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1、同步发电机及其运行,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,电机及其基础理论 1.电机的物理概念 以磁场为媒介，实现机电能量相互转换或传递电能的装置。2.电机的分类 变压器 直流电机 交流电机（同步电机 异步电机） 控制电机 3.电磁基本定律 4. 铁磁材料的特性 交流旋转电机的基本工作原理 1.同步电机 2.异步电机,第二节 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,机座,端盖,定子线圈,护环,转子,氢冷
2、器,碳刷架,轴承,出线端子,发电机剖视图,1。机座:防护 支承 密封 耐压 防爆 防振2。定子铁心:轴向分段 径向通风 端部呈阶梯型3。定子线圈水内冷:空心导体与实心导体组合而成 定子线圈水内冷 水路连接为并联单流水路 水电接头4。定子端部的处理,定子结构特点,1)。定子冲片为0.5mm硅钢片涂无机绝缘漆 铁心绝缘可靠（F级绝缘）减少涡流损耗。 铁芯轴向分段，每段间留有径向通风槽。鉄芯氢内冷通道。 鉄芯紧密叠装，减少气隙，减少励磁容量。2)。铁芯端部呈梯形采用整体压圈和全铜屏蔽 减小端部漏磁场，降低铁芯端部温度3)。定子铁芯与机座间弹性支承良好的减小振动效果,铁芯特点: 轴向分段,径向通风槽,
3、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,铁芯叠片时采用了分段多次加压，最后一次热压后用整体压圈夹紧，形成一个刚性圆柱形铁芯，两边端采用粘接结构，在铁芯装压后加热使其粘接成一个牢固的整体。,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 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
4、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,1。氢内冷转子，气隙取气径向斜流通风方式。冷却均匀 2。转子设有滑移层，铜线防磨损垫条适应调峰运行要求 3。转子端部设半阻尼绕组提高负序能力,转子结构特点,正在加工的转子,转子下线,转子阻尼绕组,转子设有阻尼绕组 提高承担不平衡负荷能力,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：运行经验表明，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
5、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。,油水泄漏开关,气体换装置,置换用空气,氢气干燥装置,氢纯度分析器,供氢,供二氧化碳,氢气控制系统,氢压表,气体置换检测装置,置,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
6、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20-30kPa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
7、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,置换空气流程,氢气系统冷却器,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
8、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13个风区，6个进风区和7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，不需高压风扇，通
9、风损耗小。,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
10、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,发电机的定子绕组采用
11、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
12、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
13、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
14、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 667MVA额定功率 1000MW最大连续输出容量 728MVA（额定氢压0.414MPa，冷却水温度 33，功率因数 0.9下与气轮机功率相匹配）发电机最大连续输出容量能力 755MVA(额定氢压0.414MPa，冷却水温度 27， 功率因数 0.9)额定功率因数 0.9（滞后）额定电压 22kV额定转速 3000r/min,其他技术参数,周波 50Hz 相数 3 极数 2 定子线圈接法 YY 冷却型式： 水氢氢 励磁方式： 静态励磁系统 顶值电压 2倍额定励磁电压 电压响应比 3.58倍额定励磁电压/s 允许强励持续时间 20s,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 10s,
