專利名稱：一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高壓電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置。
背景技術(shù)：
交流發(fā)電機在設(shè)計制造時，就有一系列額定值，如電壓U,電流I，視在功率S、有功功率P及功率因數(shù)COSCj5等等，為了確保發(fā)電機的安全運行，在使用及運行時，其出廠規(guī)定的額定值是不能超過的，特別是電壓、電流及視在功率等主要參數(shù)。為此人們普遍認為發(fā)電機的有功功率P也不能超過額定值運行，因此，自交流發(fā)電機問世以來，基本上所有的發(fā)電廠都嚴格按照出廠規(guī)定的額定出力控制發(fā)電機輸出有功功率，不敢超發(fā)。交流發(fā)電機的功能是將自然界的一次能源(水能、熱能、原子能、風能等)通過發(fā)電動力裝置(水輪機、鍋爐及汽輪機等)帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，通過發(fā)電機將一次能源轉(zhuǎn)化成電能，為地區(qū)經(jīng)濟和人民生活服務(wù)。從全國乃至全世界來看，能源緊缺已經(jīng)在全球造成危機，人們一方面加緊開發(fā)現(xiàn)有常規(guī)能源，一方面尋找開發(fā)太陽能、風能等新型替代能源。另一方面千方百計開展節(jié)能降耗活動以緩解能源緊缺局面。中國北方電力主要依靠火電，西部地區(qū)主要依靠水電。火電不僅大量消耗煤炭及石油等一次能源，而且由于大量排放二氧化碳及二氧化硫，對環(huán)境造成了污染，嚴重制約了經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。水電屬于可再生綠色能源，不消耗一次能源，也沒有三廢排放，是屬于優(yōu)先發(fā)展的綠色環(huán)保能源，但是由于地方經(jīng)濟發(fā)展迅猛，目前開發(fā)的水電裝機容量遠遠滿足不了地方經(jīng)濟發(fā)展的用電需求。國內(nèi)具備開發(fā)條件的水力資源電源點已經(jīng)寥寥無幾，電力資源的匱乏已經(jīng)嚴重制約著我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。中小型水電多數(shù)是徑流式水電站，沒有調(diào)節(jié)能力，而徑流式水電站的主要矛盾就是存在著豐枯季節(jié)徑流差異大的矛盾，一般情況豐枯徑流差異都在15倍以上。幾乎所有的徑流式水電站在豐水期都存在不同程度的棄水，而由于電力緊缺，豐水季節(jié)水電站大量棄水的同時電網(wǎng)還在對一些負荷停電限電。面對越來越嚴重的能源危機，我們考慮如何在現(xiàn)在已經(jīng)建成的水電站找到一種經(jīng)濟有效發(fā)電機超發(fā)電力的辦法，從而在豐水期充分利用棄水多發(fā)電力，為地方經(jīng)濟發(fā)展做貢獻。每臺發(fā)電機在出廠時，所規(guī)定的一系列額定值，如電壓U，電流I，視在功率S、有功功率P及功率因數(shù)COSCj5等等，這是設(shè)計和制造決定的。為了確保發(fā)電機的安全運行，在使用及運行時，其出廠規(guī)定的電壓、電流及容量等主要額定值參數(shù)是不能超過的。為此人們普遍認為發(fā)電機的有功功率P也不能超過額定值運行。在實際使用當中，由于電力是一種不能儲存的商品，即其生產(chǎn)、銷售及使用是一瞬間同時完成的，電力必須緊隨負荷的變化而隨時調(diào)節(jié)發(fā)電量，假如出現(xiàn)發(fā)電量跟不上負荷的增加而沒有及時增加發(fā)電量的情況，就會出現(xiàn)電網(wǎng)頻率非正常下降甚至電網(wǎng)崩潰的事故，所以提高發(fā)電機的過負荷能力對電網(wǎng)的安全運行將有著重大的作用。發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實用新型提供了一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置，其是在保持發(fā)電機的電壓U，電流I，視在功率S等主要參數(shù)不超過額定值運行的前提下，通過提高發(fā)電機的功率因數(shù)cos Φ，限制發(fā)電機輸出無功功率的前提下，通過靜電電容補償裝置補償無功功率，將發(fā)電機發(fā)無功功率的容量騰出來，超發(fā)有功功率達20 — 25%。所述技術(shù)方案如下:一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置，包括發(fā)電機及其輸出電網(wǎng)，所述電網(wǎng)的母線上設(shè)置有靜電電容補償裝置，所述靜電電容補償裝置用于補償發(fā)電機限制發(fā)出的無功功率。靜電電容補償裝置包括高壓電纜上設(shè)置的電流互感器，所述的電流互感器通過高壓電抗器連接高壓電容器，所述的電流互感器與電網(wǎng)母線之間設(shè)置高壓開關(guān)，所述高壓電容器之前還連接有電容器專用熔斷器。本實用新型的技術(shù)方案中，發(fā)電機的“額定容量”指的是發(fā)電機的視在功率S，其單位為kVA (MVA)，視在功率是發(fā)電機所發(fā)有功功率P和無功功率Q的向量合成，功率計算公式為:視在功率:S=√3U.I有功功率:P=√3U.I.cos Φ =S.cos Φ無功功率:Q=√3U.I.sin Φ式中:U —發(fā)電機額定電壓(kV)I—發(fā)電機額定電流 (a)cos Φ —發(fā)電機功率因數(shù)φ —電流I和電壓U之間的夾角。以上公式中，發(fā)電機電壓U是一個基本上不變的額定數(shù)值，而發(fā)電機的額定電流則是一個有功分量和無功分量的向量和，其絕對數(shù)值一般情況也不能超過額定值。Φ是電流I和電壓U之間的夾角，是唯一可以改變的。通常發(fā)電機的額定功率因數(shù)為:COS(j5=0.8，其有功功率P= V 3U.1.Coscj5 =0.8S，即有功功率P為視在功率S的0.8倍。由于發(fā)電機的功率因數(shù)COSCji是一個變量，功率因數(shù)的數(shù)值取決于勵磁電流的大小，當有功功率不變時，增加勵磁電流，發(fā)電機定子電流增加(主要是發(fā)電機的無功分量增加)，功率因數(shù)就降低；反之，減少勵磁電流，發(fā)電機定子電流減小(主要是發(fā)電機的無功分量減小)，功率因數(shù)就增力口，當調(diào)整功率因數(shù)由額定值cosctl = 0.8增加到最大值(308(]52=1時(Φ = 0)，此時:SinΦ2=0,無功功率Q2= V 3.U.I.sin Φ 2=0，有功功率 P2= V 3.U.I.cos Φ 2=S，即理論上此時發(fā)電機發(fā)出的功率全部為有功功率，有功功率P等于視在功率S，無功功率Q等于0，有功功率由額定值增加為:cos Φ 2/cos Φ I = 1/0.8=1.25即當發(fā)電機在額定電壓、額定電流運行的前提下，提高功率因數(shù)由0.8到I時，只要原動機有余量，理論上發(fā)電機發(fā)出的有功功率就可以比額定值增加1.25倍。發(fā)電機有運行極限，主要取決于定子繞組溫升約束，勵磁繞組溫升約束以及原動機功率約束。提高發(fā)電機的功率因數(shù)超發(fā)有功功率，需要控制發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子不超過額定電流運行，確保發(fā)電機繞組溫度不超過允許值；需要控制發(fā)電機的功率因數(shù)滯后小于1，不得進相超前運行，以確保發(fā)電機安全穩(wěn)定運行。在不超出以上運行極限的前提下超發(fā)有功功率，發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子線圈都沒有過負荷，真正過負荷的是發(fā)電機的主軸，但一般發(fā)電機的主軸的過負荷裕度是比較大的。操作上，在增加有功功率的同時，必須降低無功功率，提高功率因數(shù)，控制定子和轉(zhuǎn)子電流不超過額定值運行。為了保持發(fā)電機并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，發(fā)電機功率因數(shù)一般可以控制在
0.96 - 0.99范圍內(nèi)運行，此時發(fā)電機可以長期穩(wěn)定地超負荷20 - 24%。電力系統(tǒng)除了為用電戶提供有功功率外，在用電戶生產(chǎn)過程及輸變電過程中，還需要大量的無功功率，電網(wǎng)規(guī)定無功功率由并網(wǎng)的所有發(fā)電機共同承擔(也可以由用電戶或電網(wǎng)采用其他方式補償)。本實用新型由于是采用提高功率因數(shù)來增加發(fā)電機輸出有功功率的方法，其方法正確有效，但卻減少了發(fā)電機無功功率的輸出，達不到電網(wǎng)對并網(wǎng)發(fā)電機對上網(wǎng)功率因數(shù)的要求(電網(wǎng)要求發(fā)電廠上網(wǎng)電能的功率因數(shù)一般不得大于0.8)。本實用新型采用另外裝設(shè)靜電電容補償裝置對發(fā)電機減少的無功功率進行補償?shù)姆绞?，使發(fā)電機超負荷所發(fā)的電能滿足電網(wǎng)的要求。靜電電容補償裝置可以根據(jù)各發(fā)電廠機組的參數(shù)及需要超負荷的倍數(shù)而設(shè)計。該方法特別適用于徑流式水電站，由于徑流式水電站在豐水期滿負荷運行還大量棄水，浪費了大量寶貴的能源，采用該方法可以在不對發(fā)電廠機電設(shè)備作大的改動的前提下，利用豐水期的棄水多發(fā)有功功率，為電網(wǎng)提供綠色能源。本實用新型可以花很少的投入，進行很小的改造，采用一種科學的運行方法，達到使交流發(fā)電機超發(fā)有功功率20 - 25%的效果，為經(jīng)濟發(fā)展提供大量的電力，也可以利用該實用新型增加電網(wǎng)的調(diào)峰作用，增加電力系統(tǒng)的安全可靠性。本實用新型對電廠現(xiàn)有的機電設(shè)備基本不動，對水工設(shè)施如過水量不夠，可對局部設(shè)施適當進行改造，發(fā)電機采用提高功率因數(shù)限制輸出無功功率，超發(fā)有功功率，不足的無功功率另外增加電容補償裝置對發(fā)電機補償無功功率的方法，花極小的投入，就可以獲得大量的廉價的電力，其經(jīng)濟效益及社會效益都極其顯著。水電是一種環(huán)保的可再生的清潔能源，其生產(chǎn)屬于零排放，無污染的方式。在全球環(huán)境污染日益嚴重，化石能源日趨緊缺的今天，水電越來越顯得異常寶貴，其產(chǎn)量越多，就可以減少化石能源的消耗，減少二氧化碳及二氧化硫的排放，減少森林的砍伐，對減輕環(huán)境的污染有著重要的作用。本實用新型是利用豐水期廢棄的水能超發(fā)電力，向社會提供廉價的環(huán)保的清潔能源，其對社會的貢獻是不容低估的。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型的一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置的電路原理圖。
具體實施方式
[0033]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。實例一:本發(fā)明的一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置在XX電站的應(yīng)用一。XX電站電氣主接線如附圖1所示，圖1下方設(shè)置兩組6.3kV發(fā)電機，其輸出電流匯入母線1，圖中虛線部分即為新設(shè)置的靜電電容補償裝置，包括高壓電纜上設(shè)置的電流互感器2，所述的電流互感器2通過高壓電抗器3連接高壓電容器4，所述的電流互感器2與電網(wǎng)母線I之間設(shè)置高壓開關(guān)5，所述高壓電容器4之前還連接有電容器專用熔斷器6。發(fā)電機發(fā)出的電壓是6.3kV的電能，兩臺發(fā)電機的電能通過6.3kV斷路器并入6.3kV母線后再送入變壓器升壓成38.5kV電壓并入地方的35kV電力系統(tǒng).靜電電容補償裝置補償?shù)臒o功功率是直接并入38.5kV系統(tǒng)內(nèi)(系統(tǒng)額定電壓是35kV，但是考慮線路及變壓器本身都有電壓損耗，所以將變壓器高壓側(cè)的電壓從額定值35kV升高10%，就出現(xiàn)38.5的電壓)。( 1)補償?shù)攸c的選擇補償?shù)攸c可以選發(fā)電機6.3kV母線或主變壓器高壓側(cè)35kV母線。經(jīng)分析，在6.3kV母線側(cè)補償可以采用電容補償成套開關(guān)柜，采用戶內(nèi)布置方式，優(yōu)點是占地面積小，安裝維護簡單，但須占用戶內(nèi)面積，需考慮升壓變壓器容量必須滿足補償后的視在功率，如不滿足須對變壓器進行增容改造或更換容量適宜的變壓器，投資偏大。35kV母線側(cè)補償一般采用戶外設(shè)備分散布置方式，缺點是占地面積大，安裝維護麻煩，但不必考慮擴大升壓變壓器的容量。XX電站高壓室較小，沒有空間擺放6.3kV電容補償成套開關(guān)柜，安裝6.3kV戶內(nèi)電容補償成套開關(guān)柜還需另外建蓋約20m2的一間高壓室。且需要將升壓變壓器的容量更換為4000kVA，投資將大大增加。如采用在35kV側(cè)采用戶外裝置補償，則可以節(jié)約以上投資。經(jīng)綜合分析比較，決定采用戶外35kV母線補償方式。(2)電容器電壓的選擇由于電容器的補償容量與其運行電壓平方成正比，當系統(tǒng)電壓高于電容器額定電壓時，電容器補償容量高于其額定容量，此時電容器介質(zhì)損耗過大，極易擊穿損壞。而當系統(tǒng)電壓低于電容器額定電壓時，電容器補償容量低于其額定容量，但此時電容器能保證安全運行?？紤]到系統(tǒng)電壓日晝變化較大的因數(shù)，而并網(wǎng)運行的水電站母線電壓會隨著系統(tǒng)電壓的變化而變化，電容器額定電壓的選擇宜按照系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高電壓選擇，保山35kV電網(wǎng)的最高電壓在40 - 41kV之間，最終選擇補償電容器的額定電壓為41kV。(3)補償電容器容量的選擇(滿足電站向系統(tǒng)輸送最大有功功率時，coscji > 0.8)設(shè)機組超發(fā)有功功率至P2=3100kW (約為額定有功功率2500kW的1.24倍)，在功率因數(shù)為
0.8時，對應(yīng)的視在功率S2=3100/0.8 = 3875kVA，需要向系統(tǒng)輸送無功功率Q2= S2.8 ηΦ1=2325 kvar (在 cos Φ = 0.8 時，sin Φ I = 0.6)。由于當提高發(fā)電機功率因數(shù)為0.97運行時，發(fā)電機尚可以發(fā)無功功率Qf = 942kvar，此時需要高壓電容補償容量為:Qb= Q2 一 Qf=2325 一 942=1383 kvar。設(shè)計補償電容器容量應(yīng)≥1383kvar，考慮電容器多數(shù)時間運行在額定電壓以下，實際補償容量要小于額定容量，所以設(shè)計容量選擇裝設(shè)1800 kvar。[0046](4)接線方式的選擇根據(jù)35kV電網(wǎng)屬于中性點非直接接地系統(tǒng)，補償電容器接線選擇中性點不接地的星形接線。(5)無功補償裝置投資經(jīng)濟效益預計投資23萬元，投入運行當年內(nèi)就可以收回投資，且電網(wǎng)要求上網(wǎng)電力功率因數(shù)一般不得高于0.8，所以投資裝設(shè)無功功率補償裝置是必要的，經(jīng)濟上也是劃算的。(6)無功功率補償裝置運行情況電站裝設(shè)高壓電容無功功率補償裝置改造工程于2010年I月份結(jié)束。2010年豐水期，XX電站充分利用來水超發(fā)電能，新裝設(shè)的電容補償裝置也根據(jù)電網(wǎng)的需要適時投入電網(wǎng)，安全補償無功功率，沒有事故發(fā)生，上網(wǎng)電力的功率因數(shù)隨時保持在0.8左右，完全達到了電力公司所要求的標準。2010年XX電站比往年超發(fā)有功電力195萬kw.h，增加電費收入30.6萬元，實際投入的20余萬元無功補償裝置投資當年收回，2010年至2012三年豐水期總共超負荷發(fā)電達694.33萬kw.h，新增利潤108.98萬元，同時對電網(wǎng)也做出了較大的貢獻。
權(quán)利要求1.一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置，包括發(fā)電機及其輸出電網(wǎng)，其特征在于，所述電網(wǎng)的母線上設(shè)置有靜電電容補償裝置，所述靜電電容補償裝置用于補償發(fā)電機限制發(fā)出的無功功率。
2.據(jù)權(quán)利要求1述的一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置，其特征在于，所述靜電電容補償裝置包括高壓電纜上設(shè)置的電流互感器，所述的電流互感器通過高壓電抗器連接高壓電容器，所述的電流互感器與電網(wǎng)母線之間設(shè)置高壓開關(guān)，所述高壓電容器之前還連接有電容 器專用熔斷器。
專利摘要本實用新型涉及高壓電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的裝置，其包括發(fā)電機及其輸出電網(wǎng)，電網(wǎng)的母線上設(shè)置有靜電電容補償裝置，所述靜電電容補償裝置用于補償發(fā)電機限制發(fā)出的無功功率。本實用新型可以花很少的投入，進行很小的改造，達到使交流發(fā)電機超發(fā)有功功率20－25％的效果，為經(jīng)濟發(fā)展提供大量的電力，也可以利用該實用新型增加電網(wǎng)的調(diào)峰作用，增加電力系統(tǒng)的安全可靠性。
文檔編號H02J3/18GK203086147SQ20132002880
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者韋琪, 韋雯斐 申請人:韋琪