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高壓發電機組的工作原理以及性能特點

發布日期:發布日期:2019-06-01 08:01

導語:發電機組是由同步發電機、驅動機械(machinery)、控制(control)及附屬裝置構成一體的發電設備。現代數據、通信等中心的不間斷供電系統廣泛地采用中、大功率的柴油發電機組作為市電的備用電源。它們額定輸出的線電壓是400
  V、相電壓230V,這在我國輸電網體制中屬于二次配電網電壓范疇(category),即低壓區段。這些柴油發電機組亦可稱為低壓發電組。

 

基本工作(job)原理
高壓發馬達組與低壓發電機組的基本工作原理是一樣的。一般都是由柴油發動機帶動同步發電機在附屬裝置和控制器的配合下共同工作發出電力。低壓發電機組輸出功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)在十幾到幾千kVA,高壓發電機組的輸出功率大都在一千kVA以上。還有少量的高壓發電機組采用了燃氣輪機帶動同步發電機。但無論采用什么類型的發動機作為驅動機械,它們的主軸轉速都應該設定在1500轉/min。這是為了確保三相同步發電機在它們的帶動下能夠發出符合國家規定的每秒鐘50Hz的交流電。
 
同步發電機轉子上的繞組線圈通以直流電流后產生直流轉子磁場,它的強弱用磁通Φ表示。當轉子被發動機帶動旋轉(rotate)時,轉子的磁場在旋轉中切割嵌在同步發電機定子內的繞組(導線繞一圈稱為一匝。每個繞組內有N匝線圈),則繞組兩端產生感應電動勢E。轉子磁通Φ越強,定子繞組線圈匝數N越多,則產生的電壓越高。同步發電機共有三個(三相)定子繞組,每個繞組的感應電動勢E的有效值為:E=4.44ΦfNK
 
式中,f是同步發電機輸出電壓(voltage)的頻率50Hz,K是定子繞組內整距線圈與短距線圈的數量比,稱為節距因數,通常K≤1。可見,要想讓同步發電機發出更高的電壓,雙管齊下地增大轉子磁場的磁通Φ及增加定子繞組內的線圈匝數N就可以做到。高壓同步發電機就是依此技術(Technology)理念制造的。隨著電機制造技術的逐步提高以及新材料的不斷涌現,現代高壓同步發電機的技術性能已趨于完善。
 
性能與特點
半個多世紀以來,高壓發電機組已從軍工領域(domain)逐步向國民經濟(Economy)的其他部門普及,主要原因是它的高壓同步發電機(以下簡稱高壓發電機或發電機)以下性能特點。
 
1、輸出電壓高
按照相關的國家標準,高壓發電機組額定輸出的線電壓(voltage)——實際上就是高壓發電機輸出的線電壓10kV。發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。發電機的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此,其構造的一般原則是:用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路,以產生電磁功率,達到能量轉換的目的低壓發電機組額定輸出線電壓——實際上是低壓發電機輸出的線電壓400V。高壓發電機比低壓發電機的輸出電壓高25倍。
 
2、輸出電流小
  發電機的供電能力用其額定容量SH=1.73UHIH表征。發電機是指將其他形式的能源轉換成電能的機械設備,它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動,將水流,氣流,燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機,再由發電機轉換為電能。發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。發電機的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此,其構造的一般原則是:用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路,以產生電磁功率,達到能量轉換的目的它定義了額定功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)因數為0.8的發電機在向負載饋送額定線電壓(voltage)為UH的額定線電流是IH時,可供出的額定視在功率SH。
設低壓發電機可輸出的額定視在功率為SHO,另一臺高壓發電機可輸出的額定視在功率大小同樣是SHO。則有(高壓發電機)1.73UHGIHG=1.73UHDIHD(低壓發電機)。此時高壓發電機輸出的線電流IHG與低壓發電機輸出線電流IHD之比為

 
可見,輸出同樣的額定視在功率(指物體在單位時間內所做的功的多少),高壓發電機所供出的線電流只是低壓發電機的二十五分之一。電流小,電能在輸電線路上的損耗就小,而且輸配電線纜的橫截面積就可小很多,這有利于遠距離輸電,還可以節省(spare)銅材。
 
3、轉子磁場強
高壓發電機通過增大轉子繞組線圈的匝數和輸入線圈的直流電流(叫作勵磁電流)可得到比低壓發電機強幾到幾十倍的轉子磁場與磁通Φ。勵磁電流來自由旋轉整流器、無刷勵磁發電機、自動電壓調節器所構成的發電機自動電壓調控系統。該系統把轉子磁場磁通Φ與高壓發電機輸出電壓U以負反饋邏輯聯動起來,若因負載變動引起U下降,則調控系統使Φ增強而導致U上升。反之亦然。它不僅向轉子繞組提供很大的勵磁電流產生強勢的磁場與磁通Φ,為發電機輸出高電壓創造了條件,而且還自動地穩定高壓發電機的輸出電壓。


 
4、定子繞組內線圈匝數多
  線圈的匝數越多,則在磁場做切割它的運動時產生的感應電動勢就越強。這是發電機的基本原理。高壓發電機電流(Electron flow)小,定子繞組線圈所用的導線比低壓發電機要細的多。這就為增加定子繞組內線圈匝數提供了便利。根據設計要求,不同額定輸出功率的高壓發電機定子繞組線圈的匝數及線徑、每圈的大小、形狀等參數不盡相同。但總的來說,高壓發電機定子各繞組內線圈的匝數一般比低壓發電機多幾倍到十幾倍。
  嵌入這些繞組的定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機座)上的槽溝的多少、形狀、長度或者是直徑也都是根據高壓發電機的性能(xìng néng)要求制造出來的。通常定子上還開有通風散熱的溝槽并裝有溫度傳感器,以確保工作(job)中定子的溫升符合設計要求。
  高壓發電機各定子繞組末端之間的電壓達10kV。因此,線圈、繞組、定子槽溝之間的絕緣(insulated)程度要求很高,以杜絕出現擊穿、漏電、打火等有損發電機的嚴重現象。現代普遍采用介電強度高、介質損耗小并能承受溫度強變的交鏈聚乙烯、特種亞胺薄膜(薄而軟的透明薄片)、少膠云母等絕緣材料(合成樹脂)作為線圈、繞組、槽溝之間的絕緣和填充。使整個定子及繞組的絕緣等級達到F級。
  不僅如此,還在每相定子繞組的首端和末端安裝上電流(Electron flow)互感器,檢測這兩端之間的電流差值。電流無差值說明電流從進入繞組到流出繞組其值一樣,繞組沒有擊穿、漏電現象,絕緣良好。否則,進、出電流不一樣,電流有差值,表明繞組內有漏電或短路現象,連接著電流互感器的自動電流差值測控裝置會立即報警并指令停機,以確保高壓發電機的安全工作。
 
5、中線接地不一般
10kV高壓發電機通常都是對三角形連接的負荷饋送線電壓,一般中線不接地。但為了保護發電機或者應對一些特殊的需求,就需要把中線通過電阻柜和接觸器(contactor)柜接地。這是因為任一個繞組本身或其輸電線路中出現漏電、短路就會使三個繞組的電流出現不平衡而產生中線電流。電阻柜不僅可以阻止電流的激增,還可為檢測控制裝置提供實時變化的電壓數據,測控裝置研判中線電壓并自動調控高壓發電機在損壞曲線之外運行,雖有中線電流但不超出耐受程度。否則將指令停機,以保護高壓發電機。
 
6、使用維護要求高
高壓發電機屬于10kV以上的高壓電氣設備,它的發電機房、配電室、控制柜、饋電柜、測量柜、輸配電線纜等都應符合相關的國家標準,才能為安全(safe)生產打好基礎。因為高壓設備的使用維護(Maintain)要求嚴格,管理或操控等崗位人員應該受過高壓電氣專業的培訓,并且具有高壓電工操作資質,如高壓電工本。工作中特別是現場高壓設備操控、檢測時要穿好防護工裝,嚴格按流程和規范進行。
 
公司生產的高壓發馬達組引進的是國內外先進技術(Technology),結合生產高壓電動機的實踐經驗而設計制造的GTF系列高壓三相同步電動機,功率范圍為800KW-3000KW,具有結構合理、可靠、高效、節能、噪聲低、振動、使用壽命長、安裝維護方便等優點,符合國際電工委員會標準和國內相關標準。更多產品(Product)相關詳情歡迎撥打熱線

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