專利名稱：一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的方法及裝置。
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及功率因素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?；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及功率因素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，本發(fā)明提供了一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的方法及裝置，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)電機的功率因素cos Φ，限制發(fā)電機輸出無功功率，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:
一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法，是通過提高發(fā)電機的功率因素COSCj5，限制發(fā)電機輸出無功功率，從而超發(fā)有功功率，并在電網(wǎng)的母線上設(shè)置靜電電容補償裝置，補償無功功率的方法。功率因素cos Φ的調(diào)整范圍是從0.8到I。功率因素cos Φ的調(diào)整范圍是從0.96 一 0.99。 一種提高發(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)，所述高壓電抗器和高壓電容器之前還連接有電容器專用熔斷器。本發(fā)明的技術(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= V 3U.1 有功功率:P= V 3U.1.cos Φ =S.cos Φ 無功功率:Q= V 3U.1.sin<j5 式中:U —發(fā)電機額定電壓(kv)
I一發(fā)電機額定電流(a) cos Φ 一發(fā)電機功率因素 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)電機的額定功率因素為:C0S(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)電機的功率因素cos Φ是一個變量，功率因素的數(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)，功率因素就降低；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)，功率因素就增力口，當調(diào)整功率因素由額定值coscjil = 0.8增加到最大值coscj52=l時(Φ = 0)，此時:SinΦ2=0,
無功功率 Q2= V 3.U.1.sin Φ 2=0，有功功率 P2= V 3.U.1.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，提高功率因素由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)電機的功率因素超發(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)電機的功率因素滯后小于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，提高功率因素，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)電機功率因素一般可以控制在
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)。本發(fā)明由于是采用提高功率因素來增加發(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)功率因素的要求(電網(wǎng)要求發(fā)電廠上網(wǎng)電能的功率因素一般不得大于0.8)。本發(fā)明采用另外裝設(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。本發(fā)明可以花很少的投入，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，也可以利用該發(fā)明增加電網(wǎng)的調(diào)峰作用，增加電力系統(tǒng)的安全可靠性。本發(fā)明對電廠現(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素限制輸出無功功率，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。本發(fā)明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發(fā)明實施例中的技術(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發(fā)明的一些實施例，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為本發(fā)明的一種提高發(fā)電機過負荷能力的裝置的電路原理圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。實例一:
本發(fā)明的一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法及裝置在XX電站的應(yīng)用一。XX電站兩臺發(fā)電機單機容量為1250KW，電站總發(fā)電容量為2500KW。根據(jù)以上理論分析，發(fā)電機在電壓、電流及視在功率都運行在額定值時，依靠改變功率因素由額定值COSCji I = 0.8增加到最大值COSCji 2=1時，此時發(fā)電機有功功率可以增加1.25倍，gp3125KW。1、XX電站概況
XX電站，裝機容量2X 1250kW，電站壩址控制徑流面積1084 km2，壩址海拔高程1515.3m，多年平均徑流量47619萬m3，多年平均流量15.1 m3。全年有明顯的豐、枯季差另O，12月至次年5月為枯水季節(jié)，最枯流量為1.2 m3/s，6-ll月為豐水季節(jié)，雨季的徑流量占全年的70%，每年有4-5個月電站都大量棄水，電站設(shè)計引用流量9.8m3/s,設(shè)計水頭32.5m，多年平均發(fā)電量1248.3萬kw.h，設(shè)計年利用小時4993.2小時，所發(fā)6.3kV電能升壓為38.5kV后就近并入保山電網(wǎng)。XX電站主要機電設(shè)備參數(shù)見表1.表1:xx電站主要機電設(shè)備參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法，是通過提高發(fā)電機的功率因素COSCj5，限制發(fā)電機輸出無功功率，從而超發(fā)有功功率，并在電網(wǎng)的母線上設(shè)置靜電電容補償裝置，補償無功功率的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法，其特征在于，所述的功率因素COS(J)的調(diào)整范圍是從0.8到I。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法，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)，所述高壓電抗器和高壓電容器之前還連接有電容器專用熔斷器。
4.一種提高發(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。
5.據(jù)權(quán)利要求4述的一種提高發(fā)電機過負荷能力的方法，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)，所述高壓電抗器和高壓電容器之前還連接有電容器專用熔斷器。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高交流發(fā)電機過負荷能力的方法及裝置，其是通過提高發(fā)電機的功率因素cosφ，限制發(fā)電機輸出無功功率，從而超發(fā)有功功率，并在電網(wǎng)的母線上設(shè)置靜電電容補償裝置，補償無功功率的方法。本發(fā)明可以花很少的投入，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，也可以利用該發(fā)明增加電網(wǎng)的調(diào)峰作用，增加電力系統(tǒng)的安全可靠性。
文檔編號H02J3/18GK103117549SQ20131001050
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者韋琪, 韋雯斐 申請人:韋琪