影响汽轮发电机组运行状态的因素及分析

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  [摘 要]汽轮发电机组可分为四种工作状态:同步发电机、异步发电机、同步电动机和异步电动机。本文就影响其运行状态的因素进行分析,便于核电站操纵员更好控制汽轮发电机组状态,保证安全稳定发电。
  [关键词]汽轮发电机组 运行状态 因素
  中图分类号:F840.61 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)28-0279-01
  一、 有功电流和无功电流
  1.1 定子绕组上的有功电流和无功电流都是实际存在的电流
  只要发电机出口断路器和500kV开关站闭合,发电机定子上就有有功电流和无功电流。
  1.2 定子绕组上的有功电流和无功电流流过定子绕组都会形成各自磁场
  发电机内部有两个磁场,一个是转子绕组流过励磁电流产生的转子磁场,一个是定子绕组流过对称三相交流电流时合成产生的定子磁场,它们都是旋转磁场。而定子磁场分为有功电流形成的和无功电流形成的。
  1.3 定子旋转磁场在转子绕组产生的安培力
  有功电流:在转子上形成切向安培力,即阻力矩,阻碍转子转动。
  无功电流:在转子上形成径向安培力,即在径向拉伸或压缩转子绕组线圈的力。
  安培力的存在需要通有电流的导线切割磁场磁感线,当转子失去励磁,旋转磁场消失时,安培力就会消失,转子上的阻力矩就会消失,在主力矩的作用下,转子就会超速。
  二、 影响汽轮发电机组运行状态的因素
  2.1 是否并网
  汽轮发电机组是否并网由发电机出口断路器和500KV开关站直接体现,当未并网,汽轮发电机组处于转速控制,用于汽机启动升速过程中和机组孤岛运行时,调节系统通过转速控制回路将汽机转速控制在转速设定值上。与电网无能量传递。
  并网时,汽轮发电机组处于功率控制,与电网有能量传递,定子上流有有功电流和无功电流。
  2.2 是否进汽
  进汽阀开启,在蒸汽的作用下,汽轮发电机组对电网输出有功,是发电机;进汽阀关,不向电网输送有功,在一定条件下并会从电网索取有功,逆功率而变成电动机。
  2.3 是否励磁
  发电机励磁开关闭合,则电机是同步电机;发电机励磁开关断开,则电机是异步电机。
  三、汽轮发电机组运行状态分析
  未并网的情况发电机主要出于转速控制,比较简单。下面我主要针对发电机在并网情况下的各种状态。在并网状态下,发电机定子有有功电流和无功电流,还会产生同步旋转磁场。
  3.1 励磁开关断开、进汽阀开启,汽轮发电机处于异步发电机状态
  发电机励磁开关断开,发电机转子失去励磁电流,转子旋转磁场消失。经前述分析得知,此时发电机定子上仍有有功电流和无功电流,但由于转子旋转磁场消失,定子上的有功电流不会在转子上形成安培力,进而不会产生阻力矩。由于进汽阀开,在主力矩作用下转子超速。
  与此同时,发电机定子从电网吸收无功形成旋转磁场,转子与定子旋转磁场存在转速差(即异步),就在转子闭合线圈上形成感应电流,此感应电流相当于转子励磁电流,进而形成转子旋转磁场,此旋转磁场切割定子线圈,在定子线圈产生感应电动势,使汽轮机输入能量转换为电能向电网输出。
  综上所述,在励磁开关断开、进汽阀开情况下,汽轮发电机处于异步发电机状态。
  3.2 励磁开关断开、进汽阀关闭,汽轮发电机处于异步电动机状态
  此时,汽轮机没有进汽,不能输出有功。定子从电网吸收无功建立旋转磁场。由于电机转子与定子旋转磁场存在转速差,便在转子线圈上产生感应电流。此感应电流在旋转磁场作用下产生安培力,形成作用在转子上的扭矩,使转子转动。
  由于转子与定子旋转磁场必须存在转速差才能在转子上感应出电流,因此转子转速一定要低于旋转磁场转速(即异步)。
  汽轮发电机组的转子转动,从电网吸收有功,将电能转变为转子机械能。
  3.3 励磁开关闭合、进汽阀开启,汽轮发电机处于同步发电机状态
  此状态是汽轮发电机组正常运行状态,它和异步发电机的不同之处就是,转子自身产生励磁,不需从电网吸收无功。并且转子转速和定子旋转磁场转速相同。
  励磁开关闭合,由于转子上励磁电流的存在,转子和定子旋转磁场不需存在转速差产生感应电流,转子就可产生旋转磁场。
  高温高压蒸汽推动汽轮机转子转动,通过发电机将机械能转变成电能,并向电网输出有功和无功。
  3.4 励磁开关闭合、进汽阀关闭,汽轮发电机处于同步电动机状态
  励磁开关闭合,转子上有励磁电流,转子励磁电流在定子旋转磁场作用下产生安培力,形成作用在转子上的扭矩,使转子转动。
  由于转子上励磁电流的存在,就不需转子和定子旋转磁场存在转速差产生感应电流。
  四、结论
  通过上述分析,得出汽轮发电机组运行状态,如下:
  参考文献
  [1] 福建福清核電有限公司,高级运行。
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