电气培训教材主控文档_图文

1、目录第1章发电机本体 (11.1 基础知识 (11.2 发电机本体结构 (81.3 发电机正常运行 (171.4 发电机非正常运行 (281.5 技术规范 (32第2章发电机封闭母线和出口开关 (372.1 分相封闭母线 (372.2 发电机出口开关 (422.3 技术规范 (48第3章发电机励磁系统 (543.1 UNITROL5000励磁系统简述 (553.3 自动控制与保护 (623.4 技术规范 (69第4章发电机氢气系统 (734.1 系统及设备描述 (734.2 就地及远方控制设备介绍 (764.3 技术规范 (82第5章发电机密封油系统 (835.1 系统及设备描述 (835.2

2、 密封油系统的运行 (875.3 技术规范 (90第6章发电机定子冷却水系统 (926.1 系统及设备描述 (926.2 就地及远方控制设备介绍 (956.3 自动控制和联锁保护说明 (986.4 技术规范 (99第7章大型电力变压器 (1017.1 主变 (1017.2 厂高变和03号启动变 (109第8章厂用电系统及配电装置 (1158.1 厂用电系统接线 (1158.2 系统和设备介绍 (1178.3 技术规范 (131第9章厂用UPS及直流系统 (1409.1 UPS系统 (1409.2 直流系统 (1449.3 技术规范 (150第10章事故保安系统 (15310.1 系统设备 (1

3、5310.2 柴油发电机组 (15410.3 柴油机的启动运行 (15810.4 技术规范 (159第11章发变组继电保护 (16111.1 发电机主要故障和异常 (16111.2 变压器主要故障和异常 (17111.3 发变组继电保护配置原则及特点 (17311.4 保护配置 (18311.5 发变组保护分柜方案 (18811.6 发电机保护原理 (192电气培训教材(D版11.7 主变压器保护原理 (218第12章电气监控系统 (22912.1 DCS对电气系统的监控 (22912.2 网络监控系统(NCS (23012.3 EDS系统 (23712.4 技术规范 (240第13章电力调度

4、通信系统 (24713.1 调度通信子系统 (247目录13.2 RTU及远动系统 (24813.3 电能计量系统 (24913.4 电厂报价辅助决策系统 (25113.5 调度系统设备布置 (253第14章500KV系统及配电装置 (25414.1 发电厂电气主接线简介 (25414.2 500K V系统主要设备 (25614.3 500K V母线保护 (26314.4 500K V线路和开关保护 (26514.5 技术规范 (279第15章220KV系统及配电装置 (28715.1 220K V设备 (28715.2 220K V系统运行 (29615.3 技术规范 (296第一章 发电机

5、本体第1章 发电机本体我公司发电机为东方电机股份有限公司引进日本日立公司技术,并合作生产的QFSN-600-2-22三相同步汽轮发电机。发电机冷却方式为水-氢-氢,采用机端自并励静止励磁,选用瑞士ABB 公司的UNITROL 5000型微机数字可控硅整流励磁系统。大型发电机与中、小型发电机有很多不同之处。大型发电机由于有效材料利用率提高,采用的是直接冷却系统,致使机组的线负荷和极距增大,气隙长度较小,所以总的趋势是阻抗增大,机械时间常数降低。此外由于大型发电机的漏磁通较大,所以发电机的暂态电抗X d 及次暂态电抗X d 的值也较大,电阻值同时随着电流密度的增大而增大,机械时间常数T m 则随单

6、机容量的增大而减小。X d 值越大,X s 值(电网阻抗较小时,静态稳定极限功率就越小,导致静态稳定储备降低。机械时间常数的变化,也会对发电机的暂态稳定造成很大的影响。针对这种状况,现在主要采用高瞬态反应的励磁系统来改善这些不利的影响,提高大容量发电机的可靠性及利用率。1.1 基础知识交流旋转电机主要分为同步电机和异步电机。同步电机主要用作发电机,而异步电机主要用作电动机。所谓同步电机即指电机的转速为同步转速(恒定值,而异步电机即指电机的转速不同于同步转速(非恒定值。 图1-1 同步发电机的工作原理发电机主要有定子和转子两部分,定、转子之间有气隙,原理如图1-1所示。定子上有AX 、BY 、C

7、Z 三相绕组,它们在空间上彼此相差120°电角度,每相绕组的匝数相等。转子磁极(主极上装有励磁绕组,由直流励磁,其磁通方向从转子N 极出来,经过气隙、定子铁芯、气隙,再进入转子S 极而构成回路,如图中的虚线所示。用原动机拖动发电机沿逆时针方向旋转,则磁力线将切割定子绕组的导体,由电磁感应定律可知,在定子导体中就会感应出交变的电势,即t E t lv B e m m sin sin =B m 为正弦波磁密的最大值,l 为磁力线切割导体的长度,v 为磁力线切割导体的线速度,=2f ,f 为电势的频率。由于发电机定子三相绕组在物理空间布置上相差120°,那么转子磁场的磁力线势必将

8、先切割A 相绕组,再切割B 相,最后切割C 相。因此,定子三相感应电势大小相等,在相位上彼此互差120°电角度。假设相电势最大值为E m ,A 相电势的初相角为电气培训教材(D 版零,则三相电势的瞬时值为: 240sin(120sin(sin -=-=t E e t E e tE e m c m B m A 如果某发电机有p 对极,转子每分钟转数为n ,则转子每秒钟旋转n/60转,那么感应电势将每秒交变(pn/60次,即频率为60pn f =。由于汽轮发电机的极对数为1,所以n =3000r/min 情况下,f =50Hz 。组;双层绕组又分为叠绕组和波绕组;按每极每相槽数 是整数还

9、是分数分为整数槽绕组和分数槽绕组。对于大型汽轮发电机主要采用三相双层绕组,并采用短距叠绕组,双层绕组构成如左图。在每个槽内有上下两个线圈边,线圈的一个边嵌在某个槽的下层,则另一边则嵌在相隔y 1槽(节距:一个线圈的有效边在定子铁芯上跨的槽数的上层。采用双层绕组可以很方便地把绕组型式设计成短距绕组。短距绕组具有改善电势波形和节约材料的优点。在实际的电机中,由于磁极磁场是不可能完全按正弦规律分布,因此,在定子绕组内的感应电势也不完全是正弦波形,即除了正弦波形的基波外,还包含着一系列的谐波。谐波的次数越高,它的幅值越小,对电势波形的影响越小。高次谐波的存在,对发电机会产生许多不良的影响:1发电机本身

10、的损耗增加,效率降低,温升增高。2可能引起输电线路的电感和电容产生谐振,产生过电压。3对邻近的通讯线路产生干扰。削弱谐波的常用方法如下:1隐极汽轮发电机的气隙是均匀的,因此只要把每极范围内安放的励磁绕组与极距之比设计在0.70.8范围内,就可使发电机磁极磁场的波形比较接近于正弦形。2采用Y 形连接,由于3次谐波及其倍数奇次谐波是同大小、同相位的,采用这种接线可把这些谐波抵消掉。3采用短距绕组,可削弱5、7次谐波。4采用分布绕组,即增大每极每相槽数q ,可显著削弱高次谐波电势。但随着q 值的增大,电枢槽数增多,这将引起冲剪工作和绝缘材料的消耗量增加,使成本上升。所以,一般隐极汽轮发电机的q 取6

11、12之间。 图1-2 三相电势曲线图1-3 双层绕组图第一章 发电机本体 图1-4 60°相带槽电势星形图交流发电机的磁通分为两部分,一部分与定、转子绕组同时交链,称为气隙磁通,是电机进行机电能量转换的媒介;另一部分仅与定子绕组或仅与转子绕组相交链,称为漏磁通。气隙磁通的路径是:从定子磁轭经过定子齿、空气隙到转子,再经过空气隙、定子齿回到定子磁轭,形成闭合磁路。气隙磁通可由定子磁势建立,也可由转子磁势建立。当发电机中的定、转子绕组中都有电流时,则由定、转子磁势共同建立。1同步发电机空载运行当同步发电机被原动机拖动到同步转速时,转子绕组中通入直流励磁电流而定子绕组开路时,称为空载运行。

12、 图1-5 凸极同步发电机的空载磁场空载磁路如图1-5所示,此时定子电枢电流为零,电机气隙中只有转子电流(励磁电流I f 单独产生的磁势F f 和磁场,称为励磁磁势和励磁磁场。图中既交链转子又经过气隙交链定子的磁通称为主磁通,即空载时的气隙磁通(0,或称励磁磁通。而只交链励磁绕组而不与定子绕组相链磁通称为漏磁通(f ,它不参与电机之间的能量转换过程。当转子以同步转速n 1旋转时,主磁通切割定子绕组感应出频率为f=(pn/60的三相基波电势,其有效值为:011044.4=N N k f E 。这样,改变励磁电流I f 就可以改变主磁通0,空载电势E0值也将改变。从磁路计算公式可知,当一台电机的各

13、段铁芯和气隙的尺寸以及铁芯的材料决定后,它的磁性特性也就确定不变了。 图1-6同步发电机空载时的时-空矢量图图1-6为同步发电机空载时的时-空矢量图,F f1为励磁磁势的基波,B f1为气隙磁通密度的基波,两者同相位,其正波幅均处于转子直轴正方向上,且与转子一起以同步转速(1=2f旋转。由磁通密度波B f1与定子任一相相交链的磁通量是一时间变量,用0表示,由0感应于该相的电势用E0表示,相量E0滞后于0 90°。2同步发电机对称负载运行当定子接上对称的负载后,这时在负载电流产生了第二个磁势电枢磁势。电枢磁势与励磁磁势相互作用形成负载时气隙中的合成磁势并建立负载时的气隙磁场,因此,所谓

14、对称负载时的电枢反应,即对称负载时电枢磁势的基波对主极磁场基波的影响。由对称三相绕组中流过的三相对称负载电流所产生的电枢磁势的基波是一个旋转磁势,其转速p fn60=,以601pnf=代入则n=n1,即电枢磁势基波的转速与励磁磁势的转速(电机转子转速一定相等,且两者的转向一致。由此可见,电枢磁势基波与励磁磁势同转速、同转向,彼此在空间上始终保持相对静止的关系。正是由于这种相对静止,才使它们之间的相互关系保持不变,从而共同建立数值稳定的气隙磁场和产生平均电磁转矩,实现机-电能量转换。这种“定、转子磁势相对静止”是一切电磁感应电机能够正常运行的基本条件。电枢反应的性质取决于电枢磁势基波与励磁磁势的

15、空间相对位置,主要是与励磁磁势E0和电枢电流I之间的相位差,即角度(E0与I的夹角有关。I 和0E 同相(=0时的电枢反应 图1-7=0时的电枢反应图1-7为一台同步发电机的原理图,图中电枢绕组的每一相都用一个等效整距集中线圈来表示,并只考虑励磁绕组和电枢绕组的基波,并且选取A 相励磁电势达最大值时刻绘图。励磁磁势F f1(励磁磁通0位于转子的d 轴上,而由旋转的励磁磁场在定子三相绕组中感应的电势E 0则位于滞后d 轴90°电角度的q 轴上,由三相电流合成的电枢磁势的基波F a 也位于q 轴上,它们和转子一起以同步转速旋转。由此可见当I 和E 0同相时,电枢磁势F a 的轴线总是和转

16、子磁极轴线(d 轴相差90°电角度,而和转子的交轴(q 轴相重合。因此这种电枢反应称为交轴电枢反应,而把这时的电枢磁势F a 称为交轴电枢磁势F aq 。气隙合成磁势F 是由F f1和F a 矢量法相加合成的,而B 是由F 产生的气隙磁通密度波。可见交轴电枢反应使合成磁场轴线位置从空载时的直轴处逆转向后移了一个锐角,而幅值也有所增加。 I 滞后0E 一个锐角时的电枢反应 图1-8 0<<90°时的电枢反应 在一般情况下,0°<<90°,也就是说电枢电流I 滞后于励磁电势E 0一个锐角,这时电枢反应如图1-8所示。此时,A 相的励磁

17、磁势恰好达正最大值,以此作为时间的起点,即t =0。由于0,故t=0时A 相电流未达正最大值,即电枢磁势的轴线不在A 相轴线(q 轴上,而是位于A 相轴线后面空间电角的位置,F a 滞后励磁磁势(90°+电角。可将此时的F a 分解为交轴和直轴两个分量,即cos sin a aq a ad aqad a F F F F F F F =+=每一相的电流I 分解为cos sin I I I I I I I q d qd =+=其中I q 与电势E 0同相位,F aq 为交轴电枢磁势,产生该磁势的电流分量I q 称为I 的交轴分量;F ad 为直轴电枢磁势,产生该磁势的电流分量I d 称为

18、I 的直轴分量。磁势交轴分量I q 产生的电枢反应对气隙磁通起交磁作用,使气隙的合成磁场逆转向位移一个角度,而直轴分量I d 产生的电枢反应则对气隙磁场起去磁的作用。3隐极同步发电机的电势方程式、同步电抗和矢量图为简化,在此介绍不考虑饱和时的情况:可利用叠加原理分别求出F f1和F a 单独在定子每一相产生的磁通和电势,再考虑到由电枢漏磁通磁场引起的每一相的漏磁通和漏电势E ,得到下列关系:根据基尔霍夫电路定律,可对电枢任一相得出电势方程式:a a IR U E E E E +=0式中,U 为电枢一相绕组的端电压,I Ra 为电枢一相绕组的电阻压降。 图1-9 同步发电机的时-空矢量图根据电磁

19、感应定律,0E 、a E 、E 分别滞后于产生它们的磁通0 、a 、 90°相角。a E 滞后于I 90°相角,而a E I ,因此 aa X I j E -= 式中 X a 称为电枢反应电抗,相当于激磁电抗。同样,漏电势E 亦可写为负漏抗压降的形式,即X I j E -= ta a a X I j R I U X I j X I j R I U E +=+=0 式中X t 称为同步电机的同步电抗,它等于电枢反应电抗和定子漏抗之和,即at X X X += 同步电抗是表征对称稳态运行时电枢旋转磁场和电枢漏磁场的一个综合参数。1并列操作 I f (励磁电流F f1(励磁磁势基

20、波0(励磁磁通E 0(励磁电势I (定子三相电流F a (电枢磁势基波a (电枢反应磁通E a (电枢反应电势(定子漏磁通E (定子漏电势一台发电机组在未投入系统运行之前,它的电压并列点与系统电压的状态量(幅值、频率、相角往往不等,须对发电机进行适当操作使之符合并列条件后才允许开关合闸作并网运行。同步发电机并列时应遵循如下的原则:并列开关合闸时,冲击电流应尽可能小,其瞬时最大值一般不超过12倍的额定电流。发电机组并入电网,迅速进入同步运行状态,其暂态过程要短,以减小对电力系统的扰动。现在的大型汽轮同步发电机的并列方法采用自动准同期装置进行准同期并列操作。2并列条件发电机的频率和电网频率,f f

21、 =;发电机和电网的电压波形要相同;发电机和电网电压大小、相位要相同,即U E =0; 发电机和电网的相序要相同。如果频率不同,则在0E 和U 之间有相对运动,将产生数值一直在变化的环流,引起发电机内的功率振荡。如波形不同,则将在发电机和电网内产生一高次谐波环流。如两种电压在大小和相位上不一致,则在发电机和电网间将产生一个环流,在极性相反的情况下误投入合闸时,I h 的数值可以高达2030I N ,这可能对定子绕组端部造成极大的损伤。3并列原理 图1-10 发电机并列原理示意图设并列开关DL 两侧电压分别为G U 和X U 。DL 主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程,决

22、定于合闸时的脉动电压SU 和滑差角频率S 。 脉动电压(U S t U U U U U S G X G X S cos 222-+=从上式中可以看出在脉动电压U S 的脉动波形中有准同期并列所需的检测的信息电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律。因而可以利用它为自动并列装置提供并列的信息以及选择合适的合闸信号发出时间。 电压幅值差:因为X G s U U U -=min ,通过U smin 的测量,就可判别出U G 和U X 间的电压幅值差是否超出允许值。频率差:U G 与U X 间的频率差就是脉动电压U S 的频率f S 。合闸相差e 的控制:为了使合闸瞬间是G U 和XU 两相重合的

23、瞬间,考虑到开关操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间,必须在两电压相量重合之前发出合闸信号,即取一提前量。自动准同期装置的组成原理为了使待并发电机组满足并列条件,自动准同期装置设置了三个控制单元 频差控制单元:它的任务是检测S ,使发电机电压的频率接近于系统频率。电压差控制单元:它的任务是检测G U 和XU 间的电压差,使发电机电压与电网电压之间的差值小于规定允许值。合闸信号控制单元:该单元就是用于选择合适的时间发出合闸信号,使并列开关DL 的主触头接通时,相角差e 接近于零或控制在允许范围以内。准同期并列合闸信号的控制目前,准同期并列装置采用的提前量有越前相角和越前时间两种。在G U 和

24、XU 两相量重合之前恒定角度发出合闸信号,称为恒定越前相角并列装置。在G U 和XU 重合之前恒定时间发出合闸信号,称为恒定越前时间并列装置。一般采用恒定越前时间并列的装置较多。1.2 发电机本体结构 图1-11 发电机结构原理图 图1-12发电机剖视图汽轮发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成,具体的发电机结构见图1 -11和1-12所示。发电机的发热部件,主要是定子绕组、定子铁芯(磁滞与涡流损耗和转子绕组。必须采用高效的冷却措施,使这些部件所发出的热量散发除去,以使发电机各部分温度不超过允许值。我公司发电机采用水-氢-氢冷却方式,即发电机定子绕组及引线是水内冷,发电机的转子绕组是氢内

25、冷,转子本体及定子铁芯是氢冷。为此,发电机还设有定子水冷系统,发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。1机座与端盖机座是用钢板焊成的壳体结构,它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外,机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风(氢气系统的一部分。由于发电机定子采用径向通风,将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段,每段形成一个环形小风室,各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相互连通,并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧,再集中起来通过冷却器,从而有效地

26、防止热应力和局部过热。端盖是发电机密封的一个组成部分,结构如图1-13所示。为了安装、检修、拆装方便,端盖由水平分开的上下两半构成,并设有端盖轴承。在端盖的合缝面上还设有密 用。在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。密封瓦为铜合金制成,内圆与轴间有间隙,装在端盖内圆处的密封座内。密封瓦分成四块,在径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧,尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动,但在密封座上下均有销子可以防止它切向转动。密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄,在励端油密封设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤转轴。2机座隔振定子弹性支撑为了减小由于转子磁通对定子铁芯的磁

27、拉力引起的双频振动,以及短路等其它因数引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响,在定子铁芯和机座之间采用卧式弹性隔振结构。弹性隔振结构形式如下图所示:在定位筋的背部装弹簧板,弹簧板通过垫块,用螺栓固定在定位筋的背部,弹簧板中部与机座内的隔板相连,构成弹性隔振结构。 图1-14机座弹性隔振结构3定子铁芯定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗,定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷轧硅钢片冲制而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形,每张扇形片都涂了耐高温的无机绝缘漆。冲片上冲有嵌放线圈的下线槽及放置槽楔用的鸽尾槽。扇形冲片利用定子定位筋定位,通

28、过球墨铸铁压圈施压,夹紧成一个刚性圆柱形铁芯,用定位筋固定在内机座上。齿部是通过压圈内侧的非磁性压指来压紧。边段铁芯涂有粘接漆,在铁芯装压后加热,使其粘接成一个牢固的整体,进一步提高铁芯的刚度。为了减少端部漏磁通在压圈和边段铁芯中引起的发热以及在端部铁芯中的附加电气损耗,在压圈上装有全铜屏蔽;边端铁芯为阶梯状以增加铁芯内园与转子之间的气隙;并在齿上冲有小槽。转子绕组端部存在大量的漏磁通,另外,发电机运行时定子绕组在铁芯端部也产生大量的漏磁通,这些漏磁通主要是垂直进入端部定子铁芯,从而感应出垂直于轴向的涡流,引起铁芯端部过热。发电机在欠励条件下运行时,定子绕组会产生更多的漏磁通,使铁芯端部过热更

29、为严重。为了减少端部漏磁通在压圈和边段铁芯中引起的发热和在端部铁芯中的附加电气损耗,东方电机公司采取了以下措施:铁芯端部设计成阶梯状铁芯孔两端逐渐放大,这可以防止转子漏磁通量过多聚集在定子铁芯端部,而且可以使部分漏磁通转变成垂直于定子轴线的径向磁通,从而减少损耗降低端部过热。在转子线圈端部采用非磁性护环。通过励磁绕组护环的去磁作用,增加了漏磁通的磁阻,从而减少了转子端部漏磁通对定子铁芯的影响。在铁芯端部表面,采用一块铜防护板,既所谓的电屏蔽环采用电屏蔽的目的是防止端部大部分轴向漏磁通穿过铁芯。因为铁芯端部采用阶梯形后,压圈处的漏磁会有所增加,利用漏磁通能在铜防护板内产生的大量涡流,此涡流的方向

30、将阻止漏磁通穿过。而铜与用作铁芯端片的石墨铸铁相比,电阻率只有约1/5,根据磁穿透深度定律,损耗降到大约1/2,而且铜的导热系数是石墨铸铁的5倍,因而,铜防护板不会出现过热。铁芯端部压圈和铁芯端板(压指采用高电阻率、低导磁率材料这种材料增大了铜防护板和铁芯间的磁阻,使漏磁通不易穿过铁芯,高电阻率又使该部位涡流减小,故此部件也不会过热。在铁芯端部扇形体上开槽由于在铁芯端部扇形齿部开槽隙,使得涡流流动面积减少了约1/2,于是涡流损耗减小了约3/4。冷却风系统中,加强对端部的冷却。4定子绕组定子绕组的端部结构如图1-15所示,它是由嵌入铁芯槽内的绝缘线棒在端部联结成的线圈,绕组端部为篮式结构,并且由

31、引线环连接成固定的相带。采用连续式F级环氧粉云母绝缘系统,表面有防晕处理措施。轴向可沿支架滑销方向自由移动,减少由于负荷或工况变化而在定子绕组和支撑系统中引起的应力,满足机组调峰运行的要求。 图1-15发电机定子端部结构图在负载运行条件下,定子绕组会产生自感应涡流损耗,为减少这种损耗,定子线棒采用了罗贝尔换位形式。所谓换位,就是在线棒编织时,让每根线棒沿轴向长度,分别处于槽内不同高度的位置,这样每根线棒的漏电抗相等,使每根导体内电流均匀,减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生的环流及附加损耗。定子线棒由矩形的空心和实心股线混合编织而成,定子绕组就是通过空心股线中的水介质来冷却的。定子线棒端

32、部的所有股线均焊接到水电接头上,通过铜带将两根线棒水电接头焊在一起形成电气连接,构成一匝线圈;而所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠滑环端的汇流母管,并经绝缘引水管进入线圈。在发电机的集电环端设有一条进水母管;在汽机端部设有一条出水母管。冷却水流通道为单向型,即从集电环端流向汽机端。汇流母管是直接接地的,从线圈到汇流母管间的连接是采用单个加强型绝缘管,这种绝缘管设计上能够受发电机的运行电压,这就保证了线圈的对地绝缘。但对于这种结构,测量线圈绝缘却是不方便的。 图1-16定子线棒的固定1-槽底垫料;2-主绝缘;3-实心线;4-层间垫料;5-半导体弹性波纹板;6-空心线;7-传动垫条;8

33、-滑动楔块;9-锥形楔销发电机定子线棒在槽内的固定如图1-16所示,它有良好的固定:侧面有半导体弹性波纹板,径向还用带斜度的槽楔组合固定。定子绕组端部设有特殊的支撑系统,用浸胶涤玻绳绑扎固定在由玻璃钢支架和绑环组成的端部固定件上,绑扎固定后进行烘焙固化,使整个端部在径向和周向上为刚性固定,确保端部固有频率远离倍频,避免运行中发生共振。轴向可沿支架滑销方向,随负载或工况变化而自由地移动,大大减少了由于负载或工况变化在绕组和支撑系统引起的应力,提高了机组运行的可靠性及满足机组调峰运行的要求。5发电机出线发电机各相和中性点出线均通过集电环端机座下部出线罩引出机座,在出线罩与定子外机座之间放置有密封垫

34、以维持气密性。出线罩板采用非磁性材料以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方开有排泄孔以防止引线周围积存油或水。 图1-17发电机定子出线及氢冷回路定子出线及氢冷回路如图1-17所示。定子出线通过高压绝缘套管穿出机壳外,套管由整体的陶瓷和铜导电杆组成,导电杆两端镀银。过渡引线及出线套管均采用氢气内冷,套管上装有电流互感器供测量和保护用。氢气从铜导电杆上端的进风口进入导电杆内管,在底部转入双层铜管的环形空间,通过上部一特殊接头排入过渡引线,再由固定过渡引线的空心磁套管排入出线罩的夹层风道后进入内外端盖间的低压风区。6测温元件和出线板而线棒温度,采用每个槽内上下层线棒间埋置的电阻检温计来测量。铁

35、芯温度用埋置的热电偶测量。此外,在冷却器的进风区埋设有电阻检温计,以测量冷却器的进出风温。所有机内的检温计均通过机座下部的接线端子板引出。热电偶:由于发电机在欠励运行时,定子端部部件的温度会很高,这些部位均埋设热电偶以测量温度。在定子压圈,铜屏蔽和铁芯边段齿部、轭部测量部位所安装的热电偶是铜-康热电偶,其传感部件焊在测点位置。定子线圈出水温度,采用布置在出水接头上的热电偶测量。轴瓦温度采用埋置在钨金下的热电偶测量。热电偶的股线和保护套之间的间隙用陶瓷物质填充,使股线与外层空气隔绝,并可避免热电偶在空气中和高温下被腐蚀。热电偶引线(玻璃丝包股线被引至测温端子箱的出线板上。1转子本体发电机转子是由

36、一根整体合金钢锻件加工而成,在转子本体上径向地开有许多纵向槽用于安装转子绕组,同时作为磁路。转子绕组在槽内由铝合金和钢槽楔紧固以抵御离心力。这种磁性和非磁性两种槽楔的应用能够保证合理的磁通分布。这些槽楔均楔入了转子槽口处的鸽尾槽内。转子大齿上加工横向槽(即月牙槽,用于均衡大、小齿方向的刚度,以避免由于它们之间的较大差异而产生倍频振动。2转子绕组转子绕组由高强度含银铜线制成,具有较高的抗蠕变能力,从而提高了发电机承担调峰负荷的能力。为防止由于离心力的作用,对转子绕组端部产生破坏,转子线圈放入槽内后,槽口用铝合金槽楔和钢槽楔固紧,以抵御转子高速旋转产生的离心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的应用,保证了合

37、理的磁通分布。采用了高强度、非磁性合金钢锻件加工而成的护环,热套在转子本体两端,采用悬挂式嵌装,一端与转子本体热套配合,另一端为悬挂式。转子绕组与护环之间采用模压的绝缘环绝缘。为了隔开和支撑端部线圈,限制它们之间由于温差和离心力引起的位移,端部绕组间隔块放置了模压的环氧玻璃布绝缘块。转子槽衬用含云母、玻璃纤维等材料的复合绝缘压制而成,具有良好的绝缘性能和机械性能。槽衬内表面和端部护环绝缘内表面涂有低摩檫系数的干性滑移剂,使转子铜线在负荷及工况变化引起热胀冷缩时可沿轴向自由收缩,以满足发电机调峰运行的要求。3转子引线和集电环通过转子引线与集电环以及电刷装置,可以给发电机提供额定出力及强励时所需的

38、励磁电流。转子电流通过电刷通入热套在转子外伸端的集电环,再通过与集电环相联接的径向和轴向导电螺杆传到转子绕组。导电螺杆用高强度和高导电率的铜合金制成。导电螺杆与转轴之间有密封结构以防漏氢。集电环用耐磨合金钢制成,是一对带沟槽的钢环,经绝缘后热套在转子轴上的。在集电环与转轴之间设有绝缘套筒。集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况,使电刷之间的电流分配均匀。两集电环间设有同轴离心式风扇以冷却集电环和电刷。4护环、中心环、阻尼环因为转子旋转时,转子线圈端部受到很大的离心力的作用,为了防止对转子线圈端部的破坏,采用了非磁性、高强度合金钢(Mn18Cr18锻件加工而成

39、的护环来保护转子线圈端部。护环分别装配在转子本体两端,与本体端热套配合,另一端热套在悬挂的中心环上。转子线圈与护环之间采用模压的绝缘环绝缘。为了隔开和支撑端部线圈,限制它们之间由于温差和离心力引起的位移,端部线圈间放置了模压的环氧玻璃布绝缘块。中心环对护环起着与转轴同心的作用,当转子旋转时,轴的挠度不会使护环受到交变应力作用而损伤。中心环还有防止转子线圈端部轴向位移的作用。为减少由于不平衡负荷产生的负序电流在转子上引起的发热,提高发电机承受不平衡负荷(负序电流和异步运行的能力,采用了半阻尼绕组,在转子本体两端(护环下设有阻尼绕组,结构示意图如图1-18所示。该半阻尼绕组只在转子两端装梳齿状的用

40、紫铜板制成的阻尼环,其梳齿伸进每个槽及大齿上阻尼槽的槽楔下,由槽楔压紧。阻尼电流通路是由护环、槽楔、阻尼铜条形成的阻尼系统。 图1-18发电机转子阻尼绕组5碳刷碳刷是将励磁电流投入高速旋转的转子绕组的关键部件。为了能在发电机运行时安全、迅速地更换电刷,采用了盒式刷握结构。每次可换一组(4个电刷。通入转子励磁电流的电刷是由天然石磨材料粘结制成。碳刷具有低的摩擦系数和自润滑作用。每个碳刷带有两柔性的铜引线(即刷辫。采用恒压式弹簧径向地装在刷盒上,从而在电刷长度达到磨损极限之前没必要调整弹簧压力。弹簧的压力施加在碳刷中心线上,弹簧是一种螺旋式的,压力是恒定的。刷架采用左右分瓣把合结构,由导电环、刷座

41、及风罩等部件组成,对地绝缘,具体结构如图1-19所示。 图1-19发电机励磁碳刷结构电刷的更换:正常操作条件下,电刷磨损量在1000小时时为10-15mm,当电刷长度达到接近磨损极限时,电刷软导线处于几乎完全伸长的状态。因此,在电刷上标有一条磨损极限,如果电刷磨损超过这条线,将不能继续使用,需进行更换。发电机以氢气作为主要冷却介质,采用径向多流式密闭循环通风方式运行,定子绕组采用单独的水冷却系统,而氢气冷却系统,包括风扇盒氢气冷却器完整地置于发电机内部。1定子通风系统发电机定子铁芯沿轴向分为13个风区,6个进风区和7个出风区相间布置。装在转子上的两个轴流风扇(汽、励侧各一将风分别鼓入气隙和铁芯

42、背部,进入背部的气流沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后进入气隙;少部分风进入转子槽内风道,冷却转子绕组;其它大部分再折回铁芯,冷却出风区的铁芯,最后从机座风道进入冷却器;被冷却器冷却后的氢气进入风扇前再循环。这种交替进出的径向多流通风保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却,减少了结构件热应力和局部过热。为了防止风路的短路,常在定转子之间气隙中冷热风区间的定子铁芯上加装气隙隔环,以避免由转子抛出的热风吸入转子再循环。 图1-20发电机通风系统图2转子通风系统 图1-21转子通风冷却方式转子通风冷却方式如图1-21所示,分为下面两种情况:转子本体段的导体冷却采用的是“气隙取气”系统:在转子线棒凿了两排不同方

43、向的斜流孔至槽底,于是,沿转子本体轴向就形成了若干个平行的斜流通道。通过这些通道,冷却用氢气交替的进入和流出转子绕组进风口的风斗,迫使冷却氢气以与转子转速相匹配的速度通过斜流通道到达导体槽的底部,然后拐向另一侧同样沿斜流通道流出导体。从每个进风口鼓进的冷风是分成两条斜流通道向两个方向流进导体,同样,有两条出风通道汇流在一起从出风口流出进入气隙。因此,每个通道从平行线棒纵向切面看成“V”形,而垂直线棒横断面投视图为“U”形。由于任何数量的斜流段都可以沿轴向排列,因而转子绕组的这种结构设计方式与转子长度无关,具有很方便的灵活性。日立所供发电机共分成13个风区(6进7出,每个风区有8个通道,共81个

44、通风道。转子通氢冷却通风孔个数:进风区一个槽里面有48个孔,共有32个槽,合计32³48=1536个;出风区一个槽里面有56个孔,共有32个槽,合计32³56=1792个;用于端部冷却每一段为4个孔,两端共8个孔。沿转子长度方向,高温出风区和低温进风区交替分布。同时定子的进出风区与转子的进风区相匹配,并采用静止挡风板以限制热风在转子中的再循环,另外,从定子流进气隙的气流量比进入转子的气流量大,进一步降低转子热气量的再循环。因此转子铜线温度比较均匀。对于转子两端绕组,斜流气隙取气系统所冷却不到的部分,冷却气体由风扇压迫进入护环下的轴向风道(第7个进风区,然后从本体端部由径向风

45、道进入气隙。3氢气冷却器为减少氢冷发电机的通风阻力和缩短风道,氢气冷却器安放在机座内的矩形框内。冷却器为四组,立放在发电机机座的四角。冷却器和机座间的密封垫结构既可以密封氢气,又可以在冷却器因温度变化胀缩时起到补偿作用,从而始终起到良好的密封作用。氢气冷却器的水箱结构保证了发电机在充氢的状态下,可以打开水箱清洗冷却水管,当冷却器水管从外部水管拆开后,氢气冷却器可以从发电机中抽出。主要部件如下:冷却器框架:冷却器框架由两个侧板和两个端板组成。在定子机座和冷却器外壁板之间装有挡风板,以迫使氢气通过冷却器,从而提高冷却效果。冷却水管:冷却水管为白铜管,纯铜翼片螺旋状缠绕在冷却水管外以增加散热面积,翼

46、片锡焊在水管上,以提高热传导能力。冷却水管很长,在适当的空间间隔位置放置支撑隔板,该处水管外套橡胶套管,橡胶套管外径比翼片外径稍大,以便其能紧密地与支撑隔板配合,使水管被固紧。水箱:水箱由螺栓与承管板把合,当检查或者维修需拆卸上水箱时,先松开把合螺栓,然后用吊攀螺钉起吊上水箱。冷却水管,承管板:冷却水管末端插入不锈钢承管板中,且被胀紧。上部承管板把合在冷却器框架的端板上,并与外机座把合固定。下部承管板与外机座之间并不接触,在它们之间由特别设计的装置构成气密,气密部件与承管板的侧面相互接触但并不固定,使承管板能够沿冷却器长度方向伸缩,防止由于冷却水管的膨胀系数与外机座的膨胀系数不同而引起热应力损

47、害.下部承管板侧面为精加工的气密面,当该面出现缺陷时,需用油石磨平,当缺陷很深以致用油石无法修磨平时,则需补焊并重新加工。密封垫板:为防止漏水,在水箱和承管板之间设有橡皮密封垫板。放气管:为防止冷却水流被聚集的气体阻塞,冷却器内设有放气管。该放气管出口在下水箱外部。放气管向上穿过冷却水管至上水箱,在上水箱盖上钻孔并用塞子塞住,该孔位置应正对放气管口部。如果放气管被异物堵塞,即可将塞子拔掉,用前端磨成锥形的直杆插入管中清理,如果放气管取走,该孔也可作紧急放气孔使用。如需将放气管取出,则拆除下水箱,转动放气管,即可取出,拆卸方便。1.3发电机正常运行汽轮发电机根据设计和制造所规定的条件长期连续工作

48、,称为额定工况。这一运行工况的电压、电流、出力、功率因数、冷却介质温度和氢压等,称为发电机的额定参数。发电机额定参数如下:额定容量667MV A额定功率600MW最大连续输出容量755MV A(在额定氢压0.414MPa 和冷却水温度33下,功率因数0.9额定功率因数0.9(滞后额定电压22kV额定电流17495A额定转速3000r/min周波50Hz相数 3极数 2定子线圈接法YY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承担负序能力:稳态I2(标么值10%I10s暂态22发电机在长期连续运行时的允许出

49、力,主要受机组的允许发热条件限制。发电机带负荷运行时,其绕组和铁芯中都有能量损耗,引起各部分发热。在一定冷却条件下运行时,发电机各部分的温升与损耗及其所产生的热量有关。发电机负荷电流越大,损耗就越大,所产生的热量也越多,温升就越高。汽轮发电机的额定容量,是在一定冷却介质的温度和氢压下,在定子绕组、转子绕组和定子铁芯的长期允许发热温度的范围内确定的。发电机的绕组和铁芯的长期发热运行温度,与采用的绝缘等级有关。我公司的600MW汽轮发电机采用F/F级绝缘(温度按B级考核,发电机温度限额规定如下:定子绕组出水温度:85定子绕组温度:120定子铁芯允许最高温度:120转子绕组温度:115定子端部结构件

50、温度:120集电环温度:120轴瓦温度:90轴承和轴封回油温度:70除了转子绕组的温度采用电阻法测量、集电环温度采用红外线温度计法测量外,其余的温度测量采用埋设检温计法。发电机绝缘在运行过程中会逐渐老化。对绝缘有重大影响的是其温度,温度越高、延续时间越长,老化就越快,使用期限就越短。因此,发电机运行时必须遵照制造厂家的规定,各部位最高温度均不得超过其容许限值,以确保正常使用寿命。1冷却条件变化氢气当氢气温度、压力变化时,都会对出力有很大的影响。当冷却器的进水温度高于制造厂的规定值时,应减小发电机出力,减小的原则是:使绕组和铁芯的温度不超过在额定方式运行时的最大监视温度。但氢气冷却器的进水温度应

51、控制在小于43。当冷端氢温降低时,不允许提高出力,因为定子绕组是采用水内冷的。氢气及其冷却水的温度限额如下:冷氢温度:3546热氢温度:65氢气冷却器进水温度:2038氢气冷却器出水温度:45当氢气压力低于额定值时,由于氢气的传热能力减弱,必须根据制造厂提供的容量曲线来降低发电机的允许负荷。当氢压为0.2MPa时(COS=0.9,发电机出力为400MW;当氢压为0.3 MPa时(COS=0.9,发电机出力为500MW。当氢气纯度变化时,由于氢气与空气混合时,若氢气含量降到4%75%,便有爆炸的危险,所以在运行时,一般要求发电机运行时的氢气纯度保持在95%以上,低于此值应进行排污。另外,由于氢气

52、纯度与通风摩擦损耗之间有密切的关联,氢气纯度每降低1%,通风摩擦损耗约增加11%,因此要保证使运行时的氢气纯度不低于97% 98%,当氢气纯度降低到90%时,发出纯度低报警信号。发电机内装有4台氢气冷却器,当一台冷却器退出运行时,发电机单位的最大连续运行的容量为额定容量的80%。当有5%的冷却水管堵塞时,发电机可以在额定出力下连续运行。定子冷却水当冷却水量在额定值的±10%范围内变化时,对定子绕组的温度影响不大,故不必提高冷却水的流量。但当冷却水量下降较多时,会导致绕组出口水温度增高,且会造成绕组温升不均匀。但水温也不可过低,以防止定子绕组和铁芯的温差过大,使两者之间的位移增大,或使

53、汇水母管上出现结露现象。冷却水温允许在额定值±5的范围内变化,可保证发电机的出力不变。另外,冷却水的电导值不可过高,过高会导致水管内壁发生闪络;且较低的电导值,也可在发电机冷却水停止循环的时候维持更长的时间。定冷水的参数限额如下:定子绕组进水温度:4050定子绕组出水温度:85水量:91.5t/h导电率:0.51.5s/cm定子绕组允许断水时间:当发生定子绕组断水事故时,可采取以下两种不同的处理方式:第一种:可带额定负荷运行30s,若30s后备用定冷水泵不能投入,则应解列发电机,并使发电机端电压降为零。第二种:断水5s后开始减负荷,2min内降到26%额定负荷,此后,根据线圈入口、线

54、圈出口计离子交换器出口共3个水导电率选择运行方式:如三个点均0.5s/cm,运行1小时;如其中一个点0.5s/cm,运行3分钟;如三个点0.5s/cm,立即停机。2频率变化当运行频率比额定值偏高较多时,发电机的转速升高,转子上承受的离心力增大,可能使转子某些部件损坏。同时,频率增高,转速增加,通风摩擦损耗也要增多,虽然此时的磁通可以小些,铁耗有所下降,但总的发电机效率是下降的。当运行频率比额定值偏低时,发电机的转速下降,时两端风扇的送风量降低时发电机的冷却条件变坏,各部分的温升升高。频率降低时,为维持额定电压不变,就得增加磁通,导致漏磁增加而产生局部过热。频率降低,还有可能损坏汽轮机叶片,厂用

55、电动机也可能由于频率得下降,而使厂用机械出力受到严重影响。机组能安全连续地在48.5-50.5HZ 频率范围内运行,当频率偏差大于上述频率值时,不得低于下述值:表1-1 机组安全运行频率允许范围 3端电压变化发电机运行电压的下限,根据稳定的要求,一般不应低于额定值的90%,因为电压过低,会使发电厂厂用电动机的运行情况恶化、转矩降低,从而使机炉的正常运行受到影响。发电机运行电压高于额定值,当升高到105%以上时,其出力必须降低,因为电压升高铁芯内的磁通密度增加,铁耗增加,引起铁芯的温度和定子、转子绕组温度增高。 发电机在额定功率因数下,电压变化范围为±5%,频率变化范围为±2%时,能连续输出额定功率。当发电机电压变化为±5%,频率变化为-5%到+3%的范围运行时,其输出功率见下表:表1-2 机组安全运行电压/频率允许范围 1有功功率调节隐极发电机的电磁功率为 s i n dq e X U E mP =其中m 为定子的相数,E