸1十分申，擬，設定機速韋為30，1.，到達2300獷。后保持不變其他參數(shù)均為實際值。兩機的初始條件為盤乍狀態(tài)機轉(zhuǎn)違5；機為45171士1初始功率角為隨機機計算結果5從5中可，在人機到達2 30，1.1后停留約65，8機便能進入同步。為確保可靠，還另外校核了更不利工況，假定蒸汽的驅(qū)動功僅為高壓缸的13經(jīng)計算，用同樣的升速率，并在2 30，1.心1處停留也能順利將幾拉入同步旦所綸停留方案是可行的案進行首次聯(lián)合啟動其他兩個方案作為備用，結果次成功。在啟動過程中，當人機轉(zhuǎn)速到似阻控止升速以際轉(zhuǎn)速還略向飄移，隨后，8機轉(zhuǎn)速加速上升，在人機停止升速人5約5，8機被拉入同，由于同步時的電壓僅為額定電壓的13，故同步，的沖擊電流也小尸額定電流自勵變頻異步1！動的成功，使原兩臺發(fā)電機簡化了系統(tǒng)和操作外，還得到了兩個額外的收益首先是徹底杜絕了萬發(fā)生單獨誤跳，發(fā)電機關造成其超速的能；是在甩貨荷的情況由于，幾的有害容積遠大于人機，故其超速能量亦將比入機高得多。在此情況下，雖然發(fā)電機的火磁開泠己動作，但勵磁電流的衰減也有個過程約數(shù)百依靠此衰減過程中的勵磁電勢無以使兩軸保持同步，使碟幾能將其超速能量轉(zhuǎn)移部分至人機，相當于增加了8機的轉(zhuǎn)動慣量，從而抑制了1；機的超速量。

　　5啟動過程轉(zhuǎn)子面的溫升運行與異步工況的同步發(fā)電機，如為面冷卻型，轉(zhuǎn)尸面溫升的控制準則為在啟動過程的計算中，同時也校核了。戶，結果砧，大值+超過力機組的外相距甚遠這明采用此啟動方案，能確保轉(zhuǎn)子的安全改造后機組投產(chǎn)至今己近8年，中間經(jīng)歷3次大修，未發(fā)觀轉(zhuǎn)，局部發(fā)熱的跡象。，6結語雙軸汽輪發(fā)電機采用勵變頻異步啟動是可行的該方案系統(tǒng)簡單可靠，運行操作最簡，與單軸機相當唯需要的同步操作是在定的轉(zhuǎn)速下停留幾分鐘，相應省了在并網(wǎng)前投入勵磁證明此方案成熟且可靠，對轉(zhuǎn)子也是安全的壓缸的實際焓降確實比較低。事實上，在整個啟動過杓，低壓缸均整體處尸負吒狀態(tài)。因此，如果在高壓缸排汽口至低壓缸的系統(tǒng)中存在泄漏點，雖然在正常運行時只會出現(xiàn)向外漏汽，但此時卻會破壞真空，從而導致低壓1的焓降和效率進步下降而鼓風損失卻急劇上升，嚴重時甚至可能出現(xiàn)機械凈功率為觸1對，軸機稂，以要坍加進汽量，上述問不會對沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)產(chǎn)生明顯的影響。

　　似，軸機不機可以用較小的流鼾單獨沖轉(zhuǎn)至全選在采用自勵變頻異步啟動時，電磁功率傳遞有限，若低壓缸的機械凈功率較小，甚至出現(xiàn)龍的負值，則會延長同步過程，甚個造成不能完成同，汁算模擬也1正明這點31為完成！動過程的動態(tài)模擬，根據(jù)前述可以對各種變頻以動方案和考慮各種條件進疔分析及模擬通過模擬和比較發(fā)現(xiàn)，扯然自勵變頻異步啟動方案的操作最簡，似其屯磁轉(zhuǎn)矩也在所有方案中，小。原因是開始就將；機的勵磁投，其轉(zhuǎn)子線圈通過，磁機閉六，實際上大大降低了轉(zhuǎn)子平均折合電阻辦8，由式3可，這將使異步轉(zhuǎn)矩顯著減小而8機始若不投勵磁。則轉(zhuǎn)子線圈通過滅磁電阻閉合。當8機轉(zhuǎn)速接近人機后才投入自勵，結果顯，這將明顯縮短同步過程。

　　實際上這相當于大大增加了轉(zhuǎn)子的折合電肌及異步轉(zhuǎn)矩經(jīng)模擬，即使假設蒸汽驅(qū)動功為0，也能在入機到達230，131內(nèi)完成步，只；該方案需在8機接近機轉(zhuǎn)速后投入8機勵磁，加了運行操作，故從妝采用此方戈