1、目錄第1章發電機本體 (11.1 基礎知識 (11.2 發電機本體結構 (81.3 發電機正常運行 (171.4 發電機非正常運行 (281.5 技術規范 (32第2章發電機封閉母線和出口開關 (372.1 分相封閉母線 (372.2 發電機出口開關 (422.3 技術規范 (48第3章發電機勵磁系統 (543.1 UNITROL5000勵磁系統簡述 (553.3 自動控制與保護 (623.4 技術規范 (69第4章發電機氫氣系統 (734.1 系統及設備描述 (734.2 就地及遠方控制設備介紹 (764.3 技術規范 (82第5章發電機密封油系統 (835.1 系統及設備描述 (835.2

2、 密封油系統的運行 (875.3 技術規范 (90第6章發電機定子冷卻水系統 (926.1 系統及設備描述 (926.2 就地及遠方控制設備介紹 (956.3 自動控制和聯鎖保護說明 (986.4 技術規范 (99第7章大型電力變壓器 (1017.1 主變 (1017.2 廠高變和03號啟動變 (109第8章廠用電系統及配電裝置 (1158.1 廠用電系統接線 (1158.2 系統和設備介紹 (1178.3 技術規范 (131第9章廠用UPS及直流系統 (1409.1 UPS系統 (1409.2 直流系統 (1449.3 技術規范 (150第10章事故保安系統 (15310.1 系統設備 (1

3、5310.2 柴油發電機組 (15410.3 柴油機的啟動運行 (15810.4 技術規范 (159第11章發變組繼電保護 (16111.1 發電機主要故障和異常 (16111.2 變壓器主要故障和異常 (17111.3 發變組繼電保護配置原則及特點 (17311.4 保護配置 (18311.5 發變組保護分柜方案 (18811.6 發電機保護原理 (192電氣培訓教材(D版11.7 主變壓器保護原理 (218第12章電氣監控系統 (22912.1 DCS對電氣系統的監控 (22912.2 網絡監控系統(NCS (23012.3 EDS系統 (23712.4 技術規范 (240第13章電力調度

4、通信系統 (24713.1 調度通信子系統 (247目錄13.2 RTU及遠動系統 (24813.3 電能計量系統 (24913.4 電廠報價輔助決策系統 (25113.5 調度系統設備布置 (253第14章500KV系統及配電裝置 (25414.1 發電廠電氣主接線簡介 (25414.2 500K V系統主要設備 (25614.3 500K V母線保護 (26314.4 500K V線路和開關保護 (26514.5 技術規范 (279第15章220KV系統及配電裝置 (28715.1 220K V設備 (28715.2 220K V系統運行 (29615.3 技術規范 (296第一章 發電機

5、本體第1章 發電機本體我公司發電機為東方電機股份有限公司引進日本日立公司技術,并合作生產的QFSN-600-2-22三相同步汽輪發電機。發電機冷卻方式為水-氫-氫,采用機端自并勵靜止勵磁,選用瑞士ABB 公司的UNITROL 5000型微機數字可控硅整流勵磁系統。大型發電機與中、小型發電機有很多不同之處。大型發電機由于有效材料利用率提高,采用的是直接冷卻系統,致使機組的線負荷和極距增大,氣隙長度較小,所以總的趨勢是阻抗增大,機械時間常數降低。此外由于大型發電機的漏磁通較大,所以發電機的暫態電抗X d 及次暫態電抗X d 的值也較大,電阻值同時隨著電流密度的增大而增大,機械時間常數T m 則隨單

6、機容量的增大而減小。X d 值越大,X s 值(電網阻抗較小時,靜態穩定極限功率就越小,導致靜態穩定儲備降低。機械時間常數的變化,也會對發電機的暫態穩定造成很大的影響。針對這種狀況,現在主要采用高瞬態反應的勵磁系統來改善這些不利的影響,提高大容量發電機的可靠性及利用率。1.1 基礎知識交流旋轉電機主要分為同步電機和異步電機。同步電機主要用作發電機,而異步電機主要用作電動機。所謂同步電機即指電機的轉速為同步轉速(恒定值,而異步電機即指電機的轉速不同于同步轉速(非恒定值。 圖1-1 同步發電機的工作原理發電機主要有定子和轉子兩部分,定、轉子之間有氣隙,原理如圖1-1所示。定子上有AX 、BY 、C

7、Z 三相繞組,它們在空間上彼此相差120°電角度,每相繞組的匝數相等。轉子磁極(主極上裝有勵磁繞組,由直流勵磁,其磁通方向從轉子N 極出來,經過氣隙、定子鐵芯、氣隙,再進入轉子S 極而構成回路,如圖中的虛線所示。用原動機拖動發電機沿逆時針方向旋轉,則磁力線將切割定子繞組的導體,由電磁感應定律可知,在定子導體中就會感應出交變的電勢,即t E t lv B e m m sin sin =B m 為正弦波磁密的最大值,l 為磁力線切割導體的長度,v 為磁力線切割導體的線速度,=2f ,f 為電勢的頻率。由于發電機定子三相繞組在物理空間布置上相差120°,那么轉子磁場的磁力線勢必將

8、先切割A 相繞組,再切割B 相,最后切割C 相。因此,定子三相感應電勢大小相等,在相位上彼此互差120°電角度。假設相電勢最大值為E m ,A 相電勢的初相角為電氣培訓教材(D 版零,則三相電勢的瞬時值為: 240sin(120sin(sin -=-=t E e t E e tE e m c m B m A 如果某發電機有p 對極,轉子每分鐘轉數為n ,則轉子每秒鐘旋轉n/60轉,那么感應電勢將每秒交變(pn/60次,即頻率為60pn f =。由于汽輪發電機的極對數為1,所以n =3000r/min 情況下,f =50Hz 。組;雙層繞組又分為疊繞組和波繞組;按每極每相槽數 是整數還

9、是分數分為整數槽繞組和分數槽繞組。對于大型汽輪發電機主要采用三相雙層繞組,并采用短距疊繞組,雙層繞組構成如左圖。在每個槽內有上下兩個線圈邊,線圈的一個邊嵌在某個槽的下層,則另一邊則嵌在相隔y 1槽(節距:一個線圈的有效邊在定子鐵芯上跨的槽數的上層。采用雙層繞組可以很方便地把繞組型式設計成短距繞組。短距繞組具有改善電勢波形和節約材料的優點。在實際的電機中,由于磁極磁場是不可能完全按正弦規律分布,因此,在定子繞組內的感應電勢也不完全是正弦波形,即除了正弦波形的基波外,還包含著一系列的諧波。諧波的次數越高,它的幅值越小,對電勢波形的影響越小。高次諧波的存在,對發電機會產生許多不良的影響:1發電機本身

10、的損耗增加,效率降低,溫升增高。2可能引起輸電線路的電感和電容產生諧振,產生過電壓。3對鄰近的通訊線路產生干擾。削弱諧波的常用方法如下:1隱極汽輪發電機的氣隙是均勻的,因此只要把每極范圍內安放的勵磁繞組與極距之比設計在0.70.8范圍內,就可使發電機磁極磁場的波形比較接近于正弦形。2采用Y 形連接,由于3次諧波及其倍數奇次諧波是同大小、同相位的,采用這種接線可把這些諧波抵消掉。3采用短距繞組,可削弱5、7次諧波。4采用分布繞組,即增大每極每相槽數q ,可顯著削弱高次諧波電勢。但隨著q 值的增大,電樞槽數增多,這將引起沖剪工作和絕緣材料的消耗量增加,使成本上升。所以,一般隱極汽輪發電機的q 取6

11、12之間。 圖1-2 三相電勢曲線圖1-3 雙層繞組圖第一章 發電機本體 圖1-4 60°相帶槽電勢星形圖交流發電機的磁通分為兩部分,一部分與定、轉子繞組同時交鏈,稱為氣隙磁通,是電機進行機電能量轉換的媒介;另一部分僅與定子繞組或僅與轉子繞組相交鏈,稱為漏磁通。氣隙磁通的路徑是:從定子磁軛經過定子齒、空氣隙到轉子,再經過空氣隙、定子齒回到定子磁軛,形成閉合磁路。氣隙磁通可由定子磁勢建立,也可由轉子磁勢建立。當發電機中的定、轉子繞組中都有電流時,則由定、轉子磁勢共同建立。1同步發電機空載運行當同步發電機被原動機拖動到同步轉速時,轉子繞組中通入直流勵磁電流而定子繞組開路時,稱為空載運行。

12、 圖1-5 凸極同步發電機的空載磁場空載磁路如圖1-5所示,此時定子電樞電流為零,電機氣隙中只有轉子電流(勵磁電流I f 單獨產生的磁勢F f 和磁場,稱為勵磁磁勢和勵磁磁場。圖中既交鏈轉子又經過氣隙交鏈定子的磁通稱為主磁通,即空載時的氣隙磁通(0,或稱勵磁磁通。而只交鏈勵磁繞組而不與定子繞組相鏈磁通稱為漏磁通(f ,它不參與電機之間的能量轉換過程。當轉子以同步轉速n 1旋轉時,主磁通切割定子繞組感應出頻率為f=(pn/60的三相基波電勢,其有效值為:011044.4=N N k f E 。這樣,改變勵磁電流I f 就可以改變主磁通0,空載電勢E0值也將改變。從磁路計算公式可知,當一臺電機的各

13、段鐵芯和氣隙的尺寸以及鐵芯的材料決定后,它的磁性特性也就確定不變了。 圖1-6同步發電機空載時的時-空矢量圖圖1-6為同步發電機空載時的時-空矢量圖,F f1為勵磁磁勢的基波,B f1為氣隙磁通密度的基波,兩者同相位,其正波幅均處于轉子直軸正方向上,且與轉子一起以同步轉速(1=2f旋轉。由磁通密度波B f1與定子任一相相交鏈的磁通量是一時間變量,用0表示,由0感應于該相的電勢用E0表示,相量E0滯后于0 90°。2同步發電機對稱負載運行當定子接上對稱的負載后,這時在負載電流產生了第二個磁勢電樞磁勢。電樞磁勢與勵磁磁勢相互作用形成負載時氣隙中的合成磁勢并建立負載時的氣隙磁場,因此,所謂

14、對稱負載時的電樞反應,即對稱負載時電樞磁勢的基波對主極磁場基波的影響。由對稱三相繞組中流過的三相對稱負載電流所產生的電樞磁勢的基波是一個旋轉磁勢,其轉速p fn60=,以601pnf=代入則n=n1,即電樞磁勢基波的轉速與勵磁磁勢的轉速(電機轉子轉速一定相等,且兩者的轉向一致。由此可見,電樞磁勢基波與勵磁磁勢同轉速、同轉向,彼此在空間上始終保持相對靜止的關系。正是由于這種相對靜止,才使它們之間的相互關系保持不變,從而共同建立數值穩定的氣隙磁場和產生平均電磁轉矩,實現機-電能量轉換。這種“定、轉子磁勢相對靜止”是一切電磁感應電機能夠正常運行的基本條件。電樞反應的性質取決于電樞磁勢基波與勵磁磁勢的

15、空間相對位置,主要是與勵磁磁勢E0和電樞電流I之間的相位差,即角度(E0與I的夾角有關。I 和0E 同相(=0時的電樞反應 圖1-7=0時的電樞反應圖1-7為一臺同步發電機的原理圖,圖中電樞繞組的每一相都用一個等效整距集中線圈來表示,并只考慮勵磁繞組和電樞繞組的基波,并且選取A 相勵磁電勢達最大值時刻繪圖。勵磁磁勢F f1(勵磁磁通0位于轉子的d 軸上,而由旋轉的勵磁磁場在定子三相繞組中感應的電勢E 0則位于滯后d 軸90°電角度的q 軸上,由三相電流合成的電樞磁勢的基波F a 也位于q 軸上,它們和轉子一起以同步轉速旋轉。由此可見當I 和E 0同相時,電樞磁勢F a 的軸線總是和轉

16、子磁極軸線(d 軸相差90°電角度,而和轉子的交軸(q 軸相重合。因此這種電樞反應稱為交軸電樞反應,而把這時的電樞磁勢F a 稱為交軸電樞磁勢F aq 。氣隙合成磁勢F 是由F f1和F a 矢量法相加合成的,而B 是由F 產生的氣隙磁通密度波。可見交軸電樞反應使合成磁場軸線位置從空載時的直軸處逆轉向后移了一個銳角,而幅值也有所增加。 I 滯后0E 一個銳角時的電樞反應 圖1-8 0<<90°時的電樞反應 在一般情況下,0°<<90°,也就是說電樞電流I 滯后于勵磁電勢E 0一個銳角,這時電樞反應如圖1-8所示。此時,A 相的勵磁

17、磁勢恰好達正最大值,以此作為時間的起點,即t =0。由于0,故t=0時A 相電流未達正最大值,即電樞磁勢的軸線不在A 相軸線(q 軸上,而是位于A 相軸線后面空間電角的位置,F a 滯后勵磁磁勢(90°+電角。可將此時的F a 分解為交軸和直軸兩個分量,即cos sin a aq a ad aqad a F F F F F F F =+=每一相的電流I 分解為cos sin I I I I I I I q d qd =+=其中I q 與電勢E 0同相位,F aq 為交軸電樞磁勢,產生該磁勢的電流分量I q 稱為I 的交軸分量;F ad 為直軸電樞磁勢,產生該磁勢的電流分量I d 稱為

18、I 的直軸分量。磁勢交軸分量I q 產生的電樞反應對氣隙磁通起交磁作用,使氣隙的合成磁場逆轉向位移一個角度,而直軸分量I d 產生的電樞反應則對氣隙磁場起去磁的作用。3隱極同步發電機的電勢方程式、同步電抗和矢量圖為簡化,在此介紹不考慮飽和時的情況:可利用疊加原理分別求出F f1和F a 單獨在定子每一相產生的磁通和電勢,再考慮到由電樞漏磁通磁場引起的每一相的漏磁通和漏電勢E ,得到下列關系:根據基爾霍夫電路定律,可對電樞任一相得出電勢方程式:a a IR U E E E E +=0式中,U 為電樞一相繞組的端電壓,I Ra 為電樞一相繞組的電阻壓降。 圖1-9 同步發電機的時-空矢量圖根據電磁

19、感應定律,0E 、a E 、E 分別滯后于產生它們的磁通0 、a 、 90°相角。a E 滯后于I 90°相角,而a E I ,因此 aa X I j E -= 式中 X a 稱為電樞反應電抗,相當于激磁電抗。同樣,漏電勢E 亦可寫為負漏抗壓降的形式,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 稱為同步電機的同步電抗,它等于電樞反應電抗和定子漏抗之和,即at X X X += 同步電抗是表征對稱穩態運行時電樞旋轉磁場和電樞漏磁場的一個綜合參數。1并列操作 I f (勵磁電流F f1(勵磁磁勢基

20、波0(勵磁磁通E 0(勵磁電勢I (定子三相電流F a (電樞磁勢基波a (電樞反應磁通E a (電樞反應電勢(定子漏磁通E (定子漏電勢一臺發電機組在未投入系統運行之前,它的電壓并列點與系統電壓的狀態量(幅值、頻率、相角往往不等,須對發電機進行適當操作使之符合并列條件后才允許開關合閘作并網運行。同步發電機并列時應遵循如下的原則:并列開關合閘時,沖擊電流應盡可能小,其瞬時最大值一般不超過12倍的額定電流。發電機組并入電網,迅速進入同步運行狀態,其暫態過程要短,以減小對電力系統的擾動。現在的大型汽輪同步發電機的并列方法采用自動準同期裝置進行準同期并列操作。2并列條件發電機的頻率和電網頻率,f f

21、 =;發電機和電網的電壓波形要相同;發電機和電網電壓大小、相位要相同,即U E =0; 發電機和電網的相序要相同。如果頻率不同,則在0E 和U 之間有相對運動,將產生數值一直在變化的環流,引起發電機內的功率振蕩。如波形不同,則將在發電機和電網內產生一高次諧波環流。如兩種電壓在大小和相位上不一致,則在發電機和電網間將產生一個環流,在極性相反的情況下誤投入合閘時,I h 的數值可以高達2030I N ,這可能對定子繞組端部造成極大的損傷。3并列原理 圖1-10 發電機并列原理示意圖設并列開關DL 兩側電壓分別為G U 和X U 。DL 主觸頭閉合瞬間所出現的沖擊電流值以及進入同步運行的暫態過程,決

22、定于合閘時的脈動電壓SU 和滑差角頻率S 。 脈動電壓(U S t U U U U U S G X G X S cos 222-+=從上式中可以看出在脈動電壓U S 的脈動波形中有準同期并列所需的檢測的信息電壓幅值差、頻率差以及相角差隨時間的變化規律。因而可以利用它為自動并列裝置提供并列的信息以及選擇合適的合閘信號發出時間。 電壓幅值差:因為X G s U U U -=min ,通過U smin 的測量,就可判別出U G 和U X 間的電壓幅值差是否超出允許值。頻率差:U G 與U X 間的頻率差就是脈動電壓U S 的頻率f S 。合閘相差e 的控制:為了使合閘瞬間是G U 和XU 兩相重合的

23、瞬間,考慮到開關操作機構和合閘回路控制電器的固有動作時間,必須在兩電壓相量重合之前發出合閘信號,即取一提前量。自動準同期裝置的組成原理為了使待并發電機組滿足并列條件,自動準同期裝置設置了三個控制單元 頻差控制單元:它的任務是檢測S ,使發電機電壓的頻率接近于系統頻率。電壓差控制單元:它的任務是檢測G U 和XU 間的電壓差,使發電機電壓與電網電壓之間的差值小于規定允許值。合閘信號控制單元:該單元就是用于選擇合適的時間發出合閘信號,使并列開關DL 的主觸頭接通時,相角差e 接近于零或控制在允許范圍以內。準同期并列合閘信號的控制目前,準同期并列裝置采用的提前量有越前相角和越前時間兩種。在G U 和

24、XU 兩相量重合之前恒定角度發出合閘信號,稱為恒定越前相角并列裝置。在G U 和XU 重合之前恒定時間發出合閘信號,稱為恒定越前時間并列裝置。一般采用恒定越前時間并列的裝置較多。1.2 發電機本體結構 圖1-11 發電機結構原理圖 圖1-12發電機剖視圖汽輪發電機主要由定子、轉子、端蓋和軸承等部件組成,具體的發電機結構見圖1 -11和1-12所示。發電機的發熱部件,主要是定子繞組、定子鐵芯(磁滯與渦流損耗和轉子繞組。必須采用高效的冷卻措施,使這些部件所發出的熱量散發除去,以使發電機各部分溫度不超過允許值。我公司發電機采用水-氫-氫冷卻方式,即發電機定子繞組及引線是水內冷,發電機的轉子繞組是氫內

25、冷,轉子本體及定子鐵芯是氫冷。為此,發電機還設有定子水冷系統,發電機氫冷系統和為防止氫氣從軸封漏出的密封油系統。發電機定子主要由機座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。1機座與端蓋機座是用鋼板焊成的殼體結構,它的作用主要是支持和固定定子鐵芯和定子繞組。此外,機座可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸力。在機殼和定子鐵芯之間的空間是發電機通風(氫氣系統的一部分。由于發電機定子采用徑向通風,將機殼和鐵芯背部之間的空間沿軸向分隔成若干段,每段形成一個環形小風室,各小風室相互交替分為進風區和出風區。這些小室用管子相互連通,并能交替進行通風。氫氣交替地通過鐵芯的外側和內側,再集中起來通過冷卻器,從而有效地

26、防止熱應力和局部過熱。端蓋是發電機密封的一個組成部分,結構如圖1-13所示。為了安裝、檢修、拆裝方便,端蓋由水平分開的上下兩半構成,并設有端蓋軸承。在端蓋的合縫面上還設有密 用。在轉軸穿過端蓋處的氫氣密封是依靠油密封的油膜來保證。密封瓦為銅合金制成,內圓與軸間有間隙,裝在端蓋內圓處的密封座內。密封瓦分成四塊,在徑向和軸向均有卡緊彈簧箍緊,盡管密封瓦在徑向可以隨軸一起浮動,但在密封座上下均有銷子可以防止它切向轉動。密封油經密封座和密封瓦的油腔流入瓦和軸之間的間隙沿徑向形成油膜以防止氫氣外泄,在勵端油密封設有雙層對地絕緣以防止軸電流燒傷轉軸。2機座隔振定子彈性支撐為了減小由于轉子磁通對定子鐵芯的磁

27、拉力引起的雙頻振動,以及短路等其它因數引起的定子鐵芯振動對機座和基礎的影響,在定子鐵芯和機座之間采用臥式彈性隔振結構。彈性隔振結構形式如下圖所示:在定位筋的背部裝彈簧板,彈簧板通過墊塊,用螺栓固定在定位筋的背部,彈簧板中部與機座內的隔板相連,構成彈性隔振結構。 圖1-14機座彈性隔振結構3定子鐵芯定子鐵芯是構成發電機磁路和固定定子繞組的重要部件。為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗,定子鐵芯采用導磁率高、損耗小、厚度為0.5mm的優質冷軋硅鋼片沖制而成。每層硅鋼片由數張扇形片組成一個圓形,每張扇形片都涂了耐高溫的無機絕緣漆。沖片上沖有嵌放線圈的下線槽及放置槽楔用的鴿尾槽。扇形沖片利用定子定位筋定位,通

28、過球墨鑄鐵壓圈施壓,夾緊成一個剛性圓柱形鐵芯,用定位筋固定在內機座上。齒部是通過壓圈內側的非磁性壓指來壓緊。邊段鐵芯涂有粘接漆,在鐵芯裝壓后加熱,使其粘接成一個牢固的整體,進一步提高鐵芯的剛度。為了減少端部漏磁通在壓圈和邊段鐵芯中引起的發熱以及在端部鐵芯中的附加電氣損耗,在壓圈上裝有全銅屏蔽;邊端鐵芯為階梯狀以增加鐵芯內園與轉子之間的氣隙;并在齒上沖有小槽。轉子繞組端部存在大量的漏磁通,另外,發電機運行時定子繞組在鐵芯端部也產生大量的漏磁通,這些漏磁通主要是垂直進入端部定子鐵芯,從而感應出垂直于軸向的渦流,引起鐵芯端部過熱。發電機在欠勵條件下運行時,定子繞組會產生更多的漏磁通,使鐵芯端部過熱更

29、為嚴重。為了減少端部漏磁通在壓圈和邊段鐵芯中引起的發熱和在端部鐵芯中的附加電氣損耗,東方電機公司采取了以下措施:鐵芯端部設計成階梯狀鐵芯孔兩端逐漸放大,這可以防止轉子漏磁通量過多聚集在定子鐵芯端部,而且可以使部分漏磁通轉變成垂直于定子軸線的徑向磁通,從而減少損耗降低端部過熱。在轉子線圈端部采用非磁性護環。通過勵磁繞組護環的去磁作用,增加了漏磁通的磁阻,從而減少了轉子端部漏磁通對定子鐵芯的影響。在鐵芯端部表面,采用一塊銅防護板,既所謂的電屏蔽環采用電屏蔽的目的是防止端部大部分軸向漏磁通穿過鐵芯。因為鐵芯端部采用階梯形后,壓圈處的漏磁會有所增加,利用漏磁通能在銅防護板內產生的大量渦流,此渦流的方向

30、將阻止漏磁通穿過。而銅與用作鐵芯端片的石墨鑄鐵相比,電阻率只有約1/5,根據磁穿透深度定律,損耗降到大約1/2,而且銅的導熱系數是石墨鑄鐵的5倍,因而,銅防護板不會出現過熱。鐵芯端部壓圈和鐵芯端板(壓指采用高電阻率、低導磁率材料這種材料增大了銅防護板和鐵芯間的磁阻,使漏磁通不易穿過鐵芯,高電阻率又使該部位渦流減小,故此部件也不會過熱。在鐵芯端部扇形體上開槽由于在鐵芯端部扇形齒部開槽隙,使得渦流流動面積減少了約1/2,于是渦流損耗減小了約3/4。冷卻風系統中,加強對端部的冷卻。4定子繞組定子繞組的端部結構如圖1-15所示,它是由嵌入鐵芯槽內的絕緣線棒在端部聯結成的線圈,繞組端部為籃式結構,并且由

31、引線環連接成固定的相帶。采用連續式F級環氧粉云母絕緣系統,表面有防暈處理措施。軸向可沿支架滑銷方向自由移動,減少由于負荷或工況變化而在定子繞組和支撐系統中引起的應力,滿足機組調峰運行的要求。 圖1-15發電機定子端部結構圖在負載運行條件下,定子繞組會產生自感應渦流損耗,為減少這種損耗,定子線棒采用了羅貝爾換位形式。所謂換位,就是在線棒編織時,讓每根線棒沿軸向長度,分別處于槽內不同高度的位置,這樣每根線棒的漏電抗相等,使每根導體內電流均勻,減少直線及端部的橫向漏磁通在各股導體內產生的環流及附加損耗。定子線棒由矩形的空心和實心股線混合編織而成,定子繞組就是通過空心股線中的水介質來冷卻的。定子線棒端

32、部的所有股線均焊接到水電接頭上,通過銅帶將兩根線棒水電接頭焊在一起形成電氣連接,構成一匝線圈;而所有空心股線中的冷卻水通過水電接頭的水路接至靠滑環端的匯流母管,并經絕緣引水管進入線圈。在發電機的集電環端設有一條進水母管;在汽機端部設有一條出水母管。冷卻水流通道為單向型,即從集電環端流向汽機端。匯流母管是直接接地的,從線圈到匯流母管間的連接是采用單個加強型絕緣管,這種絕緣管設計上能夠受發電機的運行電壓,這就保證了線圈的對地絕緣。但對于這種結構,測量線圈絕緣卻是不方便的。 圖1-16定子線棒的固定1-槽底墊料;2-主絕緣;3-實心線;4-層間墊料;5-半導體彈性波紋板;6-空心線;7-傳動墊條;8

33、-滑動楔塊;9-錐形楔銷發電機定子線棒在槽內的固定如圖1-16所示,它有良好的固定:側面有半導體彈性波紋板,徑向還用帶斜度的槽楔組合固定。定子繞組端部設有特殊的支撐系統,用浸膠滌玻繩綁扎固定在由玻璃鋼支架和綁環組成的端部固定件上,綁扎固定后進行烘焙固化,使整個端部在徑向和周向上為剛性固定,確保端部固有頻率遠離倍頻,避免運行中發生共振。軸向可沿支架滑銷方向,隨負載或工況變化而自由地移動,大大減少了由于負載或工況變化在繞組和支撐系統引起的應力,提高了機組運行的可靠性及滿足機組調峰運行的要求。5發電機出線發電機各相和中性點出線均通過集電環端機座下部出線罩引出機座,在出線罩與定子外機座之間放置有密封墊

34、以維持氣密性。出線罩板采用非磁性材料以減少定子電流產生的渦流損耗。出線罩板下方開有排泄孔以防止引線周圍積存油或水。 圖1-17發電機定子出線及氫冷回路定子出線及氫冷回路如圖1-17所示。定子出線通過高壓絕緣套管穿出機殼外,套管由整體的陶瓷和銅導電桿組成,導電桿兩端鍍銀。過渡引線及出線套管均采用氫氣內冷,套管上裝有電流互感器供測量和保護用。氫氣從銅導電桿上端的進風口進入導電桿內管,在底部轉入雙層銅管的環形空間,通過上部一特殊接頭排入過渡引線,再由固定過渡引線的空心磁套管排入出線罩的夾層風道后進入內外端蓋間的低壓風區。6測溫元件和出線板而線棒溫度,采用每個槽內上下層線棒間埋置的電阻檢溫計來測量。鐵

35、芯溫度用埋置的熱電偶測量。此外,在冷卻器的進風區埋設有電阻檢溫計,以測量冷卻器的進出風溫。所有機內的檢溫計均通過機座下部的接線端子板引出。熱電偶:由于發電機在欠勵運行時,定子端部部件的溫度會很高,這些部位均埋設熱電偶以測量溫度。在定子壓圈,銅屏蔽和鐵芯邊段齒部、軛部測量部位所安裝的熱電偶是銅-康熱電偶,其傳感部件焊在測點位置。定子線圈出水溫度,采用布置在出水接頭上的熱電偶測量。軸瓦溫度采用埋置在鎢金下的熱電偶測量。熱電偶的股線和保護套之間的間隙用陶瓷物質填充,使股線與外層空氣隔絕,并可避免熱電偶在空氣中和高溫下被腐蝕。熱電偶引線(玻璃絲包股線被引至測溫端子箱的出線板上。1轉子本體發電機轉子是由

36、一根整體合金鋼鍛件加工而成,在轉子本體上徑向地開有許多縱向槽用于安裝轉子繞組,同時作為磁路。轉子繞組在槽內由鋁合金和鋼槽楔緊固以抵御離心力。這種磁性和非磁性兩種槽楔的應用能夠保證合理的磁通分布。這些槽楔均楔入了轉子槽口處的鴿尾槽內。轉子大齒上加工橫向槽(即月牙槽,用于均衡大、小齒方向的剛度,以避免由于它們之間的較大差異而產生倍頻振動。2轉子繞組轉子繞組由高強度含銀銅線制成,具有較高的抗蠕變能力,從而提高了發電機承擔調峰負荷的能力。為防止由于離心力的作用,對轉子繞組端部產生破壞,轉子線圈放入槽內后,槽口用鋁合金槽楔和鋼槽楔固緊,以抵御轉子高速旋轉產生的離心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的應用,保證了合

37、理的磁通分布。采用了高強度、非磁性合金鋼鍛件加工而成的護環,熱套在轉子本體兩端,采用懸掛式嵌裝,一端與轉子本體熱套配合,另一端為懸掛式。轉子繞組與護環之間采用模壓的絕緣環絕緣。為了隔開和支撐端部線圈,限制它們之間由于溫差和離心力引起的位移,端部繞組間隔塊放置了模壓的環氧玻璃布絕緣塊。轉子槽襯用含云母、玻璃纖維等材料的復合絕緣壓制而成,具有良好的絕緣性能和機械性能。槽襯內表面和端部護環絕緣內表面涂有低摩檫系數的干性滑移劑,使轉子銅線在負荷及工況變化引起熱脹冷縮時可沿軸向自由收縮,以滿足發電機調峰運行的要求。3轉子引線和集電環通過轉子引線與集電環以及電刷裝置,可以給發電機提供額定出力及強勵時所需的

38、勵磁電流。轉子電流通過電刷通入熱套在轉子外伸端的集電環,再通過與集電環相聯接的徑向和軸向導電螺桿傳到轉子繞組。導電螺桿用高強度和高導電率的銅合金制成。導電螺桿與轉軸之間有密封結構以防漏氫。集電環用耐磨合金鋼制成,是一對帶溝槽的鋼環,經絕緣后熱套在轉子軸上的。在集電環與轉軸之間設有絕緣套筒。集電環上加工有軸向和徑向通風孔。表面的螺旋溝可以改善電刷與集電環的接觸狀況,使電刷之間的電流分配均勻。兩集電環間設有同軸離心式風扇以冷卻集電環和電刷。4護環、中心環、阻尼環因為轉子旋轉時,轉子線圈端部受到很大的離心力的作用,為了防止對轉子線圈端部的破壞,采用了非磁性、高強度合金鋼(Mn18Cr18鍛件加工而成

39、的護環來保護轉子線圈端部。護環分別裝配在轉子本體兩端,與本體端熱套配合,另一端熱套在懸掛的中心環上。轉子線圈與護環之間采用模壓的絕緣環絕緣。為了隔開和支撐端部線圈,限制它們之間由于溫差和離心力引起的位移,端部線圈間放置了模壓的環氧玻璃布絕緣塊。中心環對護環起著與轉軸同心的作用,當轉子旋轉時,軸的撓度不會使護環受到交變應力作用而損傷。中心環還有防止轉子線圈端部軸向位移的作用。為減少由于不平衡負荷產生的負序電流在轉子上引起的發熱,提高發電機承受不平衡負荷(負序電流和異步運行的能力,采用了半阻尼繞組,在轉子本體兩端(護環下設有阻尼繞組,結構示意圖如圖1-18所示。該半阻尼繞組只在轉子兩端裝梳齒狀的用

40、紫銅板制成的阻尼環,其梳齒伸進每個槽及大齒上阻尼槽的槽楔下,由槽楔壓緊。阻尼電流通路是由護環、槽楔、阻尼銅條形成的阻尼系統。 圖1-18發電機轉子阻尼繞組5碳刷碳刷是將勵磁電流投入高速旋轉的轉子繞組的關鍵部件。為了能在發電機運行時安全、迅速地更換電刷,采用了盒式刷握結構。每次可換一組(4個電刷。通入轉子勵磁電流的電刷是由天然石磨材料粘結制成。碳刷具有低的摩擦系數和自潤滑作用。每個碳刷帶有兩柔性的銅引線(即刷辮。采用恒壓式彈簧徑向地裝在刷盒上,從而在電刷長度達到磨損極限之前沒必要調整彈簧壓力。彈簧的壓力施加在碳刷中心線上,彈簧是一種螺旋式的,壓力是恒定的。刷架采用左右分瓣把合結構,由導電環、刷座

41、及風罩等部件組成,對地絕緣,具體結構如圖1-19所示。 圖1-19發電機勵磁碳刷結構電刷的更換:正常操作條件下,電刷磨損量在1000小時時為10-15mm,當電刷長度達到接近磨損極限時,電刷軟導線處于幾乎完全伸長的狀態。因此,在電刷上標有一條磨損極限,如果電刷磨損超過這條線,將不能繼續使用,需進行更換。發電機以氫氣作為主要冷卻介質,采用徑向多流式密閉循環通風方式運行,定子繞組采用單獨的水冷卻系統,而氫氣冷卻系統,包括風扇盒氫氣冷卻器完整地置于發電機內部。1定子通風系統發電機定子鐵芯沿軸向分為13個風區,6個進風區和7個出風區相間布置。裝在轉子上的兩個軸流風扇(汽、勵側各一將風分別鼓入氣隙和鐵芯

42、背部,進入背部的氣流沿鐵芯徑向風道冷卻進風區鐵芯后進入氣隙;少部分風進入轉子槽內風道,冷卻轉子繞組;其它大部分再折回鐵芯,冷卻出風區的鐵芯,最后從機座風道進入冷卻器;被冷卻器冷卻后的氫氣進入風扇前再循環。這種交替進出的徑向多流通風保證了發電機鐵芯和繞組的均勻冷卻,減少了結構件熱應力和局部過熱。為了防止風路的短路,常在定轉子之間氣隙中冷熱風區間的定子鐵芯上加裝氣隙隔環,以避免由轉子拋出的熱風吸入轉子再循環。 圖1-20發電機通風系統圖2轉子通風系統 圖1-21轉子通風冷卻方式轉子通風冷卻方式如圖1-21所示,分為下面兩種情況:轉子本體段的導體冷卻采用的是“氣隙取氣”系統:在轉子線棒鑿了兩排不同方

43、向的斜流孔至槽底,于是,沿轉子本體軸向就形成了若干個平行的斜流通道。通過這些通道,冷卻用氫氣交替的進入和流出轉子繞組進風口的風斗,迫使冷卻氫氣以與轉子轉速相匹配的速度通過斜流通道到達導體槽的底部,然后拐向另一側同樣沿斜流通道流出導體。從每個進風口鼓進的冷風是分成兩條斜流通道向兩個方向流進導體,同樣,有兩條出風通道匯流在一起從出風口流出進入氣隙。因此,每個通道從平行線棒縱向切面看成“V”形,而垂直線棒橫斷面投視圖為“U”形。由于任何數量的斜流段都可以沿軸向排列,因而轉子繞組的這種結構設計方式與轉子長度無關,具有很方便的靈活性。日立所供發電機共分成13個風區(6進7出,每個風區有8個通道,共81個

44、通風道。轉子通氫冷卻通風孔個數:進風區一個槽里面有48個孔,共有32個槽,合計32³48=1536個;出風區一個槽里面有56個孔,共有32個槽,合計32³56=1792個;用于端部冷卻每一段為4個孔,兩端共8個孔。沿轉子長度方向,高溫出風區和低溫進風區交替分布。同時定子的進出風區與轉子的進風區相匹配,并采用靜止擋風板以限制熱風在轉子中的再循環,另外,從定子流進氣隙的氣流量比進入轉子的氣流量大,進一步降低轉子熱氣量的再循環。因此轉子銅線溫度比較均勻。對于轉子兩端繞組,斜流氣隙取氣系統所冷卻不到的部分,冷卻氣體由風扇壓迫進入護環下的軸向風道(第7個進風區,然后從本體端部由徑向風

45、道進入氣隙。3氫氣冷卻器為減少氫冷發電機的通風阻力和縮短風道,氫氣冷卻器安放在機座內的矩形框內。冷卻器為四組,立放在發電機機座的四角。冷卻器和機座間的密封墊結構既可以密封氫氣,又可以在冷卻器因溫度變化脹縮時起到補償作用,從而始終起到良好的密封作用。氫氣冷卻器的水箱結構保證了發電機在充氫的狀態下,可以打開水箱清洗冷卻水管,當冷卻器水管從外部水管拆開后,氫氣冷卻器可以從發電機中抽出。主要部件如下:冷卻器框架:冷卻器框架由兩個側板和兩個端板組成。在定子機座和冷卻器外壁板之間裝有擋風板,以迫使氫氣通過冷卻器,從而提高冷卻效果。冷卻水管:冷卻水管為白銅管,純銅翼片螺旋狀纏繞在冷卻水管外以增加散熱面積,翼

46、片錫焊在水管上,以提高熱傳導能力。冷卻水管很長,在適當的空間間隔位置放置支撐隔板,該處水管外套橡膠套管,橡膠套管外徑比翼片外徑稍大,以便其能緊密地與支撐隔板配合,使水管被固緊。水箱:水箱由螺栓與承管板把合,當檢查或者維修需拆卸上水箱時,先松開把合螺栓,然后用吊攀螺釘起吊上水箱。冷卻水管,承管板:冷卻水管末端插入不銹鋼承管板中,且被脹緊。上部承管板把合在冷卻器框架的端板上,并與外機座把合固定。下部承管板與外機座之間并不接觸,在它們之間由特別設計的裝置構成氣密,氣密部件與承管板的側面相互接觸但并不固定,使承管板能夠沿冷卻器長度方向伸縮,防止由于冷卻水管的膨脹系數與外機座的膨脹系數不同而引起熱應力損

47、害.下部承管板側面為精加工的氣密面,當該面出現缺陷時,需用油石磨平,當缺陷很深以致用油石無法修磨平時,則需補焊并重新加工。密封墊板:為防止漏水,在水箱和承管板之間設有橡皮密封墊板。放氣管:為防止冷卻水流被聚集的氣體阻塞,冷卻器內設有放氣管。該放氣管出口在下水箱外部。放氣管向上穿過冷卻水管至上水箱,在上水箱蓋上鉆孔并用塞子塞住,該孔位置應正對放氣管口部。如果放氣管被異物堵塞,即可將塞子拔掉,用前端磨成錐形的直桿插入管中清理,如果放氣管取走,該孔也可作緊急放氣孔使用。如需將放氣管取出,則拆除下水箱,轉動放氣管,即可取出,拆卸方便。1.3發電機正常運行汽輪發電機根據設計和制造所規定的條件長期連續工作

48、,稱為額定工況。這一運行工況的電壓、電流、出力、功率因數、冷卻介質溫度和氫壓等,稱為發電機的額定參數。發電機額定參數如下:額定容量667MV A額定功率600MW最大連續輸出容量755MV A(在額定氫壓0.414MPa 和冷卻水溫度33下,功率因數0.9額定功率因數0.9(滯后額定電壓22kV額定電流17495A額定轉速3000r/min周波50Hz相數 3極數 2定子線圈接法YY額定氫壓0.414MPa漏氫(保證值10Nm3/24h(在額定氫壓下,折算為標準氣壓下效率(保證值98.95%短路比(保證值0.58承擔負序能力:穩態I2(標么值10%I10s暫態22發電機在長期連續運行時的允許出

49、力,主要受機組的允許發熱條件限制。發電機帶負荷運行時,其繞組和鐵芯中都有能量損耗,引起各部分發熱。在一定冷卻條件下運行時,發電機各部分的溫升與損耗及其所產生的熱量有關。發電機負荷電流越大,損耗就越大,所產生的熱量也越多,溫升就越高。汽輪發電機的額定容量,是在一定冷卻介質的溫度和氫壓下,在定子繞組、轉子繞組和定子鐵芯的長期允許發熱溫度的范圍內確定的。發電機的繞組和鐵芯的長期發熱運行溫度,與采用的絕緣等級有關。我公司的600MW汽輪發電機采用F/F級絕緣(溫度按B級考核,發電機溫度限額規定如下:定子繞組出水溫度:85定子繞組溫度:120定子鐵芯允許最高溫度:120轉子繞組溫度:115定子端部結構件

50、溫度:120集電環溫度:120軸瓦溫度:90軸承和軸封回油溫度:70除了轉子繞組的溫度采用電阻法測量、集電環溫度采用紅外線溫度計法測量外,其余的溫度測量采用埋設檢溫計法。發電機絕緣在運行過程中會逐漸老化。對絕緣有重大影響的是其溫度,溫度越高、延續時間越長,老化就越快,使用期限就越短。因此,發電機運行時必須遵照制造廠家的規定,各部位最高溫度均不得超過其容許限值,以確保正常使用壽命。1冷卻條件變化氫氣當氫氣溫度、壓力變化時,都會對出力有很大的影響。當冷卻器的進水溫度高于制造廠的規定值時,應減小發電機出力,減小的原則是:使繞組和鐵芯的溫度不超過在額定方式運行時的最大監視溫度。但氫氣冷卻器的進水溫度應

51、控制在小于43。當冷端氫溫降低時,不允許提高出力,因為定子繞組是采用水內冷的。氫氣及其冷卻水的溫度限額如下:冷氫溫度:3546熱氫溫度:65氫氣冷卻器進水溫度:2038氫氣冷卻器出水溫度:45當氫氣壓力低于額定值時,由于氫氣的傳熱能力減弱,必須根據制造廠提供的容量曲線來降低發電機的允許負荷。當氫壓為0.2MPa時(COS=0.9,發電機出力為400MW;當氫壓為0.3 MPa時(COS=0.9,發電機出力為500MW。當氫氣純度變化時,由于氫氣與空氣混合時,若氫氣含量降到4%75%,便有爆炸的危險,所以在運行時,一般要求發電機運行時的氫氣純度保持在95%以上,低于此值應進行排污。另外,由于氫氣

52、純度與通風摩擦損耗之間有密切的關聯,氫氣純度每降低1%,通風摩擦損耗約增加11%,因此要保證使運行時的氫氣純度不低于97% 98%,當氫氣純度降低到90%時,發出純度低報警信號。發電機內裝有4臺氫氣冷卻器,當一臺冷卻器退出運行時,發電機單位的最大連續運行的容量為額定容量的80%。當有5%的冷卻水管堵塞時,發電機可以在額定出力下連續運行。定子冷卻水當冷卻水量在額定值的±10%范圍內變化時,對定子繞組的溫度影響不大,故不必提高冷卻水的流量。但當冷卻水量下降較多時,會導致繞組出口水溫度增高,且會造成繞組溫升不均勻。但水溫也不可過低,以防止定子繞組和鐵芯的溫差過大,使兩者之間的位移增大,或使

53、匯水母管上出現結露現象。冷卻水溫允許在額定值±5的范圍內變化,可保證發電機的出力不變。另外,冷卻水的電導值不可過高,過高會導致水管內壁發生閃絡;且較低的電導值,也可在發電機冷卻水停止循環的時候維持更長的時間。定冷水的參數限額如下:定子繞組進水溫度:4050定子繞組出水溫度:85水量:91.5t/h導電率:0.51.5s/cm定子繞組允許斷水時間:當發生定子繞組斷水事故時,可采取以下兩種不同的處理方式:第一種:可帶額定負荷運行30s,若30s后備用定冷水泵不能投入,則應解列發電機,并使發電機端電壓降為零。第二種:斷水5s后開始減負荷,2min內降到26%額定負荷,此后,根據線圈入口、線

54、圈出口計離子交換器出口共3個水導電率選擇運行方式:如三個點均0.5s/cm,運行1小時;如其中一個點0.5s/cm,運行3分鐘;如三個點0.5s/cm,立即停機。2頻率變化當運行頻率比額定值偏高較多時,發電機的轉速升高,轉子上承受的離心力增大,可能使轉子某些部件損壞。同時,頻率增高,轉速增加,通風摩擦損耗也要增多,雖然此時的磁通可以小些,鐵耗有所下降,但總的發電機效率是下降的。當運行頻率比額定值偏低時,發電機的轉速下降,時兩端風扇的送風量降低時發電機的冷卻條件變壞,各部分的溫升升高。頻率降低時,為維持額定電壓不變,就得增加磁通,導致漏磁增加而產生局部過熱。頻率降低,還有可能損壞汽輪機葉片,廠用

55、電動機也可能由于頻率得下降,而使廠用機械出力受到嚴重影響。機組能安全連續地在48.5-50.5HZ 頻率范圍內運行,當頻率偏差大于上述頻率值時,不得低于下述值:表1-1 機組安全運行頻率允許范圍 3端電壓變化發電機運行電壓的下限,根據穩定的要求,一般不應低于額定值的90%,因為電壓過低,會使發電廠廠用電動機的運行情況惡化、轉矩降低,從而使機爐的正常運行受到影響。發電機運行電壓高于額定值,當升高到105%以上時,其出力必須降低,因為電壓升高鐵芯內的磁通密度增加,鐵耗增加,引起鐵芯的溫度和定子、轉子繞組溫度增高。 發電機在額定功率因數下,電壓變化范圍為±5%,頻率變化范圍為±2%時,能連續輸出額定功率。當發電機電壓變化為±5%,頻率變化為-5%到+3%的范圍運行時,其輸出功率見下表:表1-2 機組安全運行電壓/頻率允許范圍 1有功功率調節隱極發電機的電磁功率為 s i n dq e X U E mP =其中m 為定子的相數,E