第一篇 300MW 汽轮发电机

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1、第一篇 300MW 汽轮发电机 1 汽轮发电机的结构和冷却系统 2 汽轮发电机的起、停维护 3 汽轮发电机的正常运行方式 4 汽轮发电机的进相运行方式 5 汽轮发电机的不对称运行方式 6 汽轮发电机的主要故障及处理 7 汽轮发电机的试验1 汽轮发电机的结构和冷却系统同步电机的定子铁心和定子绕组与异步机完全 一样，而且它们的转子铁心也都是由导磁材料构 成。两者区别在于转子结构。 1.1 同步机与异步机区别1.1 同步机与异步机区别在异步电机中转子绕组是 一个自行闭合的绕组，当气隙 磁场切割转子绕组时，便会在 转子绕组中感应电势产生电流 ，转子铁芯便表现为表面旋转 变化的磁极。在同步电机中，转子是

2、主磁 极，当外加的直流励磁电流流 入转子绕组时，转子铁芯便表 现出固定的极性，随转子一起 旋转，相当于一块旋转的磁铁 。1 汽轮发电机的结构和冷却系统1.2 同步电机分类按运行方式，分为发电机、电动机和调相机。按结构型式，分为旋转电枢式和旋转磁极式。按转子结构，分为凸极式和隐极式。同步电机按原动机类别, 分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，一般 为横轴式，转速为3000转/分钟；水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低；同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电机的转子有两种构造型式NS+隐极式NSNS+凸极式返回1.3 汽轮发电

3、机的主要部件定子铁心：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组：三相对称绕组铜线制成定子(电枢 )转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子1.4 定子和转子铁心1.5 发电机绕组大型发电机有三个绕组。定子绕组，励磁绕组（ 在转子上）和阻尼绕组（在转子上）。1.5 氢内冷式转子氢内冷式转子，包括转子本体、励磁绕组、护环、阻尼 绕组、集电环、风扇等主要部件。（1）转子本体（2）转子绕组转子采用同心式绕组，每极由8个线圈组成，两极共有16个线圈

4、。转子绕 组导体采用机械强度高的含银低的铜冷拉成型，每匝有两根导体组成。 （3）引线及集电环转子引线是指转子绕组与集电环间的连接线，有正、负各一条， 横截面是半圆形，埋没在轴中心孔内。转子引线是励磁电流经集电环 进入转子绕组的唯一连线 集电环分为正、负两个环，装于发电机的励磁机侧轴承外侧。其 材料除要有足够的机械强度外，还要求耐磨。因而它是用合金锻钢制 成，对表面还进行了硬度处理，其深度达3mm。 （4）槽楔和阻尼绕组转于绕组靠槽楔固定在槽内。转于旋转时，槽楔要受到导体和槽 楔自重的离心力，槽楔采用了机械强度高、比重小的合金硬铝制成。阻尼绕组主要用来对负序磁场产生阻尼，300MW汽轮机发电机的

5、 阻尼装置一般有两种：半阻尼装置和全阻尼装置。（5）护环和中心环转子绕组的两个端部外面套有钢环，称为护环。护环的作用是承 受转子绕组端部在高速旋转时产生的离心力，保护绕组端部不致沿径 向发生位移、变形和偏心。中心环对护环起固定、支持和保持与转轴同心的作用，也有防止 端部绕组轴向位移的用，一般采用铬锰磁性锻钢制成。 （6）风扇汽轮发电机轴上装有三个风扇。正负集电环之间一个，转子两个端部 外侧各一个。1.6 水氢氢气轮发电机氢气系统水氢氢冷却的汽轮发电机的定子热量是通过水内冷方式 带走的；转子热量用氢内冷方式带走；铁心也是用氢气进行冷 却的。（1）定子铁心氢循环系统发电机的定子铁心采取径向通风方式

6、，如图l-1-44所示。铁心沿轴向交替地分成9个风区，4个冷风区，用C表示；5个热风区，用H表示。（2）转子氢循环系统转子通风采取气隙取气斜流式。转子和定子一样也分为9个 风区，4进5出，与定于的进出风区一一对应，如图l-1-44所示 。1.7 汽轮发电机的测温大型汽轮发电机的测温装置的功能是对定子绕组、定子 铁心、冷风区、热风区、氢气冷却器以及密封油、轴承油等 的运行温度进行监测。测温元件通常为体积很小的铜热电阻，近来测温元件已 改进为铂电阻。 1.8 供气系统水氢氢冷却方式的汽轮发电机要求建立专用的供气系统 。该系统应保证；给发电机充以氢气和空气；进行这两种气 体的置换补漏气；自动监视和保

7、持氢的额定压力和纯度。各种不同形式的发电机供气系统大体相仿，QK3-300-1 型如下图所示。 1.9 定子外部供水系统水氢氢冷却方式的发电机，其定子采用清洁纯净 的凝结水进行冷却，对供水系统的要求是： l 定子冷却(凝结)水应有良好的介质特性，装没有离 子交换器和过滤器。 l 管道运行畅通，具有高度可靠性。 l 具有良好的密封性，特别在发电机内不允许泄漏 ，故应保持一定的氢、水压差。典型的发电机定子外部供水系统示于图1-1-52.1.10 油密封及外部供油系统 1.11 水内冷式转子定转子绕组采用内部通水直接冷却方式， 定子铁心采用封闭循环空气冷却，这种冷却 方式也称为水水空方式。2 汽轮发

8、电机的起、停维护2.1 水氢氢汽轮发电机的启动和并列 n 启动前的准备发电机安装或检修完毕，得到系统调度的命令即可 将其启动，并投入运行。启动前，为保证发电机的安 全可靠，必须对有关设备和系统进行一系列检查、测 量和试验。只有下述全部项目都合格后，方可启动机 组。 需要检查的项目（发电机、变压器 的清洁等） 需要测量的项目（交流阻抗，绝缘 电阻等） 需要进行试验的项目 （耐压试验 ，水压试验等）n启动与升压启动水氢氢发电机只有处于氢气冷却时，才允许投入运行 ，因此在转于尚处于静止和盘车状态时就应该充氢。充氢 过程如下： 用二氧化碳(或氮气)充满气体系统，以驱出空 气。 用氢气充满气体系统，以驱

9、出二氧化碳(或氮 气)，将发电机转换到氢气冷却运行状态。 升压汽轮发电机升速至额定转速且定子绕组业已通水的情 况下，可以加励磁升高发电机定子绕组电压，简称升压。 发电机电压的升高速度一般不作规定，可以立即升至规定 值，但在接近额定值时，调整不可过急，以免超过额定值 。 发电机的并列当发电机电压升到额定值后，可准备对电网并列。发电机的同期并列方法有二 ，即准同期与自同期。 准同期并列准向期并列即准确同期并列的方式是一种常用的基本同期方式，并列时应满 足三个条件： 待并发电机的电压与系统电压相等。 待并发电机的频率与系统频率相等。 待并发电机助电压相位角与系统的电压相位角一致。 自同期并列自同期并

10、列的方法是，当持并发电机的转速接近额定转 速(相差土2范围之内)时，在励磁开关断开的情况下先合上发电机的主 开关，然后再合上励磁开关，加上励磁，使发电机自动牵人同步。采用自同 期并列的优点是： 操作简单； 可防止非同期并列引起的危险； 在紧急情况下，可以很快地将发电机并入系统，对加 速事故的处理有很重要的意义。2.2 水氢氢汽轮发电机的解列与停机在接到电网调度员解列命令后，操作人员应按值长命令 填写操作票，经审核批准后执行。 若发电机带有厂用电，则首先拉开供厂用电的开关，随后 将本机的有功及无功负荷转移到其它发电机上。 断开发电机出口开关，调整励磁调节器的自动(或手动)整 定开关，使励磁电流减

11、小，检查发电机电压约为8.4kv时， 断开励滋机磁场开关，记下解列时间。 解列后，如果发电机必须停下来，值长应通知汽机值班员 减速停机，拉开发电机出线隔离开关，停远主变压器及其 冷却装置，拉开主变压器中性点接地刀间。 在解列与停机之间的时间内，定子的冷却水系统应继续运 行，直至汽轮机完全停止转动为止。2.3 汽轮发电机运行中的检查和维护 对汽轮发电机的一般检查和维护 对定子水冷系统的检查和维护 对供气系统的检查和维护 对轴密封的检查和维护 对集电环和电刷的检查和维护3 汽轮发电机的正常运行方式汽轮发电机的正常运行方式是指发电机按铭牌额定数 据运行的方式。3.1 汽轮发电机的稳态运行特性 3.1

12、.1 汽轮发电机的电压向量图汽轮发电机的电压向量图如下图所示。采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时， 电枢的电压方程为 在时间相位上， 滞后于 以90电角度，若不计定 子铁耗, 与 同相位，则 将滞后于 以90电角度 ，于是亦可写成负电抗压降的形式，即因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通a不计磁饱 和时，a又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即式中，Xd称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=X1+Xa，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xd是一个常值。隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻抗 r+jXd串联组成，其中E0表示主磁

13、场的作用，Xd表示电枢反应 和电枢漏磁场的作用。由于大容量同步发电机电枢电阻r与同步电抗Xd相比，小 到可以忽略不计，故可以得到隐极式同步发电机的电压方程 ：3.1.2 空载运行及空载特性同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流 电流 ，定子绕组开路的运行称为空载运行。电磁关系： 空载特性 ：空载电动势 大小：主磁通漏磁通同步电机的空载磁路返回空载运行时，同步电机内 仅有由励磁电流所建立的主 极磁场。左图表示一台四极 电机空载时的磁通示意图。 从图可见，主极磁通分成主 磁通0和漏磁通f两部分 ，前者通过气隙并与定子绕 组相交链，后者不通过气隙 ，仅与励磁绕组相交链。主 磁通所经过的

14、主磁路包括空 气隙电枢齿、电枢轭、磁极 极身和转子轭等五部分。当空载运行时（电枢绕组开路，I=0）,空载电动势E0随 转子励磁电流If变化的关系 。l当励磁电流较小时，由于磁 通较小，电机磁路没有饱和， 空载特性呈直线（将其延长后 的射线称为（气隙线）磁势主磁势主 要消耗在气隙上要消耗在气隙上 l随着励磁电流的增大，磁路 逐渐饱和，磁化曲线开始进入 饱和段。（向下弯曲） l铁磁饱和后，需磁势迅速增 大，横向距离bcbc为铁磁部分的 磁压； l为了合理地利用材料，空载 额定电压一般设计在空载特性 的弯曲处，如图中的c点 。饱和系数：空载特性的实验测定 调节可变电阻，使激 磁电流逐步上升，每 次记

15、下If和E0的读数 。 作同步电机的空载特 性 由于存在剩磁，规定 用下降曲线来表示空 载特性。 从1.3UN对应的激磁 逐步减小剩磁电动势空载特性的工程应用 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比较 ，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明 该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。 如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节 困难 如饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且 铁心利用率较低，铁心耗材较多 结合短路特性可以求取同步电机的参数。 发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性 以及励磁系统的故障。 3.1.3 短路特性短路特性是指定子三相绕组短接，转速 ， 机端电压 的

16、条件下，励磁电流 与三相稳定短 路电流 间的关系，即 。短路特性与 空载特性配合可 以求出电机的同 步电抗。 短路特性是一直线去磁作用减少了电机中的磁通，磁路处于不饱和状态 。 电枢磁势Fa正比于电枢电流I=Ik短路特性的测定短路试验先将三相电枢绕组在出线端处短接，再 起动原动机将发电机带到同步转速，通入 不同数值的激磁电流If，读取每次相应的短 路电流Ik，即得同步发电机的短路特性。3.1.4 负载特性负载特性是发电机在额定转速下 ，保持 负载电流 及 不变的条件下，励磁电流 和 端电压U之间的关系，即 。零功率因数负载特性零功率因数特性和空载特性之间只相差一个特性三角形 AEF，其垂直边为褐抗压降Ix。，水平边为克服电枢反应 磁通所需的励磁电流Ifa。由于测取零功率因数特性时电流I 保持