《MW汽轮发电机培训》PPT课件.pptVIP

目录 一 三 四 发电机结构 发电机常见故障 发电机运行 发电机概述 二 五 发电机异常情况处理 1.1概述 我公司一期工程两台发电机为上海汽轮发电机厂生产 的QFSN-660-2三相同步汽轮发电机。发电机额定功率 660MW。 Q汽轮机 F发电机 S水冷 N氢内冷，2为级数 发电机采用水氢氢冷却方式：定子线圈直接水冷，转 子线圈直接氢冷，转子本体及定子铁芯氢冷。内部氢 气循环为气隙取气方式。 发电机与励磁变、电压互感器、主变、高压厂用变压 器之间采用全连式离相封闭母线。发电机出口不设开 关。封闭母线设有微正压装置，以确保封闭母线内干 燥。 第一节 发电机概述 1.2发电机组的技术参数 额定功率：660MW 额定功率因数： cos=0.9 定子额定电压：20KV 定子额定电流：21169A 额定励磁电压：445V 额定励磁电流：4534A 空载励磁电流：1480A 定子绕组接线方式：YY 绝缘等级：F级 允许运行温度：85度 冷却水流量：105T/h 压力：0.20.25MPa 进水温度：45-50 回水温度：85 额定氢压：0.5MPa 最高允许氢压：0.52MPa 进口风温度：46 出风温度67 第一节 发电机概述 1.3发电机的工作原理 同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能 的。如右图所示。在同步发电机的定子铁心内，对称地放 着AX、BY、CZ三相绕组。所谓对称三相绕组，就是 每相绕组匝数相等、三相绕组的轴线在空间互差120电角 度。在同步电机的转子上装有励磁绕组，励磁绕组中通入 励磁电流后，产生转子磁通，当转子以逆时针方向旋转时 ，转子磁通将依次切割定子A、B、C三相绕组，在三相绕组 中会感应出对称的三相电动势。对确定的定子绕组而言， 假若转子开始以N极磁通切割导体，那么转过180电角度 后又会以S极切割导体，所以定子绕组中的感应电动势是交 变的，其频率取决于发电机的磁极对数和转子转速。 同步发电机工作原理图 第一节 发电机概述 发电机主要由定子、转子、端盖及轴承、油密封装置、冷却器及外罩、 出线盒、引出线及瓷套端子、集电环及隔音罩刷架装配等部件组成。 第二节 发电机结构 2.1.机座 发电机定子机座为整体式，由优质钢板焊制而成。 机座外壳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。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。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，从而有效地防止热应力和局部过热。 第二节 发电机结构 2.2 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，发电机定子铁芯常采用导磁率较高、损耗小、厚度为0.35 0.5 mm 的优质冷轧硅钢片叠装而成。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。 定子铁心的叠装结构与其通风方式有关。采用轴向分段径向通风时，中段 每段厚度30 50mm端部厚度小一些；定子铁芯沿轴向分成96段，铁芯段间设 置6mm宽的径向通风道，为减少端部漏磁损耗和降低边段铁芯温升，边段铁芯 设计成沿径向呈阶梯形状并粘接成整体，且在其齿部开槽，同时，边段铁芯 的段厚度比正常段薄。定子铁芯沿全长分成与机座相对应的11个风区，冷热 风区相间隔。为防止风区间串风，在铁芯背部与机坐风区隔板之间设置有挡 风板。 定子铁芯采用圆形定位螺杆、夹紧环、绝缘穿心螺杆、端部无磁性齿压板 和分块压扳的紧固结构。定子铁芯端部设有用硅钢板冲制的扇形片，叠装成 内圆表面呈阶梯多齿状的磁屏蔽，可有效地将定子端部漏磁分流，以减小端 部发热，保证发电机在各种工况下可靠地运行。 第二节 发电机结构 整个定子铁心，通过外圆侧的许多定位筋，及两端的压 指和压圈或压板固定、压紧，再将铁心和机座连接成一 个整体。为了使铁芯轭部和齿部受压均匀和减少压板厚 度，铁芯除固定在定位筋上外，在铁芯内还穿有轴向拉 紧螺杆，再用螺母紧固在压板上。 发电机定子铁芯端部结构图 由于穿心螺杆位于旋转磁场 中，各螺杆内会感生电动势 ，因此必须防止穿心螺杆间 短路形成短路电流，这就要 求穿心螺杆和铁芯互相绝缘 ，所有穿心螺杆端头之间也 不得有电的联系，见右图 第二节 发电机结构 在端部压圈的外部加一个铜环即电屏蔽环，当定子漏磁通在 铜环中变化时，铜环内感应出电势，产生涡流，这个涡流的 方向即阻止漏磁通在其中通过。采用这种结构后，端压圈的 发热是减少了，但这个电屏蔽环的温度仍很高。这时发电机 的附加损耗并不一定能减少，只不过是把过热的部位往外移 动罢了。采用这种结构以后，压圈和压指也采用无磁性钢， 但定子铁芯端部靠转子处仍有垂直于铁芯的磁通进来，那里 仍然较热。为了限制由这个磁通产生在硅钢片上的涡流，在 定子铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开有12个23 mm宽的小槽，如下图，以增大电阻值减小涡流。 第二节 发电机结构 采用上述电屏蔽的方法仍然是消极的阻挡的办法，为了更有效 地解决定子端部的发热，可采用磁屏蔽的办法，见下图。磁屏蔽的 方法就是在定子铁芯的外面，仍然用导磁较好的硅钢片做成锥面， 这样使大部分端部来的漏磁通转变为与定子轴线垂直的径向磁通， 这样就减少了端部损耗，温度也可以降低。 磁屏蔽区是由与有效铁芯一样的硅钢片叠制而成的，它可以采用同样的冲片，实际上 分组地把内圆齿部剪去一部分就可以了。磁屏蔽区大约做到最外部的硅钢片内径与槽底圆 的直径差不多时就可以了。这样最外端虽然还可能有漏磁通，但由于离开线圈端部比较远 了其数值也就小多了，作用也就不大了。 第二节 发电机结构 制造厂还采取了以下措施降低端部发热： 1）把定子端部的铁芯做成阶梯状，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法来减少 轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。 2）铁芯端部的齿压板及其外侧的压圈或压板采用电阻系数低的非磁性钢，利 用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。 3）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板（铁芯不但要定位筋，还要用穿 心螺杆锁紧），这种压板本身也起电屏蔽作用，分块后亦可减少自身的发 热。有的还在分块压板靠铁芯侧再加电屏蔽层。 4）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用其反磁作用，减少 转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响。 5）在冷却风系统中，加强对端部的冷却 第二节 发电机结构 2.3.定子绕组 2.3.1定子绕组的接线方式 发电机的定子绕组双星型接线方式，因发电机定子铁芯 的结构，将在定子绕组中产生高次谐波，特别是三次谐 波，如发电机定子绕组采用三角形接线方式，将产生很 大环流，使定子绕组发热，严重时将烧毁发电机定子绕 组。 发电机中性点经一台22/0.24kV干式单相配电变压器接 地，二次侧电阻为0.46，以限制发电机定子接地时的 故障电流，使之小于5A，以减小发电机定子接地电流对 铁芯的损伤。 第二节 发电机结构 第二节 发电机的结构 2.3.定子绕组 2.3.2定子绕组的结构 发电机的定子绕组是由嵌在定子铁芯槽内的许多线圈按一定 规律连接而成。每个线圈用铜线制造成型后包以绝缘，一个线圈 分为直线部分和两个端接部分。直线部分放在槽内，它是能切割 磁力线而感应电势的，因而也叫做“有效边”，在铁芯槽外部不切 割磁力线的部分称为线圈的端接部分，简称端部，如下图所示。 发电机定子绕组示意图 第二节 发电机的结构 大型汽轮发电机由于有效边之间跨距大，为了嵌线方便，将 一个线圈分为两半，嵌入槽中后再将端部焊接起来，这种线圈叫 做“半组式”线圈。绕组每匝线圈的端部都向铁芯外圆侧倾斜， 按渐开线的形式展开。端部绕组向外的倾斜角为1530左右 ，形似花篮，故称篮型绕组。 发电机定子绕组线棒，采用聚脂玻璃丝包绝缘，实心扁铜线 和空心裸铜线组合而成。发电机定子线棒的空心、实心导线的组 合比为1：2。下图为我厂定子线棒在定子槽中的断面。其上层线 棒的导电截面要比下层的大；上层由4排、每排5组空实股线组成 ，下层为4排4组。 第二节 发电机的结构 发电机定子线棒的剖面图 槽楔 弹性波纹板 实心导线 空心导线 第二节 发电机的结构 线棒中的空心导线通水又通电。为了减少空心导线内的附加 损耗，内孔高度常选为2 mm ，壁厚为1.251.5mm，导线高度为 4.55.5mm，导线宽度常比高大1.52倍，约为712mm。国产 660MW发电机线棒的空心、实心导线有两种规格：空心线为 4.77.5/5.17.9，实心导线为2.247.5/2.67.9。 为了抑制趋表效应，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线产生环流及附加损耗，线棒各股线（ 包括空心线）要进行换位。我公司发电机的定子线棒就采用直线 部分进行540编织换位。 第二节 发电机的结构 2.3.2 定子绕组绝缘 定子绕组绝缘包括：股间绝缘、排间绝缘、换位部位的加强绝缘和线棒的 主绝缘。 主绝缘是指定子导体和铁芯间的绝缘，亦称对地绝缘或线棒绝缘。主绝 缘是线棒各种绝缘中最重要的一种绝缘，它是最容易受到磨损、碰伤、老化 和电腐蚀及化学腐蚀的部分。主绝缘在结构上可分为两种：一种是烘卷式， 一种是连续式。如果把绕组的槽内部分先进行绝缘，然后再把端接部分绝缘 ，则为套管式绝缘（烘卷式）；如果把整个线圈用窄云母带交叠缠绕，则为 连续式绝缘。我公司发电机采用连续式绝缘。 发电机定子绕组的绝缘材料，采用以玻璃布为补强材料的、环氧树脂为 粘合剂或浸渍剂的粉云母带，最高允许温度为130。其优点是耐潮性高、 老化慢，电气、机械及热性能良好，但耐磨和抗电腐蚀能力较差。 第二节 发电机的结构 线棒的制作一般是将编织换位后的线棒垫好排间绝缘和换位绝缘 ，刷或浸B级粘合胶，再用云母粉、石英粉和F级胶配成的填料填 平换位导线处和各股线间间隙，热压胶化成一整体，端部再成型 胶化。然后，用玻璃布为底的环氧树脂粉云母带胶带，沿同一方 向包绕，每包一层表面需刷漆一次，直至包绕到绝缘要求的层数 ，再热压成型，最后喷涂防油、防潮漆及分段涂刷各种不同电阻 率的半导体防晕漆。涂漆之后，可以防止线棒表面处于槽口和铁 芯通风槽处的电场突变。 我公司发电机绝缘是用多胶环氧 粉云母带，连续式液压或烘压成 型。 第二节 发电机的结构 2.3.3 定子绕组的水路连接及水电 并头 1）定子绕组的水路连接 发电机内设有进水母管和出水母管。按每匝线圈进出水方式及两半匝线棒的 水流方向，定子绕组的水路连接可分两种形式：串联双流水路和并联单流水 路。如上图。 第二节 发电机的结构 我公司发电机采用后一种方案。并联单流水路即一个线 圈二条水路，每半匝线棒为一条水路，故又称半匝水路。由于 这种水路的进水和出水母管分别布置在电机内的励磁侧和汽轮 机侧，故又称为双边进出方式。这种方案水路短、水压降小、 进水压力低。上层和下层线棒内的水流方向相同，进水侧线棒 温升较出水侧低。 定子进出水汇流管均用不锈钢管制成。汇流管的进口位 置设在机座励端顶部的侧面，出口位置设在基座汽端顶部的侧 面。进出水汇流管之间通过设在机座外顶部的连通管连通，使 之排气畅通，保证绕组在运行时充满水及水系统发生故障时不 失水。在总进出水口设有与外部供水管连接的法兰。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。 2）定子绕组的水电接头 在水内冷的定子绕组中既通水又通电，所以绕组端部的结构 与空冷、氢冷的定子绕组有所不同。它必须有一个可靠的水电 接头，使定子绕组按电路接通，又让水方便地引入和排出。因 此水电接头是水冷发电机中关键的部件。绕组鼻端上下层两线 棒间的水电连接必须十分可靠，若发生渗水或漏水，则会严重 影响发电机安全可靠运行，甚至造成重大事故。 线棒的空、实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水 盒内，而在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷 却水进出线棒内水支路的接口。套在线棒上或汇流管上水接头 的四氟乙烯绝缘引水管，都用引进型卡箍将水管卡紧。上下层 线棒的电连接由上下水盒盖夹紧多股实心铜线，用中频加热软 钎焊而成，并逐只进行超声波焊透程度的检查，这样就形成上 下层线棒水电的连接结构。采用中频接热钎焊接头水盒的工艺 和卡箍箍紧水管的结构，进一步提高了定子绕组水路的气密性 。水电接头的绝缘采用绝缘盒做外套，盒内塞满绝缘填料，并 采用电位外移法逐一检验绝缘盒外的表面电压，保证水电接头 的绝缘强度。 2.3发电机转子的造成 铁芯、绕组、槽楔、护环、中心环、风扇环、联轴器、 风扇叶 汽轮发电机的转速是很高的，每分钟3000转，当转子直径为1米 时，转子圆周的线速度就达到170米/秒，相应的离心力就十分巨 大。因此汽轮发电机的转子一般采用隐极式，而转子的直径由于 受到离心力的影响，有一定限度。为了增大容量，就只能增加转 子的长度，于是转子就形成了一个细长的圆柱体。当然转子的长 度同样也受到转子的刚度和振动等影响的限制。所以现代汽轮发 电机要向大容量发展受到转子材料的强度和刚度的制约。 第二节 发电机结构 第二节 发电机结构 发电机转子结构示意图 第二节 发电机结构 发电机转子实物图 2.3.1转子铁芯 发电机转子铁芯既要有良好的导磁性能，又要有足够 的机械强度，由整块钢锭锻制而成，材料采用高机械 性能和导磁性能良好的26Cr2Ni4MoV合金钢。 在铁芯上开有两组对称的辐射式槽，槽与槽之间的部 分叫做齿，这些槽不是均匀分布的，有两个齿特别宽 ，称为大齿，其余的叫做小齿。开槽的目的主要是安 放线圈，为了尽量增加铜线截面,嵌线槽采用开口半 梯形槽。 第二节 发电机结构 第二节 发电机结构 小齿 大齿 在转轴本体大齿中心沿轴向均布地开了多个横向月形槽,又在励 端轴柄的小齿中心线上开有两条均衡槽,以均衡磁极中心线位置 的两条磁极引线槽。这些都是为了均匀转轴上正交两轴线的刚 度,从而降低倍频振动幅度。在大齿上开有阻尼槽，使发电机在 不平衡负载时可以减少在横向槽边缘处的阻尼电流和由此引起 的在尖角处的温度急剧升高，有效地提高了发电机承受负序的 能力。为削弱运行时在近磁极中心的气隙磁通和转子轭部磁通 局部饱和，改善磁场波形，在靠近大齿的两个嵌线槽分别采用 了不等间距分布，而#1线圈的4个嵌线槽还同时采用了浅槽。还 开有小齿导风槽、供探伤用的半圆弧槽、供平衡用的平衡螺钉 孔等。转轴是用来固定转子绕组，及电气连接件、护环、中心 环、风扇、联轴器等部件。 第二节 发电机结构 第二节 发电机结构 2.4.2 转子绕组 转子线圈由冷拉含银无氧铜线加工而成,因此既抗蠕变,又防氢 脆.每一极有8组转子线圈,每匝线圈由上下二根铜线组成.其中#1 线圈6匝,#2-#8各为8匝,每圈导线由直线,弯角和端部圆弧所组 成。直线部分有8种规格，端部有12种规格总共有20种规格。这 些零件都是采用精密加工成形的舌榫接头用中频钎焊拼接成型。 第二节 发电机结构 2.4.3 转子绕组的冷却 转子本体采用了气隙取气斜流通风方式。线圈在槽内的直线部 分沿轴向分成十一个进、出风区相间的区段，在宽度方向各为二 排反方向斜流的径向风孔，是用铣刀加工而成的。在转子线圈的 槽楔上加工形成风斗，风斗有两种形式：放在进风区的为吸风斗 ，在出风区的为甩风斗。来自定子铁芯径向风道的氢气，被转子 进风区的风斗从气隙吸入转子线圈中两条反向的斜流风道（称为 一斗两路），再从线圈底部进入左右两条对称的斜流风路出来， 相遇于一个甩风斗后被甩出槽楔，排入气隙的转子出风区，再进 入定子铁芯的径向风道，这样就形成了与定子相对应的进、出风 区相间的气隙取气斜流通风系 统。国内实践证明气隙取气通风 的转子绕组，在槽内的温度分布较均匀，平均温度与最高温度都 较低。特别适用于大容量、长转子的发电机通风系统。发电机转 子通风冷却方式如下图所示： 第二节 发电机的结构 发电机转子通风示意图 发电机转子通风冷却方式 第三节 发电机常见故障 发电机常见的故障 发电机在运行过程中，由于受到各种电动力、机械力、电晕 、化学腐蚀以及制造缺陷等原因影响，常出现各种故障。 3.1 电机定子绕组漏水 发电机定子绕组漏水是常见故障之一。这类故障轻则造成 发电机定子漏氢，导致补氢量急剧增加，重则造成定子相间短 路或接地的重大事故。它产生的原因往往与定子线棒的材质、 制造工艺与安装质量等有关。渗漏部位多为空心导线的水电并 头处焊接不良而开焊漏水、绝缘引水管交叉安装摩擦损坏漏水 ，发电机端部紧固件松动，线棒磨损漏水，线圈材质（有砂眼 或裂纹）及发电机在运行过程中铜导线疲劳折断导致漏水等。 第三节 发电机常见故障的检查 对于发电机定子线圈漏水故障一般从以下几个方面来判断： 1）发电机补氢量突然增加，发电机定子外壳检查无明显的漏点 ，在电机定子冷却水箱顶部检测有氢气 ，则可以判断发电机线 棒有漏点。 2）在发电机停机状态下，将定子冷却水管进出阀门关闭，如 定子水压力表压力升高则定子线圈可能有漏点。 3）对发电机定子进行水压试验，来检查定子线棒有无漏点是 一种比较有效的方法。 第三节 发电机常见故障 3.2 定子线棒堵塞故障 发电机定子线棒发生定子水路堵塞，也是发电机常见故障之一。它轻则造成线棒温 度升高，重则导致线棒绝缘损坏发生接地的重大事故。堵塞的原因有机械杂物堵塞以 及结垢堵塞。 1）机械杂物堵塞，是由于定子水冷系统胶垫、滤网的破碎物进入定子线圈造成水路堵塞 2）结垢腐蚀堵塞，是由于定子冷却水质长期不合格，即导电率、PH值、硬度、含氧量、 含氮量严重超标，导致线圈内部的沉淀物增加而结垢，使线圈水路变窄直至堵塞。 定子线棒水路堵塞的判断方法 1） 发电机在运行过程中，如发生定子线棒超温报警，在确定电机外部测温元件不是误 报的情况下，则有可能是电机内部测点损坏或定子线棒温度升高所致。如该槽层间测 点与该线棒出水温度测点，同时显示温度升高的话，则该线棒90已形成水路堵塞。 2）通过对定子线棒，做热水试验来判断线棒有无堵塞比较直观。其方法是在进水端绝缘 引水管中部敷设测温元件，然后对线棒进行通人比定子冷却水温度高10以上的热水 ，等所有测温元件温度接近时，停止热水，迅速通人冷水，如果敷设的温度计读数下 降很慢则该线棒有堵塞现象。 第三节 发电机常见故障 采取的防堵措施 1）对于线棒水路堵塞，在未对绝缘造成