第一章 发电机

1、发电机 一.工作原理发电机的转子由原动机（汽轮机或水轮机等）带动旋转，当直流电经炭刷、滑环通人转子线圈后，转子就会产生磁场（电生磁）。由于转子是在不停地旋转着，所以这个磁场就成为一个旋转磁场，它和静止的定子线圈间形成相对运动，相当于定子线圈在不断地切割磁力线，于是在定子线圈中就会感应出电势来（磁生电）。电势的大小与转子转速及磁力线的疏密程度即磁通密度的大小有关，在转子转速保持不变的情况下，定子线圈保持不变的情况下，定子线圈对着磁力线较稀疏的地方，导体中的电势较小，对着磁力线较密的地方，导体中的电势就较大，由于在设计和制造发电机时有意安排尽量使磁通密度的大小沿磁极极面的周向分布接近正弦波形，所以

2、，每极导体中感应出来的电势的大小，也随着时间按正弦规律变化。转子不停地旋转，磁场的磁力线被 A 相、 B 相、 C 相定子绕组切割，于是在三相绕组中感应出三相交流电来。 发电机三相定子绕组中定子电流产生的旋转磁场与转子以同速度、同方向旋转，这叫“同步”。同步电机也由此而得名。二.发电机结构 本机组发电机型式为三相交流隐极式同步发电机。发电机由定子、转子、端盖及轴承、油密封装置、冷却器及其外罩、出线盒、引出线及瓷套端子、集电环及隔音罩刷架装配、内部监测系统等部件。发电机采用整体全封闭、内部氢气循环、定子绕组水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式发电机定、转子烧

3、组均采用F级绝缘。（一）定子定子由机座、铁心、隔振结构、绕组和进出水汇流管等部件组成。1.定子机座定子机座为整体式，由优质钢板装焊制成。机座外皮在圆周方向采用整张钢板经辊压成圆桶状后套装在机座骨架上。机座骨架由辐向隔板、端板和轴向筋板、通风管组装焊接而成。机座端板、辐向隔板及轴向通风管构成了定子的径向多路通风的 11 个风区。定子机座的强度按能承受 3 . 5 倍工作氢压设计，机座装焊后经过消除应力处理、水压强度试验和严洛的气密检验，因而具有足够的强度和钢度及气密性。 发电机定子冷却水汇流管的进水出水法兰均设在机座的侧面顶部，可保证在断水事故状态下定子绕组内仍能充满水。汇流管的排污出口法兰设在

4、机座两端的底部。2.定子铁心 作用：发电机转子的旋转主磁通在定子绕组中感应电动势，产生发电机的负载电流。而定子绕组的电流产生电枢磁通势和转子的磁通势合成的总磁通势，在定子铁心、气隙和转子构成的磁回路中形成合成磁通，建立起发电机电压。定子铁心的作用是使发电机总磁通获得低磁阻的磁路，同时起着固定定子绕组的作用。大型汽轮发电机通常使用的冲片厚度是 0 . 35mm 或 0 . 5mm 。3.定子铁心冲片材料发电机定子铁心的冲片材料目前采用冷轧或热轧的电工钢片，冷轧的电工钢片又分为有取向和无取向两种。世界上冷轧硅钢片发展最快是日本，而且其性能是最好的。4.冲片的绝缘定子硅钢片在制造时即涂一层无机绝缘漆

5、，在扇形冲片去毛刺后，必须双面涂覆高电阻的绝缘层，使叠片层间保持良好的绝缘性能，以避免发生短路的危险。这绝缘层要求薄、耐温、损耗降到最小。5.定子绕组汽轮发电机的定子绕组放在铁心内圆的槽内，它处于旋转的磁场中，感应出高电压、大电流，输出电网。因此它是发电机能量转换、输出电能的关键部件。它与转子绕组是发电机损耗发热最大的两个部件。定子绕组由定子线棒、定子绕组槽内固定结构、定子绕组端部固定结构和定子绕组引线等构成。 6.定子线棒定子线棒由空心导线和实心导线组合构成，组合比为 1：2 。空、实心导线均包聚酚玻璃丝绝缘。线棒对地绝缘采用 F 级环氧粉云母带。为降低定子绕组电晕电位，线棒的槽内部分和槽口

6、部分均进行防晕处理。定子上、下层线棒采用了不同的截面，并在直线部分进行 540' ，罗贝尔换位加空换位，可使涡流引起的附加损耗和股间环流损耗、包括端部横问磁场差异引起的附加损耗大为减少。定子线棒端部为渐开线式。为增大相间的放电距离，线棒的鼻端采用不等距分布，同相线棒鼻端距离缩小，相间距离被加大。在线棒两端没置的水盒接头构成了线棒鼻端的水电连接结构，线棒的空、实心导线均经中频感应钎焊在水盒内 。 定子绕组引线由铜管弯制而成，并与线圈一样采用水内冷。 定子绕组引线排列成 4 排，其前端用固定夹块固定在锥形支撑环上，而圆弧段固定在绝缘支架上。定子绕组引线与定子线棒的连接方式采用多股导线把合在

7、线棒端头的水盒盖上。 定子绕组汇流管及引出线汇流管定子绕组进出水汇流管分别装在机座内的励端和汽端。由励端进水汇流管经绝缘引水管构成向定子绕组、定子绕组引线、引出线和瓷套端子、中性点母线洪水的水路。定子绕组的出水经汽端出水汇流管汇集排出，定子绕组引线、引出线、瓷套端子、中性点母线的出水汇集在出线盒内的小汇流管内，小汇流管经机外底部的连通管与汽端出水汇流管连接，从而构成了发电机定子冷却水系统。定子进出水汇流管均用不锈钢管制成。定子绕组汇流管及出线盒内的小汇流管均设有对地绝缘，并在接线端子板上设有可测量各汇流管对地绝缘电阻的端子，这些端子在运行时应接地。（二）转子转子由转轴、绕组及端部绝缘固定件、阻

8、尼系统、护环、中心环、风扇、联轴器和集电环装配等构成。1转轴用高强度高导磁的铬镍钼钒整体合金锻钢制成。转轴本体设有 32 个嵌线槽。为有效提高材料利用率，转子嵌线槽采用开口半梯形，以增大槽内导体截面，降低转子铜耗。为了使转子的磁极方向和极间方向的刚度均衡，转轴本体每极表面（大齿）上开设了 22 个横向槽。转轴本体磁极（大齿）表面上设有阻尼槽，本体两端面均开设有 4 个供转子绕组端部通风的轴向通风槽。2转子绕组转子绕组由线圈、槽内绝缘及同定件、端部绝缘及固定件和引出线等组成。转子线圈采用高强度精拉含银铜制造，转子每级下共有 8 个线圈，其中1号线圈为 6 匝， 2 一 8 号线圈为 8 匝。每匝

9、导体由上下两根铜排组成。每个线圈由 2 段直线部分、 2 段圆弧部分和 4 个圆角部分组成，各部分均单独加工制造后经中频感应钎焊成一体。因此，线圈整体具有良好的尺寸和形状。 转子线圈槽内绝缘及固定转子线圈槽内主绝缘采用高强度 F 级绝缘模压槽衬。线圈匝间绝缘采用线性膨胀系数3转子护环转子护环由高仔度无磁性合金锻钢制成。转子护环的前端热套在转子次体端部，后端与中心环热套在一起当转子按规定超速时，护环与转子本体和中心环之间仍有足够的配合公盈。同时，在护环与转子本吓和中心环的配合处均设有环键，用以防商妞向泣移口 4转子阻尼系统为了提高汽轮发电机承受不对称负荷的能力，提高阻尼作用和有效地削弱负序电流对

10、转段子发热等不利影响，发电机转子上都采取了一定的阻尼措施（阻尼绕组）。发电机转子每极表面（大齿）上开设两个阻尼槽，槽内放置通长的阻尼铜条。 5.转子通风系统对于采用氢内冷的转子绕组来说，基本优点是： 消除了绝缘温降（约占总温降的 40 % ) ，减少了传热热阻，降低了线圈的温升； 提高氢压后，散热系数增加，使绕组的表面温升降低； 提高氢压的结果，氢气的体积热容量成正比地增加（氢气的密度与氢压成正比，而氢气的比热不变），故氢气本身的温升也降低了。转子采用气隙取气径向斜流式通风系统。转子绕组线圈槽内部分具有轴向排列的双排斜流通风孔，并沿轴向分成与定子对应的11个进出风区。在进风区，经槽楔上迎风方向

11、的风斗将气隙中的氢气导入，并经楔下垫条上开设的风孔分别进入线圈上的双排通风孔中。然后每排通风孔中的氢气各成一路径向斜流通向线圈底匝，再由底匝径向斜流通往相邻的两个出风区。在出风区，氢气经槽楔上风斗排到气隙中，从而构成了转子烧组“气隙取气、一斗两路、径向斜流”的氢内冷通风系统。一斗两路方式转子绕组线圈端部采用两路通风冷却。在绕组端部分隔开设的高压风区内，氢气由线圈端部直线段侧面的两排通风孔导入。然后，其中一排风孔内的氢气通过线圈上开设的轴向通风槽流向转子本体端部出风区，并经槽楔上风斗排到气隙中。另一排风孔中的氢气通过线圈上开没的周向通风槽流过线圈圆角和圆弧部分，并在圆弧部分中间位置设置的出风孔排

12、入到绕组段部的低压风区内，再从转子本体两端磁极（大齿）表面上开设的轴向通风槽排到气隙中。转子槽截面中间铣槽转子绕组风扇在转子两端护环外侧装设有单级浆式风扇，用以驱动发电机内的氢气循环冷却发电机。转子风扇由风扇座环和风扇叶片组成。风扇座环由高强度合金锻钢制成，并热套在转轴上。风扇叶片由高强度铝合金锻成，并按规定的扭转角固定在风扇座环上。（三）定子内冷水路定子冷却水先从水系统进入发电机励端汇流管，然后经绝缘引水管分别进入上 下定子线棒再经汽端的绝缘引水管进入汽端回水汇流管，最后返回到外部水系统中。定子绕组引线、发电机引出线和出线瓷套端子的冷却水路相互串联后与定子绕组的冷却水路并联。首先冷却水自励端

13、汇流管经绝缘引水管进入定子绕组引线内、然后经绝缘引水管讲入定子绕组引线内。然后经绝缘引水管进入到出线瓷套端子内最后从瓷套中经绝缘引水管进入出线盒内的小汇流管，并通过小汇流管的机外连接管与发电机汽端回水汇流管并联，最终与定子绕组冷却水一起返回到外部水系统中（四）发电机氢气冷却回路发电机定子和转子沿轴向分成 11 个通风区其中，有 5 个进风（冷风）区 ，6个出风（热风）区，进出风交替分布。 发电机定子采用多路通风。首先，被风扇加压的冷氢气由机座端部通过机座隔板上的轴向通风管进入各冷风区。然后，氢气经过铁心径同通风道冷却铁心并进入气隙中。进入气隙中的氢气大部分由转子槽楔上的风斗导入转子绕组通风孔内

14、，其余氢气分别通入相邻的两个热风区。在热风区内，转子槽楔上的风斗将冷却转子绕组后的热氢气排至气隙中，并与来自相邻风区的氢气一起经过铁心径向通风道到铁心背部，再由轴向通风管汇集在第 1 或第 11 风区内，然后热氢气进入冷却器内冷却。从冷却器冷却出来后的氢气经风扇加压后重新进行循环。定子铁心端部磁屏蔽处设有单独的冷却风路。首先，冷氢气经过磁屏蔽的内锥面进入两端磁屏蔽上的 4 个径向通风道冷却磁屏蔽，并从背部经机座隔板上的轴向通风孔分别进入第 1 或第 11 风区与其它氢气一起进行循环。出线盒内亦单独形成通风回路，热风经第 1 或第 11 风区进入冷却器。为提高风扇效率和压头，大型发电机在风扇入口

15、处设有静止导向叶片的导风环。（五） 发电机温度检测1 定子绕组汽端槽内上下层线棒之间埋有测温元件每槽一只共42只，每槽还有备用测温元件1只。2 定子绕组汽端出水汇流管接头上设有测点每个接头上有一个84只。3 引出线和瓷套管端子在出线盒内的出水汇流管接头上届只测点。4 定子铁心在热风区的槽轭和齿部分别埋有测点共8只。在汽端、励端的边端铁心，压指和磁屏蔽上共有16只测点。5 汽励两端氢冷却器外罩内的冷却器前后设有热电阻测温元件，两端共计 4 只。6 定子机座风区隔板上没有热电阻测温元件，每个风区有 1 只，共计11只。汽励两端接近冷却器座处的外面设有测量机内氢气温度的插入式热电偶和温度开关测温元件

16、，每端每种各1只，共计 4 只。其中，温度开关可发出氢气温度过高的报警信号。7 定子绕组总进出水外部管口处设有热电偶和金属温度计测温元件，进出端每种各 1 只，共计 4 只。其中，双金属温度计可发出水温度过高的报警信号。 8 汽励两端轴承瓦体上设有热电偶测温元件，每端 1 只，共汁 2 只。（六） 冷却水系统 冷却水控制系统采用闭式循环方式，使连续的高纯水流通过定子线圈空心导线，带走线圈损耗。进入发电机定子的水是从化学车间直接引来的合格化学除盐水。补入水箱的化学除盐水通过电磁阀、过滤器，最后进入水箱。开机前管道、阀门、集装所有元件和设备要多次冲洗排污，直至水质取样化验合格后方可向发电机定子线圈

17、充化学除盐水。水箱内的软化水通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器、过滤器然后再进入发电机定子线圈的汇流管，将发电机定子线圈的热量带出来再回到水箱，完成一个闭式循环。为了改善进入发电机定子线圈的水质，将进入发电机总水量的510%的水不断经过本装置内的离子交换器进行处理，然后回到水箱。本系统由下列主要部件组成：水泵两台、水水冷却器2台、过滤器二台、交换器出口过滤器一台、水箱一个，V2m3、离子交换器一台、水温调节器 一套、压差、压力开关 1套，流量开关1件、还有导度仪3台等。1 水泵 为两台不锈钢交流电动离心水泵，一台工作，一台备用，在每台泵的进出管路上装有压差开关，当工作泵故障时通过压差开关将备用泵

18、自动投入运行，两台泵互为联锁。每台泵的出口装有止回式截止阀，系统正常运行时，该阀门为常开，起止回阀的作用。在系统在系统检修时，可关闭阀门作为截止阀使用。2 水箱：为不锈钢制造，容积为2m3，补水水源由化学车间引来。水箱内充有氮气，通过减压器自动补入水箱，水箱内氮气压力为0.014MPa，水箱上设有安全阀，当氮气压力增至0.035MPa时，自动开启放气，防止水箱超压。当氮气压力高于0.042MPa时，水箱上的压力开关动作并报警。水箱上装有水位信号器，当水位低或高时发出报警信号。水箱底部装有排污阀，上部装有排气阀。3 水冷却器选用不锈钢管式冷却器，一台工作，一台备用。单台冷却器运行可保证发电机运行

19、维持其100%的额定电流。4 过滤器为不锈钢制造，装在主管路上，一台工作，一台备用，当过滤器进出口压力差高于正常压力差0.021MPa时，跨接于过滤器进出口处的压差开关发出报警信号，手动投入备用过滤器，切除原使用的过滤器，并清洗干净做为备用。过滤器为不锈钢制造，装在水处理管路上，当离子交换器不锈钢丝网破损，可捕捉树脂，以免树脂进入发电机堵塞定子线圈。5 离子交换器为不锈钢制造，当其电导率值高于0.5s/cm时，表明离子交换器中的树脂已失效，此时应从系统中切除离子交换器，更新树脂，再投入系统运行。6 电导率计及其传感器监测定子冷却水水质采用三个电导率计，两只电导率计的传感器装在发电机冷却水管路进

20、口，另一只装在离子交换器出口管路。分别监测发电机进水和离子交换器出口水的电导率。离子交换器出口处电导率计还可间接监视离子交换器中树脂的状态。电导率计可输出开关量报警信号及420mADC信号。正常工作状态下，离子交换器出口电导率应控制在0.1s/cm0.4s/cm以内，当出水电导率达到0.5s/cm时，电导率计CC1发出“离子交换器出水电导率高”报警信号。发电机正常运行状态下，定子冷却水电导率应该控制在0.5s/cm1.5s/cm范围内。当电导率增加到5s/cm时，电导率计CC2发出“定子线圈进水电导率高”报警信号。当电导率增加到9.5s/cm时电导率计CC3发出“定子线圈进水电导率很高”报警信

21、号。此外，在发电机运行时，当定子冷却水的电导率增加到1.5s/cm时，同时定子线圈的供水量不足，并且水系统中备用泵在5秒钟内不能投入运行，致使定子线圈中水流量降低，发电机必须停机或者在2分钟内以每分钟50%的速率将定子电流自动降低到额定电流的15%，同时定子冷却水的电导率需控制在1.5s/cm以内。当定子冷却水电导率增高至5s/cm时，同时发电机在100%额定电流的运行状态下，当定子线圈中水流量降低时，水系统中备用泵必需在5秒钟内投入正常运行。（七） 密封油系统密封油系统采用了双流环式密封瓦（氢侧和空侧两路油）。本系统为集装式，与发电机的双流环式轴封（密封瓦）装置相对应。汽轮发电机双流环式轴封

22、瓦内有两个环形供油槽，供油槽内的油压始终高于发电机内的氢气压力，从而防止氢气从发电机内部漏出。在密封瓦内的两个供密封用的油槽，形成了两道油流，这两道密封油流之间由独立的两套油源分别供给。靠近电机内部氢气侧的油流，我们称之为氢侧密封油，简称氢侧油。靠近大气和空气接触的油流，我们称之为空侧密封油，简称空侧油。密封油除了供密封瓦起密封作用外，对密封瓦还可以起到润滑降温作用。当这两股密封油的供油压力趋于平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机内侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外部轴承一侧流动。由于这两个系统之间油的压力在理论上保持相等，油流在这两条供油

23、槽之间的空间内将保持相对平衡，不发生相互串油现象。密封瓦供油槽之间的油压通过外部不间断的调节，保证其提供的油源之间相对平衡，且维持油压高于发电机内部氢气一个固定的压力值。 密封油系统的组成:本密封油控制系统由下列部件构成:空侧交流泵、空侧直流泵、氢侧交流泵、氢侧直流泵、空侧过滤器、氢侧过滤器、密封油箱及油位信号器、油-水冷却器、压差阀、平衡阀、氢油分离箱、截止阀、逆止阀、蝶阀、压力表、温度计、变送器及联接管路等等。本密封油控制系统正常运行时，空侧和氢侧两路密封油分别循环通过发电机密封瓦的空、氢侧环形油室，形成一个恒定的压力，该股油压高于机内的氢气压力，从而防止了氢气向外泄漏，对机内的氢气起到密

24、封作用。本密封油控制系统采用双流环式结构，发电机内正常工作氢压为0.4MPa，事故状态下可降低氢压运行。轴密封供油系统能自动维持氢油压差0.084MPa，并为发电机密封瓦提供连续不断的压力油。三.发电机的主要技术数据1.额定数据额定容量 666.667 MVA额定功率 600 MW最大连续功率 654 MW额定功率因数 0.9额定电压 20000 V额定电流 19245 A额定励磁电压 421.8 V额定励磁电流 4128 A定子绕组连接方式 YY励磁方式 机端变静止励磁定子绕组出线端子数 61. 冷却介质及润滑油的基本数据（1） 发电机内的氢气额定压力（表压） 0.4±0.02 M

25、PA最大连续功率时压力（表压） 0.4 MPA冷氢温度 45±1 额定纯度 98 %最低允许纯度 95 %氧气含量 1 %额定压力下绝对湿度 2 g/m3漏氢量 11 m3/d（2） 定子绕组内的冷却水入口处压力（表压） 0.250.35 MPA出口处压力（表压） 0.150.25 MPA入口处温度 45-50 流量 90±3 m3/d铜化合物含量 100 mg/L20时的电导率 0.5-1.5 s/cm20时的PH值 6.87.3 20时的硬度 2gE/L20时的含氨（NH3）量微量（3） 氢气冷却器内的循环水入口处压力（表压） 0.250.35 MPA入口处最大压力（表

26、压） 0.67 MPA出口处压力（表压） 0.2090.309 MPA入口处最高温度 35 入口处最高温度 20 一个冷却器的流阻 41KPA一个冷却器的流量 310m3/h氢气冷却器的数量 2 组（4） 端盖式轴承润滑油和密封油轴承进油压力（表压） 80-100KPA油密封进油压力（表压） 484KPA轴承进油最低温度 40 油密封进油最低温度 40 轴承出油温度 70 一个轴承流量 700 L/min一个密封瓦空侧流量 110 L/min一个密封瓦氢侧流量 25.4 L/min密封油压高于氢压 84 KPA四发电机保护发电机的保护方式由电厂的设计部门制定，但发电机至少应设有下列运行保护。1

27、. 继电保护类a. 相间短路保护及差动保护分为发电机（纵差）和发变组（纵差）差动保护。功能是当相间短路时，将发电机与电网解列，同时解除发电机励磁。b. 定子绕组接地保护功能是当定子绕组接地时发出报警信号，并将发电机与电网解列，同时解除发电机励磁。c. 转子绕组接地保护功能是当绝缘电阻值降低到10K时发出报警信号，当绝缘电阻值降到4K及以下时，将发电机与电网解列，同时解除发电机励磁。d. 发电机失磁时的异步运行在未进行应有的试验，并将试验结果与制造厂商定之前，不规定发电机异步运行能力。但在事故条件下，发电机允许短时失磁异步运行。当励磁系统故障，且电网条件允许时，失磁运行时间不得超过15min，此时