1000MW发电机讲稿

1、 同步发电机及其运行 概述 同步发电机结构特点 同步发电机励磁系统 同步发电机非正常运行 同步发电机正常运行 同步发电机运行原理 同步发电机主要技术参数 第一节 概 述 第二节第二节 同步发电机结构特点同步发电机结构特点 QFSN-1000-2型汽轮同步发电机系哈尔滨电机 厂引进东芝技术生产的产品 定子铁芯定子铁芯 机座机座 端盖端盖 定子线圈定子线圈 护环护环 转子转子 氢冷器氢冷器 碳刷架碳刷架 轴承轴承 出线端子出线端子 u定子结构特点 铁芯特点: 轴向分段,径向通风槽 卧式弹簧板隔振结构 有效隔离定子铁芯振 动传到定子机座和基 础上，避免产生共振 铁芯叠片铁芯叠片 铁芯叠片铁芯叠片 时

2、采用了分段时采用了分段 多次加压，最多次加压，最 后一次热压后后一次热压后 用整体压圈夹用整体压圈夹 紧，形成一个紧，形成一个 刚性圆柱形铁刚性圆柱形铁 芯，两边端采芯，两边端采 用粘接结构，用粘接结构， 在铁芯装压后在铁芯装压后 加热使其粘接加热使其粘接 成一个牢固的成一个牢固的 整体整体。 已经完工的定子铁芯 定子绕组 1.绕组的构成:三相对称、双层、短距、整 数槽、分布、600相带、a=2（YY）、叠绕 组。 2.定子绕组为水内冷绕组。 3.线棒由空心铜管和扁铜条组合而成。 4.单流并联水路连接与水电接头 定子线圈 定子线圈的槽内固定 定子线圈水电接头 定子端部的处理 1.铁心:呈阶梯状

3、 2.绕组端部固定: 受电磁力作用 要求其径向、切向的刚度大,轴向有良好 的弹性和伸缩性 定子线圈端部结构 定子线圈出线氢冷风路 u转子结构特点 正在加工的转子 转子下线 转子阻尼绕组 发电机氢气冷却系统发电机氢气冷却系统 发电机密封油系统发电机密封油系统 发电机定子冷却水系统发电机定子冷却水系统 发电机通风系统发电机通风系统 发电机的辅机系统发电机的辅机系统 发电机氢气冷却系统 发电机氢冷系统的功能 发电机氢冷系统的功能发电机氢冷系统的功能 用于冷却发电机的定子铁芯和转子。发电机氢冷系统采用闭式氢气循 环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。 氢气的特点：氢气的特点： 运行经验表明，

4、发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质 量越轻，损耗越小。氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗； 氢气的传热系数是空气的5倍，换热能力好； 氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟。 氢气最大的缺点是一旦与空气混合后在一定比例内（4%74%） 具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳都设计成防爆型，采用二氧化 碳作为置换介质。 置置 序号 名 称 型式 数 量 单 位 备 注 1 发电机机壳内最大氢气压力 0.45 MPa(g) 2 氢气压力允许变化范围 0.20.45 MPa(g) 3 发电机机壳内额定氢气纯度 98 % 4 发电机机壳内最小氢气纯度 92 % 报警值 5 氢气总补充量保证值（

5、在额定氢压下） 10 Nm3/24h 6 氢系统装置制造厂/国别 东电 7 氢系统装置型式 集装 8 氢系统装置尺寸（长宽高） 10801050 480 mm 氢气系统参数表 1. 对供给发电机的氢气要求 a.压力不高于3.2MPa, b.纯度不低于99.5%, c.露点温度-21， 2.发电机充氢容积117立方米。 氢气与空气的混合物当氢气含量在4-74.2%范围内，均为可爆性气体。与 氧接触时，极易形成具有爆炸浓度的氢、氧混合气体。因此,在向发电机内充 入氢气时，应避免氢气与空气接触。为此，必须经过中间介质进行置换。中 间介质一般为惰性气体CO2。 1.机组启动前，先向机内充入20-30k

6、Pa的压缩空气，并投入密封油系统。 2.利用 CO2瓶提供的高压气体，从发电机机壳下部引入，驱赶发电机内的 空气，当从机壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验CO2的含量超 过85（均指容积比）后，停止充CO2。 3.保持气体压力不变。开始充氢，氢气经供氢装置进入机壳内顶部的汇流 管向下驱赶CO2。当从底部原CO2母管和气体不易流动的死区取样检验，氢 气纯度高于96，氧含量低于时，停止排气，并升压到工作氢压。升压 速度不可太快，以免引起静电。 机组排氢时，降低气体压力至20-30KPa，降压速度不可太快，以免引起静 电。然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。当CO2含显超过95时，方可 引

7、入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%,才可终止向发电 机内输送压缩空气。 氢 气 置 换 氢气系统冷却器 发电机氢冷系统的冷却发电机氢冷系统的冷却 为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的 氢气冷却器由冷却水冷却。 发电机氢气冷却器采用绕片式结构 。冷却 器按单边承受0.8MPa压力设计。 氢冷却器冷却水直接冷却的冷氢温度一般 不超过46。氢冷却器冷却水进水设计温 度38。 氢气冷却器共设四组，两侧氢气冷却器冷 却水流量分别由两个阀门分路控制，氢气 冷却器进出水管路应对称布置。本系统在 发电机的四角上布置了四组冷却器，停运 一组冷却器，机组最高可带80%额定负荷。 冷却介质为闭式

8、水，回水母管上设一调节 伐门，通过水量的调节可控制合适的冷氢 气温度在4046。 本系统在发电机的四角上布置了四组 冷却器，停运一组冷却器，机组最高 可带80%额定负荷。冷却介质为闭式 水，回水母管上设一调门，通过水量 的调节可控制合适的冷氢气温度在 40-46。 定子冷却水管路 发电机励磁碳刷间 发电机通风系统 采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为13 个风区，个风区，6个进风区和个进风区和7个出风区相间布置。转子采用气隙个出风区相间布置。转子采用气隙 取气斜流式。采用该通风系统的优点：温度均匀，不需高取气斜流式。采用该通风系统的优点：

9、温度均匀，不需高 压风扇，通风损耗小。压风扇，通风损耗小。 发电机密封油系统发电机密封油系统 密封油系统的功用: 1.轴密封 2.轴承润滑 3.轴承冷却 4.轴电流的绝缘 发电机采用氢气冷却，为防止运行 中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾 或爆炸，机组配置了密封油系统， 向转轴与端盖交接处的密封瓦循环 供应高于氢压的密封油。本机组的 密封油路只有一路，分别进入汽轮 机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间 油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气 侧，形成了油膜起到了密封润滑作 用。然后分两路（氢侧、空气侧） 回油。 密封油系统原理简介 发电机密封油系统 油系统的装置为集装式，方便检修 。 密封瓦结构为单流环式。 主

10、油源来自汽机轴承润滑油，润滑油回油管上 装设视流窗，以便观察回油 。 油氢差压由差压调节阀自动控制，并提供差压 和压力报警信号接点。 油温在汽机润滑油系统得到调节。 2台100%容量的交流密封油泵和1台100%容量 的直流密封备用油泵 , 1台100%容量的再循环 油泵 。 发电机密封油系统原理简图 密封油系统运行方式 氢侧回油经扩大槽后进入浮子油箱，该油箱的作 用是使油中的氢气进一步分离。浮子油箱内部装 有自动控制油位的浮球阀，以保证该油箱中的油 位保持在一定的范围之内。浮子油箱外部装有手 动旁路阀和液位视察窗，以使必要时人工操作控 制油位。氢气经分离又回到扩大槽，油流入空气 析出箱。由于浮

11、子的控制作用，油箱内始终维持 一定的油位，从而避免氢气进入空气析出箱。 发电机定子冷却水系统发电机定子冷却水系统 发电机的定子绕组采用水内冷方式。 水冷的效果是氢冷的50倍。 水内冷绕组的导体既是导电回路又是通水回路， 每个线棒分成若干组，每组内含有一根空心铜管和 数根实心铜线，空心铜管内通过冷却水带走线棒产 生的热量。到线棒出槽以后的末端，空心铜管与实 心铜线分开，空心铜管与其它空心铜管汇集成型后 与专用水电接头焊好由一根较粗的空心铜管与绝缘 引水管连接到总的进（或出）汇流管。 冷却水由一端进入线棒，冷却后由另一端流出， 循环工作不断地带走定子线棒产生的热量。采用并 联单流水路连接方式。 发

12、电机定子冷却水的作用 对发电机定子冷却水水质的特殊要求 冷却水应当透明、纯洁、无机械杂质和颗粒； 冷却水的导电度正常运行中应当小于0.5us/cm。过 大的导电度会引起较大的泄漏电流，从而使绝缘引水 管老化，还会使定子相间发生闪络； 为防止热状态下造成冷却管内壁结垢，降低冷却效 果，甚至堵塞。应当控制水中的硬度，不大于10ug/L； NH3浓度越低越好，以防腐蚀铜管； PH值要求为中性规定在78之间； 为防止发电机内部结露，对应于氢气进口温度，定 子水温也应当大于一定值。一般规定在4046。 工作流程 补充水 补水过滤器 树脂拦截器 离子交换器 水箱 水泵 冷却器 温度调节阀 压力调节阀 发电

13、机定子线圈 Y型拦截器 流量孔板 主水过滤器 定子冷却水系统原理简图 冷却水系统 系统水箱与管道布置 冷却水流量及水温调节 冷却水物化处理系统 防止冷却水气化措施 防漏报警 断水保护 定子冷却系统供发电机定子绕组冷却，采用闭式独立 水系统并采用集装式结构，冷却器冷却水进水设计温 度为38。 定子线圈内的冷却水的进水温度范围为4050、进 水温度设有自动调节装置，冷却水温度波动范围3， 出水温度不得大于85。 水质应透明纯净，无机械混杂物，在水温为20时： 电导率 0.51.5S/cm（定子线圈独立水系统） PH值 7.08.0 硬度 2微克当量/L（2gE/L） 含氨（NH3） 微量 定子冷却

14、水系统水温、水质 额定流量：1530 L/min 进水压力（计算值）：196kPa 进水温度：453 最大连续出力时线圈出水温度（计算值）：73 水的电导率：不高于0.5S/cm 离子交换器额定处理流量：250 L/min 进水温度高报警值：49 出水温度高报警值：73 出水温度高保护动作值：78 进水压力低报警值：110 kPa 进水流量低报警值：1200 L/min 进水流量低保护动作值：1050 L/min 定子冷却水系统技术参数 第三节 同步发电机技术参数 额定容量额定容量 667MVA667MVA 额定功率额定功率 1000MW1000MW 最大连续输出容量最大连续输出容量 728M

15、VA728MVA （额定氢压（额定氢压0.414MPa0.414MPa，冷却水温度，冷却水温度 3333， 功率因数功率因数 0.90.9下与气轮机功率相匹配）下与气轮机功率相匹配） 发电机最大连续输出容量能力发电机最大连续输出容量能力 755MVA755MVA ( (额定氢压额定氢压0.414MPa0.414MPa，冷却水温度，冷却水温度 2727， 功率因数功率因数 0.9)0.9) 额定功率因数额定功率因数 0.90.9（滞后）（滞后） 额定电压额定电压 22kV22kV 额定转速额定转速 3000r/min3000r/min 其他技术参数 周波周波 50Hz50Hz 相数相数 3 3

16、极数极数 2 2 定子线圈接法定子线圈接法 YYYY 冷却型式：冷却型式： 水氢氢水氢氢 励磁方式：励磁方式： 静态励磁系统静态励磁系统 顶值电压顶值电压 22倍额定励磁电压倍额定励磁电压 电压响应比电压响应比 3.583.58倍额定励磁电压倍额定励磁电压/s/s 允许强励持续时间允许强励持续时间 20s20s 额定氢压 0.414MPa 漏氢（保证值） 10Nm3/24h （在额定氢压下，折算为标准气压下） 效率（保证值） 98.95% 短路比（保证值） 0.58(计算值0.6034) 瞬变电抗Xd 0.3 超瞬变电抗Xd 0.18 承担负序能力 稳态I2（标么值） 10% 暂态I22t 1

17、0s 其他技术参数 第四节第四节 同步发电机运行原理同步发电机运行原理 1. 空载运行： 主极（空载）磁场的建立及其特性 空载电势及其特性 2. 负载运行： 电枢反应 电磁关系 . 同步发电机功率平衡同步发电机功率平衡 1. 功率平衡方程式功率平衡方程式 输入功率：P1=Pem+pmec+pFe+pad 电磁功率：Pem=pcu+P2 功率平衡： P1=pmec+pFe+pcu+P2 在发电机中，定子铜耗是极小的一部分，为了分析 简单，常常忽略，因此： P Pem em= =P P2 2= =mUI mUIcoscos 第五节 同步发电机与大电网并列运行同步发电机与大电网并列运行 一一 输入功

18、率输入功率 1 P 电磁功率电磁功率 em P 输出功率输出功率 2 P 定子铜耗定子铜耗 cu p 附加损耗附加损耗 ad p 铁心损耗铁心损耗 Fe p 机械损耗机械损耗 mec p 2. 2. 同步发电机有功功率的流程图同步发电机有功功率的流程图 l 发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决 定于原动机的转向，一般是固定的） 在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样 并联投入时，避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭矩。 并联合闸必须满足四个条件： 发电机频率等于电网的频率（各国电网频率大致有两种： 50Hz或60Hz，我国为50Hz） l 发电机的电压幅值等于电网电压的

19、幅值，且波形一致 1. 投入并联的条件投入并联的条件 二二. 同步发电机与大电网并联运行同步发电机与大电网并联运行 2. 同步发电机投入并联的方法 准同期法 自整步法 三. 同步发电机的功角特性 1. 功角特性的定义 功角：功角：端电压和励磁磁势之间的相位差，一般用端电压和励磁磁势之间的相位差，一般用 表示，也有用表示，也有用 表示。表示。 功角特性：功角特性：发电机有功功率或无功功率与功角之间发电机有功功率或无功功率与功角之间 的关系称为同步发电机的功角特性，的关系称为同步发电机的功角特性，Pem=f()。 无功功率的功角特性：无功功率的功角特性： Q=f( ) 2. 功角的物理意义 在空间

20、上：合成磁场轴线与转子磁场在空间上：合成磁场轴线与转子磁场 轴线之间夹角。轴线之间夹角。 i N0 主磁极主磁极 气隙合成磁场的磁极气隙合成磁场的磁极 S 在时间上：端电压和励磁磁势之间的在时间上：端电压和励磁磁势之间的 相位差相位差 3. 隐极同步发电机的功角特性 U I 0 E S j IX em coscos() cos cossin sin PmUImUI mUImUI sincos s UIX sincos 0s IXUE 0 sin cos cos sin s s U I X EU I X M P 1 2 隐极同步电机的功角特隐极同步电机的功角特 性表达式性表达式 ，显然，当功，显

21、然，当功 角角=90=900 0 时，电磁功率达时，电磁功率达 到最大值。到最大值。 0 em sin s E U Pm X 最后：可得最后：可得 09001800090009001800 s em X UE mP 0 max 四. 有功功率的调节静态稳定概念 1. 有功功率的调节有功功率的调节 已知，在忽略铜耗的前提下， Pem=P2=mUIcos 而Pem和P1从功角特性可以看出是成正比关系的，所以， 想要增加电机输出的有功功率，从功率平衡的观点来 看，只有增加原动机的输入功率只有增加原动机的输入功率P P1 1。 静态稳定问题：发电机在某一稳定运行状态，（即发电机 和电网并联运行时，电压

22、U和频率f都为恒定值，励磁电流If 不变，其输入功率和输出功率都不变的运行状态），如果 在电网或原动机方面，突然发生一些微小干扰，在此小干 扰去掉后，发电机如能恢复到原来的稳定运行状态，即认 为该发电机的运行是静稳定的。 2. 同步发电机的静态稳定同步发电机的静态稳定 0900180009000900180009001800090009001800 T 1）在a点， P1=Pem，即输入P1 和输出Pem相等，电机稳态运行 a 2）来一个干扰，假定使得P1 增加到P1 ， 显然电机的转速 将增大，因为功角和转速成正 比关系变化，所以，功角也将 增大， 推出Pem也增大 ，这样 一来，我们可以看

23、出在b点电 机将达到一个新的平衡点，从 而继续稳定运行。 b P1T1n Pem 新的平衡点新的平衡点b 结论：对于同步发电机结论：对于同步发电机 d 0 d em P 0 dT d 发电机是静态稳定的，发电机是静态稳定的， 或，或， 静态稳定。静态稳定。 d 0 d em P 0 dT d 发电机是静态不稳定的发电机是静态不稳定的 ， 或，或， 静态不稳定。静态不稳定。 时为静态稳定极限时为静态稳定极限 。 d 0 d em P maxmaxem m NN TP k TP 最大转矩最大转矩 （或最大电磁功率（或最大电磁功率 ）与额定电）与额定电 磁转矩磁转矩 （或额定电磁功率（或额定电磁功率

24、 ）之比称为过载能力，）之比称为过载能力， 用用 表示：表示： max T maxem P N T N P m k 3. 发电机的过载能力发电机的过载能力 m k 隐极机： 一般为1.52左右。 max 1 sin em m NN P k P 五五. . 无功功率的调节和V形曲线 1. 无功功率的调节无功功率的调节 有功功率的调节通过调节原动机的输入功率P1来 实现。若励磁电流不变，改变发电机的有功功率，无 功功率也会改变。 发电机无功功率的调节通过改变发电机的励磁电流 来实现。 2 0 cos sin a em s PmUI UE Pm X 常数 或常数 0 cos sin a I E 常数

25、 常数 为简便起见，在调节无功功率时，假定发电机输 出的有功功率不变，于是： 由于m、U、Xs 均是定值，所以 2. 发电机的发电机的V形曲线形曲线 当发电机输出一定的有功功率并保持不变当发电机输出一定的有功功率并保持不变 0 E U I S jIX A B C D E E0 0的变化必须满足在的变化必须满足在CDCD 直线，而相应的直线，而相应的I I的变化的变化 必须在必须在ABAB线上。线上。 E0sin=常数 Icos=常数 0 m P 正常正常 励磁励磁 超前超前 欠励欠励 滞后滞后 过励过励 cos0. 8cos1cos0. 8 不稳定区不稳定区 发电机的发电机的V V形曲线形曲线

26、 em P em P em P em P em P em P em P em P em P I f I 0 I f 0 第六节第六节 发电机正常运行发电机正常运行 1. 发电机在额定功率因数下，电压变化范围为发电机在额定功率因数下，电压变化范围为5%,频率变频率变 化范围为化范围为2%时，能连续输出额定功率。发电机的最低运时，能连续输出额定功率。发电机的最低运 行电压一般不应低于额定值的行电压一般不应低于额定值的90%（19.8KV）。发电机定）。发电机定 子电压低于额定值的子电压低于额定值的95%时（时（20.9KV)，定子电流不得超过，定子电流不得超过 额定值的额定值的105%（18369

27、.75A）。）。 2.当氢气冷却器组中有当氢气冷却器组中有1个冷却器因故停用时，发电机能承个冷却器因故停用时，发电机能承 担担80%额定功率连续运行，而不超过允许温升。额定功率连续运行，而不超过允许温升。 3.发电机氢气压力降低时，出力必须按发电机氢气压力降低时，出力必须按P-Q 曲线降低至对应曲线降低至对应 氢压下所允许的范围内。氢压下所允许的范围内。 4.在线监测轴和轴承座的振动情况，振动值不应超过其规定在线监测轴和轴承座的振动情况，振动值不应超过其规定 值。值。 5.监视各轴承回油及金属温度变化监视各轴承回油及金属温度变化 发电机的温度监视发电机的温度监视 定子绕组进水温度： 4050 定子绕组出水温度： 85 定子水量： 91.5t/h 导电率： 0.51.5us/cm 进氢温度： 3546 氢气冷却器进水温度： 2038 氢气冷却器出水温度： 45 定子绕组： 120 定子铁芯允许最高温度:120 转子绕组温度： 115 6.发电机的安全运行 发电机的安全运行极限 原动机输出功率极限