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水轮发电机结构及工作原理介绍 二零一四年七月 2020 1 7 1 水电厂生产简图 混流式剖面 水力发电示意 轴流式剖面 贯流式剖面 上游大坝蓄水具有位能 具有压力的水流经拦污栅 进水口检修闸门 工作闸门及发电引水钢管进入水轮机蜗壳 初步形成环流 再经座环固定导叶分流后均匀地进入活动导叶 活动导叶开度的大小调节转轮的水流量 转轮在水的压力和速度作用下旋转 把水能 动能 势能 转换成机械能 转轮出口水流通过尾水管排至下游 水轮机大轴把转轮的转动力矩传给与水轮机大轴连接的发电机转子 并带动发电机转子转动 当发电机转子绕组中通以直流电 形成磁场同时由转子旋转而产生旋转磁场 发电机定子绕组因切割转子的旋转磁场 而在发电机三相定子绕组中产生交变感应电势 当发电机三相定子绕组输出回路接负载时就产生交变三相电流 此交变电流产生的磁场在发电机定子 转子形成旋转磁场 并且定子绕组产生的旋转磁场与发电机转子的旋转磁场同向 同速 当发电机转子磁极对数p一定时 发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系 即同步关系 f p n 60 其中f 同步发电机电势的频率 Hz p 同步发电机的磁极对数 n 同步发电机转子的转速 r min 一 水轮发电机组基本工作原理 1 水能转化为机械能 1 进入水轮机的水能控制P 9 81QH 根据能量守恒 要改变P 必须调节进入水轮机的流量或者改变水头 因为水头调节范围较小 431m 440m 汛期留有防洪库容 水头调节范围更小 431m 435m 所以一般通过调节进入水轮机的流量来改变P 通过改变活动导叶开度这一途径来调节进水量或切断水流 导叶的操作力来自液压接力器 而液压接力器则受调速器来控制 2 水电厂电能生产及送出示意图 天然水流 坝 水库 取水口 压力钢管 水轮机 发电机 输变电装置 用户3 流量的调节过程 调节命令 上位机 机组现地LCU 调速器电气部分 调速器机械部分 液压接力器 控制环 导叶拐臂 导叶开度改变 改变进入水轮机的流量 4 请写出有功功率与水头和流量的关系式 5 请说出我厂设计防洪水位是多少 6 请简要说明进入水轮机流量调节过程 2 机械能转变为电能 水流驱动水轮机转动带动同轴发电机转动1 发电机工作基本原理 电磁感应原理 导线切割磁力线将感应电动势 闭合导线产生交变电流 在工程上由于电枢绕组庞大 故电厂一般采用移动磁力线去切割固定不动的电枢绕组 当定子绕组流过三相交流电流以后产生一个旋转磁极 该磁极的转速称为同步转速 旋转磁极与转子磁极产生相互作用力 二者之间的角度决定了力的大小 有功负荷大小 和性质 发电机或电动机 发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系 即同步关系 f p n 60 2 发电机调压过程 由电磁感应定律E L d dt可知改变等式右侧任意一个参数就可以改变感应电势E 但一般L不可改变 同步发电机磁力线切割速度不可改变 所以一般通过改变磁通强度 磁力线密度 来调整电压 要改变磁通强度必先改变励磁电流强度 也就是平时改变可控硅导通角 3 电压调整过程 电压调整命令 现地LCU 可控硅导通角 转子电压 转子电流 磁通 感应电动势改变4 我厂机组额定转速为93 75r min 请计算有多少对磁极 2020 1 7 7 1 混流式 2020 1 7 9 2020 1 7 10 2 轴流式 低水头轴流式水轮机转轮 高水头轴流式水轮机转轮 2020 1 7 11 2020 1 7 12 3 其他 2020 1 7 13 斜流式水轮机 2020 1 7 14 水泵水轮机转轮 2020 1 7 15 导水机构 2020 1 7 16 4 发电机 机组转子吊装 2020 1 7 17 水轮发电机组的型式按布置方式分 可分为卧式和立式两种 卧式水轮发电机适合中小型 贯流及冲击式水轮机 一般低 中速的大 中型机组多采用立式发电机 按推力轴承位置分 立式发电机又分为悬式和伞式两种 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机 它适用于转速在100r min以上 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机 无上导的称为全伞式 有上导的称为半伞式 它适用于转速在150r min以下 按冷却方式分 可分为空气冷却和水冷却两种 2020 1 7 18 水轮发电机的主要作用将水轮机旋转的机械能最终转换成电能 其结构与性能的好坏对电站的安全 稳定 高效运行起着致关重要的作用 水轮发电机组成主要由定子 转子 机架 推力轴承 导轴承 冷却器 制动器等部件组成 2020 1 7 19 水轮发电机定子结构 水轮发电机定子主要由机座 铁芯和三相绕组线圈等组成 铁芯固定在机座上 三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内 发电机定子机座 铁芯和三相绕组统一体统称为发电机的定子 也称为电枢 2020 1 7 20 立轴水轮发电机定子结构 2020 1 7 21 2020 1 7 22 机座定子机座一般呈圆形 小容量水轮发电机多数采用铸铁整圆机座 也有采用钢板焊接的箱形结构 容量较大的水轮发电机的机座由钢板制成的壁 环 立筋及合缝板等零件焊接组装而成 机座应有足够的刚度 同时还应能适应铁心的热变形 2020 1 7 23 2020 1 7 24 2020 1 7 25 铁芯定子铁芯是定子的一个重要部件 由扇形冲片 通风槽片 定位筋 齿压板 拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成 定子铁芯的作用是 作为磁路的主要组成部分 为发电机提供磁阻很小的磁路 以通过发电机所需要的磁通 并用以固定绕组 绕组三相绕组由绝缘导线绕制而成 均匀地分布于铁芯内圆齿槽中 三相绕组接成Y形 它的作用是当转子磁极旋转时 定子绕组切割磁力线而感应出电势 2020 1 7 26 2020 1 7 27 定子叠片加固 2020 1 7 28 水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的主要部件 一般由主轴 转子支架 磁轭 磁极等部件组成 立轴水轮发电机转子结构 2020 1 7 29 转子支架 磁轭 磁极 顶轴 集电环组件 转子引线 2020 1 7 30 主轴主轴的作用是用来传递扭矩 应具有一定的强度和刚度 主轴一般由35号 40号 45号或20SiMn等钢整锻而成 小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴 也有的采用无缝钢管作为轴 大 中型容量的发电机采用整锻空心轴 2020 1 7 31 磁极磁极是提供励磁磁场的磁感应部件 由磁极铁芯 线圈 上 下托板 极身绝缘 阻尼绕组及钢垫板等零部件组成 磁极铁芯分实心和叠片两种结构 中 小容量高转速水轮发电机的转子 常采用实心磁极结构 整体锻造或铸造而成 转速大于或等于750r min的小型水轮发电机 常采用磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工 磁极固定方式通常采用螺钉 T尾和鸽尾结构 2020 1 7 32 磁轭与转子支架磁轭的作用是构成磁路并固定磁极 转子支架的作用是固定磁轭 对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的水轮发电机 磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板制造 不需要专门的转子支架 对于定子铁芯外径较大的水轮发电机 磁轭通过转子支架和主轴连成一体 磁轭的外缘加工有T尾 鹇尾槽或螺孔 用以固定磁极 2020 1 7 33 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承 导轴承 制动器及水轮机受油器的支撑部件 是水轮发电机较为重要的结构件 机架由中心体和支臂组成 一般采用钢板焊接结构 中心体为圆盘形式 支臂大多为工字梁形式 机架按其所处的位置分为上 下机架 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架 2020 1 7 34 推力轴承的组成和作用推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件 主要由轴承座及支承 轴瓦 镜板 推力头 油槽及冷却装置等部件组成 其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重量及水推力等负荷 并将这些负荷传给负荷机架 推力轴承的分类推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式 刚性抗重螺栓支承式 弹性油箱支承和平衡块支承式四种 弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机 弹性油箱支承和平衡块支承式用于大中型发电机 中小型水轮发电机的推力轴承一般采用刚性抗重螺栓支承方式 2020 1 7 35 刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图 1 上机架 2 冷却器 3 气窗 4 导轴承装配 5 密封盖 6 卡环 7 推力头 8 隔油板 9 镜板 10 挡油管 11 主轴 12 轴承座 13 抗重螺栓 14 托盘 15 推力瓦 16 绝缘垫 2020 1 7 36 抗重螺栓推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承 抗重螺栓垂直拧入装有螺纹套筒的轴承座上 调整抗重螺栓的高度 可使瓦块保持在同一水平面上 使瓦块受力均匀 推力瓦推力瓦是推力轴承中的关键部件 它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面 并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力 推力瓦一般做成扇形块 中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为6块 8块 常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和弹性金属氟塑料瓦两种 2020 1 7 37 镜板镜板是将推力负荷传递到推力瓦上的部件 技术要求高 要求镜板保证其平面度和水平度 一般为0 02mm m 镜板多采用45号锻钢 应有足够的刚度 推力头推力头是承受并传递机组轴向负荷及扭矩的部件 多数用平键和卡环固定在主轴上 也有采用热套方法固定于主轴上的 推力头应有足够的刚度和强度 以承受机组轴向推力产生的弯矩作用 不致产生有害的变形和损坏 2020 1 7 38 托盘托盘的作用是减小轴瓦的变形 另外 托盘的轴向柔度在运行中有一定的均衡负荷作用 其材质应选用能承受较大弯曲应力的高强度材料 绝缘垫通常在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装设绝缘垫 切断轴电流回路 保护轴瓦工作面 并起到绝缘和调整轴线的双重作用 油的循环冷却轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种 中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内循环 2020 1 7 39 水轮发电机制动方式机械制动 电气制动 混合制动水轮发电机制动系统的组成制动装置 俗称风闸 控制原件 管路系统 机械制动的作用为避免机组停机减速过程后期时间较长 引起推力瓦的磨损 一般当机组转速降低到额定转速25 35 自动投入制动器 加闸停机 对没有配备高压油顶起装置的机组 当经历较长时间的停机之后 再次启动前 用油泵将压力油打入制动器顶起转子 使推力瓦重新建立油膜 为推力瓦创造良好的工作条件 机组检修期间 进行重量转移 2020 1 7 40 通风系统机组运行时 发电机绕组以及铁芯将产生大量的热量 为了使绕组和铁芯的温度不至于过高而引起绕组绝缘损坏 发电机必须设置通风冷却装置 一个良好通风系统应具备的基本要求水轮发电机运行实际产生的风量应达到设计值并略有余量 各部位 特别是定子的有效段 的冷却风量应合理分配 各部位温度分布均匀 风路简单 损耗较低 结构简单 加工容易 运行稳定 有时还能满足水电厂厂房结构以及利用发电机的热风供厂房冬季取暖 通风元件压力元件 转子磁极 磁轭 风扇 其中磁极 磁轭是主要的压力元件 在整个通风系统中占80 90 的作用 阻力元件 定子 在整个通风系统中 定子风阻占整个风阻的70 2020 1 7 41 发电机运行状态 正常运行调相运行进相运行 2020 1 7 42 起动试运行的目的 根据有关的技术规程和电站的设计资料 对水工建筑物 机电设备等进行一次全面的质量检查 并在实际运行中作出总体的鉴定 通过检杳发现尚未完善的工作及工程或设备所存在的缺陷 及时处理以保证电站能顺利地投产 在机组起动之前 以及试运行过程中对机电设备进行调整试验 测定相关的运行参数或特性曲线 具体掌握机组的实际性能 为今后的长期运行提供技术准备 电站从试运行结束起转入试生产 施工单位与管理的业主单位之间 应在起动试运行以后进行交接验收工作 第二节水轮发电机组试运行 当机组安装工程基本完成后 或大修机组完工检验后 对机组进行一次综合的启动运行试验 称为机组启动试运行 2020 1 7 43 起动试运行的内容和程序 1 机组起动试运行的工作范围很广 要进行从水工建筑物到机电设备的全面检查 一般说来包括试验检查和试运行两大部分 而且以试验检查为主 2 起动试运行程序 1 水轮发电机组试运行前的检查 2 机组充水试验 3 水轮发电机组空载试运行 4 发电机对主变压器和高压配电装置零起升压试验和电力系统对主变压器全压冲击合闸试验 5 水轮发电机组并列及带负荷试验 6 水轮发电机组甩负荷试验 7 水轮发电机组连续带负荷试验 2020 1 7 44 起动试运行工作的组织机组的起动试运行是水电站建设后期所进行的总体检验 涉及电站的各个部分 而且不少试验是首次进行 存在一定的风险 再加上技术要求十分严格 因此必须做到有严密的组织领导 要按照事先的计划安排来逐步进行 严密组织 统一指挥 试运行要按规程规范进行 保证质量 试运行中必须作好记录 2020 1 7 45 一 机组起动试运行前的检查工作 试运行前应根据规范的规定 结合电站具体情况 编制机组试运行程序或大纲 试验检查项目和安全措施 引水系统检查 引水管 蜗壳 尾水管 闸门槽清理检查 输水及尾水系统 含尾调室 的闸门 阀门均应试验合格 处于关闭位置 进人孔 闷头等应可靠封堵对机组及有关辅助设备 应进行全面清理 检查 其安装质量应合格 并经验收 水轮发电机组继电保护 自动控制 测量仪表及机组有关电气设备均应根据相应的规程规范进行试验合格 2020 1 7 46 一 过水系统的检查 1 引水进水口栏污栅清洁干净 2 引水进水口闸门操作自如 并处于关闭落锁状态 3 从引水进口到尾水管尾水门的全部过流道清理完毕 4 引水道的通流的闷头 人孔门及阀门已现场确认关闭好 5 尾水闸门操作检查正常 6 水轮机前的蝶阀 球阀 调试操作正常 检查无漏水现象 检查事故关蝶阀 球阀 正常 7 确认蜗壳 转轮室 尾水管已清理干净 固定转轮的楔子 吊装工具 临时支架等已拆除 8 蜗壳排水阀 钢管排水阀确认处于关闭状态 2020 1 7 47 二 水轮机检查 1 水轮机及附件已全部安装完毕 施工测量记录完整 上下止漏环间隙合格 发电机盘车的摆度值合格 并经总工程师确认 2 真空破坏阀 大轴补气阀已竣工 并调试合格 3 顶盖排水装置检验合格 水流畅通 4 调相补气系统正常 5 轴承安装检验合格 数据记录齐全 6 导水机构安装完工合格 并处于关位 接力器锁定已投入 导水叶的最大开度及接力器行程已测量合格 关闭后的严密性及压紧行程等符合设计要求 测试记录完整 2020 1 7 48 二 水轮机检查 7 各接地部分已连接好 8 润滑油合格 9 各流量计 压力表 示流计 摆度和振动传感器及各种变送器已安装合格 管道附件良好 10 各油水器 管道颜色及标示符合规定 阀门编号符合规定 11 属自动控制二次部分的压力 温度等整定值正确 2020 1 7 49 三 调速器及其设备检查 1 调速器整体及管道和油压装置安装完好 调试合格 空载扰动试验的参数调整符合国家标准 2 调节保证计算经总工程师审定 确定关闭时间 并整定好 3 调速器仪表指针正常及开度 开限针位置全部在零位 4 油压装置手动和自动起动正常 压力继电器整定正确 高压补气装置阀门位置正确 5 调速器系统联动的手动操作的开和关位正常 并检查调速器 接力器及导水机构联动的动作灵活性 平稳性 并检查导叶开度 接力器行程和调速器柜内的导叶开度指示器三者的一致性 2020 1 7 50 三 调速器及其设备检查 6 用紧急停机关闭方法检查导叶全开到全关的时间 并核对调保计算数据 7 对调速器自动操作系统进行模拟操作 检查手动及自动开机和事故停机时各部件的正确性 8 检查全部管道有无渗漏油的情况 2020 1 7 51 四 蝴蝶阀 球阀 操作柜及压力油系统的检查 1 确认蝶阀 球阀 手动和自动开启 关闭模拟试验全部合格 2 蝶阀 球阀 油压装置油压泵起动正常 油压正常 3 油泵起动放 自动 位置 4 蝶阀 球阀 控制柜电磁阀位置正确 无异常情况 5 充气气压表 油压表指示正确 6 人工锁锭开阀前已拔出 7 管路无漏油现象 2020 1 7 52 五 发电机 励磁机 永磁机的检查 1 发电机安装后 内部清理完毕检查 定转子 气隙等数据合格 确认无杂物 2 机组电气试验全部合格 并经总工程师核准 3 各轴承油质 油位正常 4 冷却水管路正常 无渗漏现象 5 推力轴承的顶转子及装置使用正常 阀门位置正常 6 刹车装置试用合格 7 发电机内灭火水管路检查试验合格 有专人确认 2020 1 7 53 五 发电机 励磁系统的检查 8 发电机转子 集电环 碳刷试验检查合格 9 励磁系统引出引入线极性正确 检查无误 励磁变压器检查正常 10 测量工作状态的各表计检验合格 11 水轮机及发电机各自动控制保护屏上的定值 核对正确 控制开关位置正确 并有继电二次部门专责人员随同检查确认 2020 1 7 54 二 充水试验 向尾水管 引水管及蜗壳充水平压 检查各部位 应无异常现象 根据设计要求分阶段向引水 输水系统充水 监视 检查各部位变化情况 应无异常现象 平压后在静水下进行进水口检修闸门或工作闸门或蝴蝶阀 球阀 筒形阀的手动 自动启闭试验 启闭时间应符合设计要求 检查和调试机组蜗壳取水系统及尾水管取水系统 其工作应正常 机组技术供水系统各部水压 流量正常 2020 1 7 55 一 充水试验准备工作 1 经试运现场主管确认 运行前的各项检查已经完毕 2 再次确认大坝进水总闸门和工作门处于关闭状态 进水蝴蝶阀 主阀 处于关闭状态 调速器 导水机构处于关闭状态 接力器锁定已经落锁 3 开启尾水门 向尾水管充水 检查顶盖 导水机构 尾水人孔门等是否漏水 2020 1 7 56 二 发电引水管充水试验 1 充水前应检查 观察引水管总闸门的漏水情况 并处理好 2 在专人监护下 先慢慢开启总闸门内的专用充水小阀门 禁止先突然开启大闸门 以防止引水管内气压过大引起放爆事故 3 记录引水管内充满水后的平压时间 4 平压后 才能开启大闸门 并在静水中重新开启试验 并记录开启时间 然后搁置牢固 5 引水管充满水后检查引水管水压读数 检查伸缩节 人孔门 通气孔情况 6 全部充满水后 检查正常 并报告运行主管确认 2020 1 7 57 三 蜗壳充水 1 按现场规程 第一次手动操作 打开蝴蝶阀 观察各项动作程序是否正常 并记录开启时间 2 手动操作合格后 写好自动操作票 分别进行机房现场和远方操作试验 观察动作过程是否正常 3 检查观察技术供水管道情况和厂房内渗漏水情况 检查渗漏排水泵工作状况 4 经试运主管确认 充水正常一定时间后 才能逐渐进入下一步机组起动阶段 2020 1 7 58 一 启动前的准备工作1 确认充水试验中发现的缺陷已经处理完毕 2 机组周围各层场地清扫完毕 通道畅通 吊物孔已盖好 各部位运行人员已进入预定岗位 测量仪器仪表已调整就位 3 调速器面板指针仪表正常 油压装置已完全正常 各阀门已处于开机位置 4 机组各轴承油位及测温装置正常 5 各部位冷却水 润滑水水压正常 6 刹车低压气正常 7 上下游水位 各部位原始温度已记录 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 59 二 启动前的准备工作8 发电机顶转子工作按规定已完成 油压撤除后 确认制动风闸已落下 9 发电机出口断路器已断开 并拉开相应隔离刀闸 10 发电机的励磁开关FMK处于断开位置 11 发电机集电环炭刷已拔出 12 水力机械保护装置和测量装置已投入 机组自动屏上各整定值确认正确 13 确认机组试验用短接线及接地线已拆除 14 临时监视摆度 振动和机组转速的表计已装好到位 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 60 二 首次起动时用手动操作试验1 拔出接力器锁锭 2 手动打开调速器的开度限制机构红针指针至于略大于空载开度位置 操作动作要求快捷 使机组快速升速 形成轴承润滑油膜 适时调整到额定转速 3 专人检查调速器 接力器各压力油管路有无渗油 漏油情况和机组顶盖等处密封情况 4 记录机组起动开度和与额定转速相对度的空载开度值 5 及时记录机组振动值 摆度值和转速值 6 及时监视机组各部位运转是否正常 7 记录机组运行摆度 其值不应超过轴承间隙或制造厂的设计规定值 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 61 二 首次启动时用手动操作试验8 记录各部振动值 其值不应超过相关规定 9 测量发电机一次部份残压值和出口电压互感器二次测的二次残压值 并测量检查相序是否正确 10 检查发电机集电环表面情况并处理 11 及时检查监视机组各部位是否动转正常 有无金属撞击声 水轮机室窜水 轴瓦温度升高 油槽甩油 摆度及振动过大等 及时报告起动指挥主管 直至紧急停机 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 62 2020 1 7 63 三 机组空载运行时调速器系统的调整和检查 四 首次手动起动后的停机及检查 五 过速试验及检查 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 64 三 自动开机和自动停机试验 1 自动开机 自动停机前的必备条件 并经两人检查确认 调速器切换到自动位置 功率给定处于空载位置 频率给定处于额定频率位置 调速器参数在空载最佳位置 水力机械保护回路全部投入 并投入控制回路二次电源 自动开机和自动停机条件完全具备 2 自动开机全自动可在中控室进行 送出一个开机脉冲即可全部完成自动开机过程 并随即进行各项检查 1 自动化元件能否正确动作情况 2 调速器动作情况 3 发出开机脉冲升至额定转速所需时间 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 65 三 自动开机和自动停机试验 4 机组自动停机及停机后的检查项目 1 在监控发出停机脉冲 2 记录发出停机脉冲到转速降至制动转速时间 3 记录自动加闸刹车到机组停止转动所需时间是否与整定时间相符 4 检查转速继电器和全部自动化元件动作情况 并处理异常 5 停机后 再次重复首次手动停机后的检查 特别注意检查制动风闸是否自动落下 三 水轮发电机组空载试运行 2020 1 7 66 四 发电机对主变压器和高压配电装置零起升压试验和电力系统对主变压器全压冲击合闸试验 2020 1 7 67 一 水轮发电机组空载并列试验 二 水轮发电机组的带负荷试验 五 水轮发电机组并列及带负荷试验 1 操作调速器开度限制机构慢慢增大开度 使有功负荷分段逐步增加 2 并观察各仪表指示及机组各部位运行情况和不同负荷下尾水补气装置工作情况 3 观察机组在加负荷时有无振动区 记录振动区相应的水头和相应的开度值 4 测量摆度与振动值 必要时进行补气试验 1 水轮发电机组的带负荷试验 2020 1 7 68 二 水轮发电机组的带负荷试验 五 水轮发电机组并列及带负荷试验 2 水轮发电机带负荷下励磁调节器试验 3 机组突变负荷试验 在其他试验全部合格条件下 使机组突然增加或突然减少负荷 变化量不应大于额定负荷的25 并应自动记录机组转速 蜗壳水压 尾水管压力脉动 接力器行程和功率变化过程 并选择各负荷工况下的调速器的最优调节参数 2020 1 7 69 一 甩负荷试验应具备的条件 六 水轮发电机组甩负荷试验 1 将调速器的参数选择在空载确定的最佳值 2 再次确认或调整好调速器在相应水头下 额定负荷时的最大开度位置 在此最大开度下 按设计调保计算结果 整定调速器全关时间 并经总工程师确认 3 调整好测量机组振动 摆度 蜗壳压力 引水管压力 机组转速 频率 和接力器行程等电量和非电的监测仪表 2020 1 7 70 二 机组甩负荷试验 六 水轮发电机组甩负荷试验 甩负荷试验应在额定负荷的25 50 75 和100 下分别进行 并记录有关数据 当电站受运行水头和电力系统条件限制时 若机组不可能带额定负荷下甩额定负荷 则可按当时条件在尽可能大的负荷下进行甩负荷试验 2020 1 7 71 三 自动励磁调节器的稳定性和超调量检查 四 水轮机调速系统调节性能检查 五 调速器动态品质检查 六 转桨式水轮机甩负荷后检查 六 水轮发电机组甩负荷试验 2020 1 7 72 七 水轮发电机组连续带负荷试验 1 完成以上试验内容经验证合格后 再经总工程师核准后 按规程规定程序和步骤 将机组并入电力系统 带额定负荷连续试运行 连续试运行时间 对新投产机组为72h 对大修机组为24h 若由于水库没有达到设计水位等外部特殊原因使机组不能达到额定出力 可根据具体情况确定机组应带最大负荷值 2 根据正式运行值班制度 全面正常值班工作并记录运行有关参数 3 在连续运行后 由于机组及附属设备的制造和安装质量原因引起运行中断 经检查处理合格后重新开始连续试运行 中断前后的运行时间不得累加计算 2020 1 7 73 七 水轮发电机组连续带负荷试验 4 连续试运行后 应停机检查并将蜗壳钢管的水排空 检查机组流道部分及水工建筑物排水系统情况 消除并处理连续试运行中所发现的所有缺陷 5 连续试运行后 应及时消除水力机械和电气设备的所有已发现的缺陷 6 新投产机组72h试运行 并经停机处理好发现的所有缺陷后 即可开始为期一年的试生产 试生产由电站建设单位委托生产单位进行 生产期满后 方可办正式移交 2020 1 7 74 八 其它试验 低油压关闭导叶试验 事故配压阀关闭导叶试验 动水关闭工作闸门或关闭主阀的试验 调相运行试验 2020 1 7 75 第三节水轮发电机组的正常运行机组正常运行基本操作程序 一 机组启动二 并列三 增 减 负荷四 运行监视五 解列制动操作六 停机 2020 1 7 76 第三节水轮发电机组的正常运行 发电机启动前可能处于的三种状态 1 检修状态 2 冷备用状态 3 热备用状态 2020 1 7 77 一 机组起动 一 冷备用机组起动前的检查与操作1 调速器检查2 油压装置检查3 制动系统检查4 顶转子操作5 主阀操作6 冷却 润滑水供水操作 2020 1 7 78 二 机组起动应具备条件 1 水轮机主阀在全开位置 主阀开启位置指示灯亮 2 导水机构全关 开限指示指零 3 机组无事故 事故继电器未动作 4 制动闸已复归 复归指示灯亮 5 冷却 润滑水已投入流量 水压正常 2020 1 7 79 6 制动系统气压正常 0 4 0 7Mpa 7 开机准备工作就绪 指示灯亮 8 发电机回路断路器在断开位置 9 继电保护和自动控制回路确认已验收合格 10 电气液压调速器的平衡表指示正确 2020 1 7 80 三 机组起动操作1 自动开机操作2 手动起动 2020 1 7 81 二 机组并列 一 发电机同期方式 1 准同期 是指先建立发电机电压 然后与系统同步 调励磁和周波 待满足并列条件后 合上同期开关 投入发电机的主断路器与系统并列 2 自同期 当发电机转速接近额定转速时 相差 2 在不加励磁的情况下先合发电机的主断路器 然后再合上励磁开关MK加励磁的并网方式 2020 1 7 82 二 机组并列准同期并列必须满足的条件 1 待并发电机的电压与电网 系统 电压相等 其偏差不大于额定电压的 5 2 待并发电机的频率与电网频率相等 其频率偏差不大于 0 25Hz 3 待并发电机与电网相位相同 其偏差在 10 相位角以内 4 待并发电机与电网相序相同 2020 1 7 83 三 水轮发电机的增 减 负荷操作当水轮发电机组并入电网带负荷后 调整有功功率和无功功率到额定值 1 操作开度限制机构 使红针到比预定的与水头相适应的额定出力略大的限制开度 2 增加有功功率 操作调速器的转速调整机构黑针 使其增大指示 使导水机构实际开度增大 调整机组有功功率到额定值 3 增加无功功率 用增加励磁的方法调整无功功率到额定值 并监视励磁电流不允许超限 减少有功功率与无功功率的操作与上述相反 机组在运行中可根据电网调度 用上述相同的方法进行功率调整 2020 1 7 84 四 发电机转调相和调相转发电操作发电机改作调相机运行 实质是作为一台空载的同步电动机倂在电网上运行 又叫同步补偿机 不需要外部的水能 只需要调整励磁电流发无功 就可以向电网输送无功电能 一 发电机转调相操作及动作过程 二 调相转发电操作及动作过程 三 调相停机 四 停机调相 2020 1 7 85 五 正常运行中监视检查及动作过程为保质保量地完成发电任务 对运行中地水轮发电机组及设备 必须认真负责地进行监视 一旦发现设备有缺陷和异常情况时 要及时汇报 迅速进行处理 对于带负荷运行地发电机 因铜损和铁损而产生地热量 会使发电机定子线圈和铁芯温度升高 为避免因发电机温度升高使绝缘材料寿命缩短而造成事故 在运行中必须严格空载发电机各部分的温度 使之不超过绝缘材料的极限温度 通常情况下 发电机转子线圈温度和铁芯温度要比定子铁芯温度低一些 定子铁芯的温度又要比定子线圈稳定低 所以对运行中的发电机 主要监视发电机定子线圈的温度 发电机不带满负荷运行时 最好保持定子线圈温度在60 80度之间 最高不要超过110度 发电机转子线圈最高不要超过130度 2020 1 7 86 发电机在运行电压和电流不变的情况下 发电机各部分在运行中的实际温度决定于冷却介质的温度和冷却介质的温升 因此在运行中除监视发电机线圈和铁芯的温度外 还应认真监视发电机进 出口的风温 一般发电机冷却空气的温升为25 30度左右 如温升显著升高 则说明发电机冷却系统的果农故作已不能满足要求 这时应对发电机的定子电流进行调整或调整发电机冷却水量 使运行中的发电机各部分温度在允许范围内 如无效 则可能是发电机的冷却器堵塞或通风道被堵或定子铁芯短路等原因所致 此时 必须停机进行检查 水轮发电机组在转动时 各轴承的轴瓦与转动部分相接触 因摩擦而产生热量 在轴承油槽内充入透平油 作为轴瓦和转动部分的润滑剂 将会减少磨损防止轴瓦温度升高而烧瓦 在发电机组的轴承油槽内装有冷却器 通入冷却水冷却透平油 降低油温 油在润 2020 1 7 87 滑轴瓦的同时又带走了轴瓦的热量 降低了瓦温 为监视各轴承的运行工况 避免发生烧瓦事故 在轴承的轴瓦上装有监视轴瓦温度的设备 在轴瓦温度升高至某一温度时发出报警信号 当轴瓦温度继续升高到危及机组安全时 立即动作事故继电器紧急停机 一般报警信号温度动作的整定值j较事故动作的温度整定值低5度 运行中的发电机 如在某些部件处出现振动 摆度异常增大或发电机内部有金属摩擦 撞击声 或发出微小异味 定子端部有明显电晕等情形时 发电机不可继续运行 应立即紧急停机进行检查 运行中的调速器应稳定 其主配压阀 引导阀无异常抽动和跳动 各表计指示正常 调速器内部各电气接线无断线 破损 2020 1 7 88 压力油槽的油位应在正常范围 压油泵应处于自动位置 油泵运行时声音正常 无渗油 漏油 对机旁盘 测温盘及制动柜的监视 要求各设备电源在投入位置 机组保护盘无掉牌 各压板投 切位置正确 各继电器工作良好 整定值无变化 测温装置工作良好 指示正确 推力轴承和各导轴承的油温 油色正常 无漏油和甩油 且各轴承均无异常声响 发电机空气冷却器不漏水 无大量结露 发电机的风洞内无异常气味和声响 机组的总冷却水压力应正常 推力轴承 导轴承的冷却水压表和示流器正常 各管路阀门无漏水 运行中机组无异常振动 振 摆度在规定范围内 励磁系统及滑环 整流可控硅表面不发黑 无麻点 无碳粉堆积 炭刷不卡塞不跳动 2020 1 7 89 四 机组振动与声响监视机组在运行中发生的振动与摆度 可用传感器监视 或定期用百分表测量 运行中若发现机组异常振动 可先试行调整水轮机开度 避开可能的汽蚀振动区 机组内部有金属磨擦和撞击声 应立即停机进行检查 查明原因 进行排除 五 水轮机运行监视1 主轴密封监视要求密封不过热 漏水量小 2 导水机构监视剪断销无剪断 连杆 拐臂间无杂物 导叶套筒处不漏水 顶盖排水畅通 水轮机室无大量积水 接力器动作正常 2020 1 7 90 六 冷却及润滑水水压水量的监视冷却水水压指示正常 水流畅通 示流器指示正常 2020 1 7 91 水轮发电机组的运行及操作 1 水轮发电机组并网操作水轮发电机组正常起动后并入系统运行 为了使机组并网后保持稳定的同步运行 在并列过程中必须满足三个条件 1 待并机组与电网频率相同 2 待并机组与电网电压相等 3 待并机组与电网相序一致 以上三个条件满足后 机组才能并入电网 并要求开关合闸瞬间 相位角相等 一般常采用准同期 分为自动准同期和手动准同期 2 顶转子操作机组停机超过72小时或机组检修或轴承油槽排油至推力轴承轴瓦与镜板以下时 机组起动前 需用高压油泵将发电机转子顶起 使推力轴承与镜板间形成油膜 2020 1 7 92 六 水轮发电机组的解列和停机 一 解列 1 由值长发出停机令 2 用转速调整机构调实际开度到空载开度 3 调节发电机的励磁 卸去全部无功功率 4 把开度限制机构指针红针打到空载开度 5 断开发电机出口的主断路器 使水轮发电机组与电网解列 2020 1 7 93 二 正常停机 1 操作励磁调节手柄 将发电机电压减至零 2 操作开度限制机构 实际开度黑针到零位 导水叶全关 3 机组转速逐步降低 当降低到额定转速15 35 左右 自动或手动投入制动闸 至机组停止运行 4 投入调速器接力器锁定 5 复归制动闸 指示灯亮 并去现场检查制动闸是否全部落下 6 关闭机组冷却水总供水阀 7 全面检查机组情况 8 若较长时间停机 或导水叶漏水严重 可在当班值长同意下 将水轮机机导叶前的主阀关闭 2020 1 7 94 三 事故停机发电机在运行中发生以下故障时 机组自动进行事故停机 1 发电机电气事故 发电机保护动作 2 机组事故 如轴承油温高达75 C 调速器油压事故性降低等 发生这些故障时 相应的保护动作 自动跳开主断路器 灭磁开关 机组做事故停机 2020 1 7 95 四 紧急事故停机发电机在运行中发生以下故障时 机组自动进行紧急事故停机 1 机组过速达到140 额定转速 2 在机组事故过程中剪断销剪断 机组紧急事故停机时 除开自动跳开主断路器 灭磁开关 机组做事故停机同时 发出紧急事故信号 还要关闭机组主阀 2020 1 7 96 五 手动紧急停机发电机在运行中发生以下情况时 运行人员应立即关闭导叶 降低励磁 将发电机与系统解列 进行手动紧急停机 1 机组发生强烈的振动和严重的异响 2 发电机引出线电缆爆炸或接头发热冒烟 3 水轮机发生严重漏水 压力水管破裂 危及机组安全 4 发电机定子 转子冒烟着火 5 发生人身事故或自然灾害 2020 1 7 97 第四节水轮发电机组运行故障与事故处理 一 发电机运行故障及事故处理 一 发电机过负荷 现象 定子电流超过额定值 处理 应先检查有功功率和无功功率及电压 注意电流超过允许值所经历的时间 一般先采取降低励磁电流的办法 在不使电压过低和无功过小的情况下 尽可能地减少定子电流 若此法不奏效 则再降低发电机的有功 在告知电网调度的情况下 或切除一部分负荷 使定子电流降低到允许值 2020 1 7 98 一 发电机运行故障及事故处理 二 发电机振荡 现象 1 定子电流表指针剧烈摆动 并超过正常允许值 2 定子电压表指针剧烈振荡 电压往往会下降 3 有功功率表指针在全盘范围内摆动 4 转子励磁电流表在正常值附近摆动 5 频率和发电机转速忽上忽下 发电机发出呜呜叫声 2020 1 7 99 一 发电机运行故障及事故处理 二 发电机振荡 处理 1 立即报告值长 并汇报电网调度员 2 对无自动调整励磁装置的发电机 在励磁电流不超过额定值的条件下 应尽快手动增加励磁电流 使机组进入同期 3 对投入自动励磁装置的发电机 监视励磁电流的变化 并应减小水轮机开度 减少发电机的有功负荷 使机组恢复同期 4 在采用上述措施仍不能恢复时 立即报告电网调度员 将机组迅速解列 2020 1 7 100 一 发电机运行故障及事故处理 三 发电机非同期并列 现象 出现定子电流突然升高 发电机电压大量降低 发电机内发出吼叫声 定子电流表剧烈摆动后慢慢恢复正常 发电机强励动作 光字牌亮 信号继电器掉牌等 处理 运行人员应在值长同意下 立即跳开发电机出口的断路器 迅速停机 然后用2500V摇表测定定子绝缘 并检查发电机定子上 下端部有无变形 经检查确定发电机未受损伤后 方可再开机并网运行 2020 1 7 101 一 发电机运行故障及事故处理 四 发电机失去励磁 现象 励磁电流表指针指零位 有功功率表指示低于正常值 定子电流表指示升高 功率因数表进相 cos 1 无功表偏负 发电机从电力系统吸取无功功率 处理 应先检查励磁开关是否跳闸 如果没有跳闸 应在调节励磁无效的情况下 将发电机解列 以免故障扩大 停机后 会同电试专责人员对励磁回路进行全面测试检查 并由专责人员处理好 2020 1 7 102 一 发电机运行故障及事故处理 五 发电机差动保护动作 现象 差动保护动作信号继电器掉牌 事故喇叭响 发电机事故 光字牌亮 差动继电器掉牌 机组自动跳出口开关解列 停机 处理 首先对发电机重点进行检查然后对保护区内的设备进行详细检查检查差动保护的整定值是否正确 或者是否保护误动情况 2020 1 7 103 一 发电机运行故障及事故处理 六 发电机着火 现象 发电机出风口处冒出明显的烟气与火星 或有绝缘烧焦的气味 2020 1 7 104 一 发电机运行故障及事故处理 六 发电机着火 处理 1 水机值班人员应立即用开度限制减少有功至零值并操作紧停按钮 将发电机组与系统解列灭磁 2 确认发电机灭磁开关MK跳闸 已灭磁失压 再迅速打开发电机消火水管 值班人员按 安规 用四氯化碳和1211等灭火器灭火 禁止用泡沫灭火机和砂子灭火 3 待灭火降温后根据事故发生的现象和部位仔细检查 必要时由检修专责人员应解体检查 查明原因 分别加以处理 2020 1 7 105 一 发电机运行故障及事故处理 七 发电机油断路器跳闸 现象 断路器跳闸指示绿灯亮红灯灭 或有音响信号 发电机有功 无功功率表指零 原因 1 发电机内部故障 如定子绕组短路 差动保护等主保护装置动作 2 发电机外部故障 线路或母线短路 线路雷击等引起短路的过电流 引起发电机后备保护延时动作跳闸 3 水力机械事故 如 水轮机轴瓦温度达事故温度等 4 继电保护本身缺陷误动作 5 运行人员误操作误动引起跳闸 2020 1 7 106 一 发电机运行故障及事故处理 七 发电机油断路器跳闸 处理 检查灭磁开关是否跳开 如没有跳开 应立即将其断开 磁场变阻器放到最大位置 查明跳闸原因 报告技术主管 根据实际情况分别进行处理 2020 1 7 107 一 发电机运行故障及事故处理 八 发电机其它故障和事故 发电机定子温度升高发电机振动增大发电机定子回路单相接地故障 2020 1 7 108 二 水轮机运行故障及事故处理 一 水轮机气蚀和振动 现象 水轮机在运行中发生气蚀时 尾水管噪声增大 机组振动 摆度加大 原因 水轮机在不稳定区间运行引起 措施 运行人员应调整导水叶开度 避开水轮机不稳定振动区运行 2020 1 7 109 二 水轮机运行故障及事故处理 二 水轮机出力不足 现象 水轮机出力达不到在该设计运行水头下相应的保证功率 原因 1 通水流道堵塞 2 低水头轴流式水轮机 因尾水管补气不当 或尾水管淹没深度不够 使尾水真空破坏 引起水轮机出力不足 3 止漏环间隙过小或其他原因 使转轮与固定部件擦亮 2020 1 7 110 二 水轮机运行故障及事故处理 三 机组过速 原因 机组甩负荷 调速器失灵 或者关闭时间整定值过大 使机组转速大于过速继电器整定值 一般为额定转速的140 机组紧急停机 同时 主阀自动关闭 注意事项 当调速器失灵引起机组过速 又遇到保护自动控制回路故障时 机组不自动停机 运行人员应迅速按紧急停机按钮或手动操作调速器的紧急停机阀 使导水机构关闭 若无效 应迅速关闭主阀 2020 1 7 111 二 水轮机运行故障及事故处理 四 剪断销剪断 原因 导水机构在动作过程中 个别导叶被异物卡住或其他原因使导叶不能转动时 该导叶的剪断销被剪断 其他导叶依然转动 以此保护导水轮机构安全 现象 1 剪断销信号装置发信号 水力机械故障信号光字牌亮 2 主副导叶臂分离或拐臂与连杆分离 3 因水力不平衡使机组振动 摆度 噪音增大 2020 1 7 112 二 水轮机运行故障及事故处理 四 剪断销剪断 防范措施 1 提高上游进口拦污栅质量 并保持完好率 防止过大漂浮物进入引水室后进入导叶 2 提高导水机构质量 导叶应灵活 无别劲 3 采用尼龙轴承时应先浸水 后加工 防止因间隙过小 尼龙套浸水膨胀后抱死轴颈