干货｜热电厂利用余热发电对厂用电系统的影响分析-第2页-北极星火力发电网

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2 电机类型和容量选择

2.1 电机类型的选择

对于增加的发电机有以下两种类型选择。

1)同步发电机。其特点是由直流电源励磁，既能提供有功功率，又能提供无功功率，能满足各种负载的要求，且能方便的转为孤立方式运行，但控制、保护和励磁系统比较复杂，需要较高的操作水平，一次性投资也比较高。

2)异步电机。大部分都是鼠笼式电动机，其没有独立励磁绕组，结构简单，操作、运维方便，并网运行时运行时异步发电机被系统拖动电压稳定不会发生失步和震荡，外部三相短路时稳态短路电压几乎为零。其缺点是要从电网吸收感性无功，必须借助电容器方可孤岛运行，且这种运行方式供电电能质量较差。

考虑异步发电机配套设施简单，占地面积小，投资少，根据余压利用汽轮机发电机组异步发电机的运行方式，属于和系统并网运行，所以优先考虑异步电机。

异步电机并网运行，由系统提供电机自身需要的励磁无功，由于系统对于异步发电机可视为无限大电源，所以异步发电机被系统拖动电压稳定，电能质量较好。异步电机作为吸收无功设备，电厂发电机无功充足完全有能力补偿异步电机吸收的无功。

2.2 电机容量的选择

对于电厂来说，发电机的容量选择以满足厂用电为主，实现自发自用，不能通过高厂变反送电，不影响机组系统的原有运行方式，所以在容量选择上以机组正常运行时厂用负荷为设计依据。

常规热电厂一般有两台机组，每台机组高压厂用段有两段分为A段和B段，工作电源由高厂变来带，备用电源由启备变提供，如果厂内设有高压公用段，高压公用段工作电源由一台机组的高压A或B段供电，备用电源就由另一台机的高压A或B段供电。所以接入点可以考虑高压工作A、B段或公用段，而接入点的选择直接影响电机容量的选择。

容量选择原则：①统计机组不同运行工况下发电机所接入高压段的分支负荷电流，根据统计结果选择最小电流进行容量选择，这样能保证在机组正常运行时所发电量自发自用;②高厂变系统增加电机后高厂变系统参数(容量、短路电流)依然合适。

3 新增异步电机对厂用电系统的影响

将异步电机接入频率、电压恒定的电网中时，用原动机拖动异步发电机，当转子转速n低于气隙旋转磁场的转速ns，即nns转差率S为负值，则为发电机运行状态[1]。

异步电机转差率为

(1)

式中，ns为同步转速;n为转子转速。

当S<0时，电机为发电机状态;当0

3.1 异步电机当电动机单体试运时对厂用系统的影响

异步发电机在并网前需要作为电机起动空载运行进行单机试运，所以在首次并网前需要作为电动机起动运行。一般作为电动机起动有两种方式，即直接起动和降压起动。

直接起动最为简单，直接合出口开关，电机从零转起动，起动电流一般为5～7倍的额定电流，电流衰减时间也比较长，所造成的厂用电压降较大。

按照规定当厂用系统新增加一个比较大的异步电动机后需要对高厂变容量、高厂变分支过流保护、母线起动电压进等行校验以验证系统增加电机后以上参数是否还合适。

3.2 异步电机并网对系统的影响

异步电机并网前，首先用小汽机带异步电机进行冲转，等到转子转速n接近3000r/min时，合上高压段并网开关，此时由于转差率 S<1，异步电机为电动机运行方式，拖动原动机运行，运行平稳后通过调节汽轮机调节门调节汽轮机转速，当汽轮机转速大于同步转速3000r/min时，转差率S<0，异步电机进入发电状态[2]。

在异步电机并网时，由于异步电机转子转速已经接近同步转速n0，其转速差S≈0。

根据异步电机电磁转矩T公式：

(2)

理论上当n=n0时，S=0旋转磁场相对转子为静止电磁转矩为0，起动电流大约为0。

实际过程中，异步发电机在并网瞬时，为了建立磁场会从系统吸收无功，瞬时会有大电流冲击，且导致厂用电压降低。通过仿真软件，计算6000kW异步发电机并网厂用6kV段时，冲击电流峰值为3.8kA，时间瞬时很短。

在并网稳定后，异步发电机需要从机组上吸收无功进行激磁，励磁电流为电机的空载运行电流，发电机从系统吸收约为额定容量20%～25%的无功，所以此时并网电流大约是电机的20%～25%额定电流。

3.3 异步发电机对厂用快切过程的影响

6kV厂用负荷多为异步电动机，厂用母线失电后电动机将惰行，对单台电机而言，工作电源切断后电动机定子电流变为零，转子电流逐渐衰减。由于机械惯性，转子转速将从额度值逐渐减速，转子电流磁场将在定子绕组中反向感应电势，形成反馈电压，也就是所谓的母线失电后的母线残压，6kV厂用电母线电压和频率衰减的时间、速度跟该段母线所带的负载有关，负载越多，电压、频率下降的越慢而且下降的速率随着时间的推移不断呈现加速下滑的趋势。

理论上增加异步发电机后其会减缓母线电压和频率的衰减，有利于厂用电的快速切换成功率，在实际工程当中还需要实际做厂用切换试验进行验证。

如果实际切换试验结果对厂用电切换过程影响很大，那就需在快切动作同时把异步发电机从系统切除。

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