燃气轮机发电系统研制

吕祖强

摘 要：在现代信息化社会中，电力供应是保障生产、生活的必须，当主要发电设施出现问题不能起到供电作用时，备用应急电源就能在最短的时间内解决电力供应不足的情况。发电系统的研制保障了机组的正常运行。

关键词：发电系统；AVR；发电机

前言

燃气轮机发电机组是为满足应急电源的需要而研制开发的燃气轮机发电机组。机组采用单元化和集成化设计；采取了良好的降噪措施；采用成熟的先进技术；部分配套件选用世界上的先进产品；起动、运行和停机采用计算机全过程自动化控制。所以机组具有较好的先进性、可靠的使用性、简便的维护性、起动迅速、低噪声、操作自动化程度高等特点；适合各种环境条件下使用。

第一章 发电系统组成

燃气轮机发电机组中的发电系统主要由发电机、断路器、电力插头插座、24根185电缆、13根240电缆、2根35电缆组成。其中主要部件是发电机。所以我这里主要介绍发电机部分。

第二章 发电机概述

燃气轮机发电机组采用英国斯坦福公司的PI734F型他励三相交流同步发电机，并带有自动电压调节装置（AVR）。可调节发电机发出的三相交流电的电气指标。发电机参数及所发出的三相交流电所能达到电气指标如下：（1）容量：1600kVA；（2）相数：三相；（3）绕组接法：Y型；（4）输出电压：线电压400V，相电压230V；（5）频率：50Hz；（6）输入轴转速：1500r/min；（7）额定功率因数：0.8（滞后）；（8）电压调整率（波动率）：≤0.5%；（9）电压波形畸变率：<5.0%；（10）电压稳定时间：≤1.0s；（11）稳态电压调整率：-0.5%～0.5%；12）瞬态电压调整率：-15%～20%（功率因数不超过0.4（滞后）的60%额定电流的三相对称负载条件下测试）；（13）发电机冷却风量：3.45m/sec；

第三章 发电机工作原理

1主转子；2旋转二极管；3励磁转子；4永磁发电机转子；5永磁发电机定子；6励磁机定子；7AVR；8隔离变压器（如果安装）；9主定子；10输出；11轴。

永磁发电机（PMG）通过自动电压调节器（AVR）给磁场提供励磁，AVR为一可以控制励磁大小的装置。AVR从发电机主定子绕组，经过隔离变压器传送的电压信号反馈，通过控制小功率的励磁机磁场经过整流桥励磁机转子的输出给主转子，从而控制大功率需求的磁场。自动电压器（AVR）是可控晶闸管类，并是无刷发电机励磁补充的一部分，除调节发电机的电压外，AVR电路中具有保护功能，以确保安全可靠地控制发电机，PMG提供励磁功率保证了低无线电干扰和晶闸管的抗干扰度，AVR与主定子绕组相连并控制着励磁定子的功率供给，所以主转子总是维护着发电机的输出电压在规定的范围内，以修正发电机负荷、速度、温度和功率因素的影响，AVR包括软启动电路为发电机提供平滑的建压曲线，频率检测电路持续不断地监测发电机的输出，当速度低于可调的预设定的值时，通过与转速成正比例地降低发电机的输出电压提供励磁电流的低速保护。更进一步增加此功能是可以调节电压/频率的斜率来改善增压型发电机频率恢复时间。

不可控的过励磁被限定在一个安全的周期，可以通过内部电路来切断AVR的输出，直到发电机停机后才可恢复正常。对一个完全的保护断路器只能在装置短路的状况下提供电路隔离。此外AVR能检测发动机转速并且在低于预设的转速（HZ）时，电压跟随转速下跌速度可调，可以防止在发动机低速状态下过励磁并降低负荷从而减轻发动机的负荷，AVR提供过励磁保护，如果发生过励磁则会延时对发电机灭磁。

第四章 电力输出形式

机组电力输出采用24套瑞士进口的KST16BV-NS/M50系列航空快速插头和ID/B16BV-NS-A系列航空快速插座，为适应不同负载形式，相线和零线采用相同截面，因此相线和零线均配置6套插座，单只插座的额定容量为530A，快速插座为单极插座，防护等级满足IP65。

与之对应，电力输出电缆采用截面积为240mm2电缆12条（每相4条）和185mm2电缆6条，以適应不同负载容量的供电要求。

第五章 发电机保护

1、纵联差动保护。为定子绕组及其引出线的相间短路保护。

2、横联差动保护。为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时，才装设该种保护。

3、单相接地保护。为发电机定子绕组的单相接地保护。

4、励磁回路接地保护。为励磁回路的接地故障保护，分为一点接地保护和两点接地保护两种。中小型汽轮发电机，当检查出励磁回路一点接地后再投入两点接地保护，大型汽轮机发电机应装设一点接地保护。

5、低励、失磁保护。为防止大型发电机低励（励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失去励磁（励磁电流为零）后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。

6、过负荷保护。发电机长时间超过额定负荷电流运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

7、定子绕组过电流保护。当发电机纵差范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒动时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护。这种保护兼作纵差保护的后备保护。

8、定子绕组过电压保护。中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护，以切除突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压。

9、负序过电流保护。电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称（如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大）时，发电机定子绕组中就有负序电流。该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100HZ的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤，因此应装设负序过流保护。中小型发电机多装设负序定时限电流保护；大型发电机多装设负序反时限电流保护，其动作时限完全由发电机转子承受负序发热的能力决定，不考虑与系统保护配合。

10、失步保护。大型发电机应装设反应系统振荡过程的失步保护。中小型发电机都不装设失步保护，当系统发生振荡时由运行人员判断，根据情况用人工增加励磁电流、增加或减少原动机出力、局部解列等方法处理。

11、逆功率保护。当汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，发电机失去原动力变成电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况对发电机并无危险，但由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热而造成汽轮机事故，故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护汽轮机。

第六章 发电机维护

定期（一年）检查发电机绕组对地绝缘：采用低压（500V）兆欧表测试，绝缘电阻不小于1.0MΩ；若绝缘不良，可将发电机组在AVR连接线K1、K2断开状态下空转运行，直至绝缘达到要求；或将发电机所有盖板拆除以便于潮湿空气的逸出。在干燥过程中，气流应能在发电机内自由流通并带走湿气。使用两个1-3kW的电吹风机，从发电机进风口处将热空气导入。注意发热源和绕组间应至少保持300mm以避免过热而引起绝缘损坏。持续加热并且每半小时记录一次绝缘电阻值。当该值大于1.0MΩ后，烘干过程即已完成。移开加热器，盖上所有盖板。

参考文献

[1]湖南省电力学校.发电厂变电所电气设备[M].北京：电力工业出版社，1980.07.

[2]山西省电力工业局.电气设备运行[M].北京：中国电力出版社，

1997.05.