專利名稱：一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(jī)過負(fù)荷能力的裝置。
背景技術(shù)：
交流發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)制造時(shí)，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(jī)的安全運(yùn)行，在使用及運(yùn)行時(shí)，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(rèn)為發(fā)電機(jī)的有功功率P也不能超過額定值運(yùn)行，因此，自交流發(fā)電機(jī)問世以來(lái)，基本上所有的發(fā)電廠都嚴(yán)格按照出廠規(guī)定的額定出力控制發(fā)電機(jī)輸出有功功率，不敢超發(fā)。交流發(fā)電機(jī)的功能是將自然界的一次能源(水能、熱能、原子能、風(fēng)能等)通過發(fā)電動(dòng)力裝置(水輪機(jī)、鍋爐及汽輪機(jī)等)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過發(fā)電機(jī)將一次能源轉(zhuǎn)化成電能，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人民生活服務(wù)。從全國(guó)乃至全世界來(lái)看，能源緊缺已經(jīng)在全球造成危機(jī)，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(yáng)能、風(fēng)能等新型替代能源。另一方面千方百計(jì)開展節(jié)能降耗活動(dòng)以緩解能源緊缺局面。中國(guó)北方電力主要依靠火電，西部地區(qū)主要依靠水電?；痣姴粌H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(duì)環(huán)境造成了污染，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jì)發(fā)展迅猛，目前開發(fā)的水電裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用電需求。國(guó)內(nèi)具備開發(fā)條件的水力資源電源點(diǎn)已經(jīng)寥寥無(wú)幾，電力資源的匱乏已經(jīng)嚴(yán)重制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shí)電網(wǎng)還在對(duì)一些負(fù)荷停電限電。面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的能源危機(jī)，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(jì)有效發(fā)電機(jī)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(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。每臺(tái)發(fā)電機(jī)在出廠時(shí)，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(jì)和制造決定的。為了確保發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，在使用及運(yùn)行時(shí)，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(rèn)為發(fā)電機(jī)的有功功率P也不能超過額定值運(yùn)行。在實(shí)際使用當(dāng)中，由于電力是一種不能儲(chǔ)存的商品，即其生產(chǎn)、銷售及使用是一瞬間同時(shí)完成的，電力必須緊隨負(fù)荷的變化而隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電量，假如出現(xiàn)發(fā)電量跟不上負(fù)荷的增加而沒有及時(shí)增加發(fā)電量的情況，就會(huì)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(jī)的過負(fù)荷能力對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)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(shí)用新型提供了一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置，其是在保持發(fā)電機(jī)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(yùn)行的前提下，通過提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)cos Φ，限制發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率的前提下，通過靜電電容補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無(wú)功功率，將發(fā)電機(jī)發(fā)無(wú)功功率的容量騰出來(lái)，超發(fā)有功功率達(dá)20 — 25%。所述技術(shù)方案如下:一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置，包括發(fā)電機(jī)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(bǔ)償裝置，所述靜電電容補(bǔ)償裝置用于補(bǔ)償發(fā)電機(jī)限制發(fā)出的無(wú)功功率。靜電電容補(bǔ)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(shí)用新型的技術(shù)方案中，發(fā)電機(jī)的“額定容量”指的是發(fā)電機(jī)的視在功率S，其單位為kVA (MVA)，視在功率是發(fā)電機(jī)所發(fā)有功功率P和無(wú)功功率Q的向量合成，功率計(jì)算公式為:視在功率:S=√3U.I有功功率:P=√3U.I.cos Φ =S.cos Φ無(wú)功功率:Q=√3U.I.sin Φ式中:U —發(fā)電機(jī)額定電壓(kV)I—發(fā)電機(jī)額定電流 (a)cos Φ —發(fā)電機(jī)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(jī)電壓U是一個(gè)基本上不變的額定數(shù)值，而發(fā)電機(jī)的額定電流則是一個(gè)有功分量和無(wú)功分量的向量和，其絕對(duì)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(jī)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(jī)的功率因數(shù)COSCji是一個(gè)變量，功率因數(shù)的數(shù)值取決于勵(lì)磁電流的大小，當(dāng)有功功率不變時(shí)，增加勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)定子電流增加(主要是發(fā)電機(jī)的無(wú)功分量增加)，功率因數(shù)就降低；反之，減少勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)定子電流減小(主要是發(fā)電機(jī)的無(wú)功分量減小)，功率因數(shù)就增力口，當(dāng)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(shí)(Φ = 0)，此時(shí):SinΦ2=0,無(wú)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(shí)發(fā)電機(jī)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(wú)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(dāng)發(fā)電機(jī)在額定電壓、額定電流運(yùn)行的前提下，提高功率因數(shù)由0.8到I時(shí)，只要原動(dòng)機(jī)有余量，理論上發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率就可以比額定值增加1.25倍。發(fā)電機(jī)有運(yùn)行極限，主要取決于定子繞組溫升約束，勵(lì)磁繞組溫升約束以及原動(dòng)機(jī)功率約束。提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)超發(fā)有功功率，需要控制發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子不超過額定電流運(yùn)行，確保發(fā)電機(jī)繞組溫度不超過允許值；需要控制發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)滯后小于1，不得進(jìn)相超前運(yùn)行，以確保發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在不超出以上運(yùn)行極限的前提下超發(fā)有功功率，發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線圈都沒有過負(fù)荷，真正過負(fù)荷的是發(fā)電機(jī)的主軸，但一般發(fā)電機(jī)的主軸的過負(fù)荷裕度是比較大的。操作上，在增加有功功率的同時(shí)，必須降低無(wú)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(yùn)行。為了保持發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)一般可以控制在
0.96 - 0.99范圍內(nèi)運(yùn)行，此時(shí)發(fā)電機(jī)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地超負(fù)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(wú)功功率，電網(wǎng)規(guī)定無(wú)功功率由并網(wǎng)的所有發(fā)電機(jī)共同承擔(dān)(也可以由用電戶或電網(wǎng)采用其他方式補(bǔ)償)。本實(shí)用新型由于是采用提高功率因數(shù)來(lái)增加發(fā)電機(jī)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(jī)無(wú)功功率的輸出，達(dá)不到電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)對(duì)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(shí)用新型采用另外裝設(shè)靜電電容補(bǔ)償裝置對(duì)發(fā)電機(jī)減少的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，使發(fā)電機(jī)超負(fù)荷所發(fā)的電能滿足電網(wǎng)的要求。靜電電容補(bǔ)償裝置可以根據(jù)各發(fā)電廠機(jī)組的參數(shù)及需要超負(fù)荷的倍數(shù)而設(shè)計(jì)。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(fù)荷運(yùn)行還大量棄水，浪費(fèi)了大量寶貴的能源，采用該方法可以在不對(duì)發(fā)電廠機(jī)電設(shè)備作大的改動(dòng)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(shí)用新型可以花很少的投入，進(jìn)行很小的改造，采用一種科學(xué)的運(yùn)行方法，達(dá)到使交流發(fā)電機(jī)超發(fā)有功功率20 - 25%的效果，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供大量的電力，也可以利用該實(shí)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(shí)用新型對(duì)電廠現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)備基本不動(dòng)，對(duì)水工設(shè)施如過水量不夠，可對(duì)局部設(shè)施適當(dāng)進(jìn)行改造，發(fā)電機(jī)采用提高功率因數(shù)限制輸出無(wú)功功率，超發(fā)有功功率，不足的無(wú)功功率另外增加電容補(bǔ)償裝置對(duì)發(fā)電機(jī)補(bǔ)償無(wú)功功率的方法，花極小的投入，就可以獲得大量的廉價(jià)的電力，其經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)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(wú)污染的方式。在全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重，化石能源日趨緊缺的今天，水電越來(lái)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(duì)減輕環(huán)境的污染有著重要的作用。本實(shí)用新型是利用豐水期廢棄的水能超發(fā)電力，向社會(huì)提供廉價(jià)的環(huán)保的清潔能源，其對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)是不容低估的。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)用新型的一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0033]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)例一:本發(fā)明的一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)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(jī)，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(bǔ)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(jī)發(fā)出的電壓是6.3kV的電能，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)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(bǔ)償裝置補(bǔ)償?shù)臒o(wú)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(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的選擇補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)可以選發(fā)電機(jī)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(bǔ)償可以采用電容補(bǔ)償成套開關(guān)柜，采用戶內(nèi)布置方式，優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，安裝維護(hù)簡(jiǎn)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(bǔ)償后的視在功率，如不滿足須對(duì)變壓器進(jìn)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(bǔ)償一般采用戶外設(shè)備分散布置方式，缺點(diǎn)是占地面積大，安裝維護(hù)麻煩，但不必考慮擴(kuò)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(bǔ)償成套開關(guān)柜，安裝6.3kV戶內(nèi)電容補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償方式。(2)電容器電壓的選擇由于電容器的補(bǔ)償容量與其運(yùn)行電壓平方成正比，當(dāng)系統(tǒng)電壓高于電容器額定電壓時(shí)，電容器補(bǔ)償容量高于其額定容量，此時(shí)電容器介質(zhì)損耗過大，極易擊穿損壞。而當(dāng)系統(tǒng)電壓低于電容器額定電壓時(shí)，電容器補(bǔ)償容量低于其額定容量，但此時(shí)電容器能保證安全運(yùn)行?？紤]到系統(tǒng)電壓日晝變化較大的因數(shù)，而并網(wǎng)運(yùn)行的水電站母線電壓會(huì)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(bǔ)償電容器的額定電壓為41kV。(3)補(bǔ)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(shí)，coscji > 0.8)設(shè)機(jī)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(shí)，對(duì)應(yīng)的視在功率S2=3100/0.8 = 3875kVA，需要向系統(tǒng)輸送無(wú)功功率Q2= S2.8 ηΦ1=2325 kvar (在 cos Φ = 0.8 時(shí)，sin Φ I = 0.6)。由于當(dāng)提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為0.97運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)尚可以發(fā)無(wú)功功率Qf = 942kvar，此時(shí)需要高壓電容補(bǔ)償容量為:Qb= Q2 一 Qf=2325 一 942=1383 kvar。設(shè)計(jì)補(bǔ)償電容器容量應(yīng)≥1383kvar，考慮電容器多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在額定電壓以下，實(shí)際補(bǔ)償容量要小于額定容量，所以設(shè)計(jì)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(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，補(bǔ)償電容器接線選擇中性點(diǎn)不接地的星形接線。(5)無(wú)功補(bǔ)償裝置投資經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)投資23萬(wàn)元，投入運(yùn)行當(dāng)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(wú)功功率補(bǔ)償裝置是必要的，經(jīng)濟(jì)上也是劃算的。(6)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況電站裝設(shè)高壓電容無(wú)功功率補(bǔ)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(lái)水超發(fā)電能，新裝設(shè)的電容補(bǔ)償裝置也根據(jù)電網(wǎng)的需要適時(shí)投入電網(wǎng)，安全補(bǔ)償無(wú)功功率，沒有事故發(fā)生，上網(wǎng)電力的功率因數(shù)隨時(shí)保持在0.8左右，完全達(dá)到了電力公司所要求的標(biāo)準(zhǔn)。2010年XX電站比往年超發(fā)有功電力195萬(wàn)kw.h，增加電費(fèi)收入30.6萬(wàn)元，實(shí)際投入的20余萬(wàn)元無(wú)功補(bǔ)償裝置投資當(dāng)年收回，2010年至2012三年豐水期總共超負(fù)荷發(fā)電達(dá)694.33萬(wàn)kw.h，新增利潤(rùn)108.98萬(wàn)元，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)也做出了較大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置，包括發(fā)電機(jī)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(bǔ)償裝置，所述靜電電容補(bǔ)償裝置用于補(bǔ)償發(fā)電機(jī)限制發(fā)出的無(wú)功功率。
2.據(jù)權(quán)利要求1述的一種提高交流發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的裝置，其特征在于，所述靜電電容補(bǔ)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(shí)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(jī)過負(fù)荷能力的裝置，其包括發(fā)電機(jī)及其輸出電網(wǎng)，電網(wǎng)的母線上設(shè)置有靜電電容補(bǔ)償裝置，所述靜電電容補(bǔ)償裝置用于補(bǔ)償發(fā)電機(jī)限制發(fā)出的無(wú)功功率。本實(shí)用新型可以花很少的投入，進(jìn)行很小的改造，達(dá)到使交流發(fā)電機(jī)超發(fā)有功功率20－25％的效果，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供大量的電力，也可以利用該實(shí)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(hào)H02J3/18GK203086147SQ20132002880
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:韋琪