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混流式水轮发电机培训资料 水轮发电机的分类发电机的基本参数水轮发电机工作原理发电机的基本结构发电机的安装发电机的运行与维护 目录 水轮发电机的分类 立式水轮发电机 卧式水轮发电机 混流式 轴流式 贯流式 冲击式 悬式水轮发电机 伞式 半伞式水轮发电机 发电机的基本参数 型号 SF50 26 6250额定容量 58 824MVA 50MW额定电压 10500V额定电流 3234 5A额定频率 50Hz额定功率因数 0 85 滞后 额定转速 230 8r min飞逸转速 485r min相数 3飞轮力矩 2900t m2旋转方向 俯视顺时针励磁方式 可控硅静止励磁额定励磁电压 205V额定励磁电流 995A 2 1发电机的基本参数定义及说明 2 1 1额定容量SN kVA MVA 额定条件 额定电压 电流及功率因数 下水轮发电机连续输出的千伏 安值 在额定转速一定的情况下 额定容量大致反映了机组几何尺寸的大小 2 1 2额定电压UN kV 水轮发电机端连续输出电压值 是由许多因素综合确定的参数 额定电压反映了水轮发电机的绝缘水平 发电机的电压越高 绕组的绝缘也越厚 导体占空间的系数降低 重量增加 成本加大 降低电压时 绕阻匝数减小 电流加大 经济性下降 正常情况下 允许发电机额定电压有正负5 的变动范围 2 1 3额定转速nN r min 额定条件下水轮发电机每分钟旋转的次数 电机转速与结构尺寸及材质强度的关系密切 通常转速越高 结构尺寸越小 对材质强度要求也越高 额定转速由转轮类型 工作水头 流量及效率等诸多因素决定 水轮发电机是一种将机械能转变为电能的能量转换装置 其工作原理主要是基于电磁感应定律 水轮发电机的工作是在水轮机及调速器和励磁调节器的配合下实现的 由于水的势能引起水轮机转子转动 水轮机的扭矩是通过其水轮机轴法兰与发电机轴法兰的连接传递给发电机的 因而拖动发电机工作 发电机转子上的磁场是靠可控硅静止励磁装置建立 控制和调节的 发电机所带负荷或其它因素发生变化时 必引起发电机电压或其它特性的变化 为保持发电机良好地工作 需要励磁和速度调节系统相应随之变化 以改变发电机的磁场强度及改变水轮机导叶开度来适应负荷的变化 水轮发电机工作原理 发电机的基本结构 发电机立体图形 本水轮发电机为悬式结构 采用密闭自循环无风扇单路回风空气冷却系统 发电机主要包括定子 转子 上机架 下机架 推力轴承 导轴承 空气冷却器和附属设备等 发电机定子机座下端经基础板与混凝土基础固定 上端连接上机架 从定子铁心内径可整体吊出发电机下机架 转子是轴系和通风系统的组成部分 轴系由发电机转子本体 发电机大轴 水轮机大轴及转轮组成 转子支架 磁轭和磁极构成径向通风回路的压力源 上机架为负荷机架 推力轴承置于上机架上 与上导轴承合用一个油槽 并采用内循环冷却方式 上机架通过6个支臂与定子机座连接 下机架内有下导轴承 6个支臂下端通过基础板与混凝土基础固定 支臂兼做制动器的基础 混流式水轮发电机结构 下机架 下导轴承 转子 定子 电机轴 上导轴承 集电环 上机架 图一 发电机总图 发电机的定子由机座 铁芯 线圈等部件组成 机座是用来固定铁芯的 对于悬式发电机 机座用来承受转动部分的全部重量 铁芯是发电机磁路的一部分 线圈则形成发电机的电路 定子机座由钢板焊接而成 为运输方便而分成两瓣 在工地组焊成整体 机座为多边形结构 对边距离为7400mm 高2200mm 定子铁芯采用高导磁 低损耗 无时效的50W270优质硅钢片冲制而成 全圆由324槽 27片组成 铁芯外径为 6250mm 内径 5520mm 总长1210mm 铁芯轴向均匀设有高度为6mm的通风沟25个 通风槽钢采用非磁性钢制成 为了减小附加损耗 铁芯两端叠成阶梯形 并采用非磁性压指及非磁性端箍 为避免压指脱落 非磁性压指直接焊于压板上 定子铁芯叠装在工地进行 定子铁芯与定位筋之间预留热膨胀间隙 发电机铁芯在运行过程中产生热膨胀 预留热膨胀间隙 可以避免铁芯鸽尾处的翘曲变形 4 1定子 定子绕组为条形波绕组 每极每相槽数为4 2 13 线圈由2 5X5 6 2 75X5 85双涤纶玻璃丝包铜扁线绕制而成 绕组主绝缘采用F级高场强绝缘系统 并进行防晕处理 具有良好的电气性能 定子绕组为2支路Y形连接 定子绕组的并头及引线连接均采用银铜焊工艺 焊接性能良好 图二 发电机定子总图 采用无风扇 浮动磁轭结构 转子支架为圆盘式焊接结构 转子支架与主轴热套在制造厂进行 磁轭冲片的迭装及磁极挂装在工地进行 转轴采用优质合金钢20SiMn锻制而成 具有足够的刚度和强度 磁轭采用3mm厚的WDER450优质高强度钢板冲制 在不削弱机械强度和保证磁通在极间的连续性的情况下 磁轭叠片3层作为一个基片 每基本层错一极 之 字单返回叠法 采用多层 之 字形叠装 在极间形成较宽的磁轭径向通风沟 使转子支架作为离心风扇 而产生的风量均匀地扩散到定子 起到较好的通风效果 转子支架与磁轭采用复合切向键联接 在磁轭的下方装有可拆卸的多块制动环 磁极铁芯采用2mm厚的DER345优质高强度钢板冲制迭压而成 每极有3个T尾用磁极键楔紧与磁轭相连 磁极线圈为铜排绕制 采用F级绝缘 整体热压成型 4 2转子 图三 发电机转子总图 上机架为钢板焊接6支臂结构 为运输方便 有两个支臂为合缝板可拆卸支臂 推力轴承为厚瓦加支柱螺栓支撑方式 整圆由8块扇形弹性金属塑料瓦组成 轴承支座由钢板制成 用螺钉紧固在上机架中 为防止轴电流的产生 在上导瓦和上机架间加以绝缘 当机组额定持续荷载运行时 推力瓦温度不超过55 推力轴承总负荷为400t 上导轴瓦与推力头侧面接触 由12块巴氏合金瓦组成 背面用球面支柱螺栓方式支撑 使瓦在运行中能自由摆动 整个导轴承装于上机架上环上 导轴承瓦与推力头之间的间隙单边为0 2毫米 当机组额定持续荷载运行时 导瓦温度不超过70 油冷却器进水最高温度为28 冷却水量为每小时55立方米 油槽内润滑油的油量为2 5立方米 油的牌号为L TSA46 油槽上部装有接触式油挡 有效防止油槽油雾溢出 4 3上机架 包括推力轴承和上导轴承 图四 发电机上机架总图 下机架为钢板焊接6支臂结构 为运输方便 有两个支臂为合缝板可拆卸支臂 12块下导轴瓦采用支柱螺丝支撑 下导轴承与滑转子间的间隙单边为0 1 0 15毫米 下导轴承冷却水量为每小时20立方米下机架油槽内的油量为1立方米 图五 发电机下机架总图 4 4下机架 包括下导轴承 为测量发电机定子线圈及铁芯温度 在定子线圈层间及槽底共埋入Pt100电阻测温线圈54个 其中24个备用 4 5制动系统 在下机架各支臂上对应于转子制动环处装有 250毫米的制动器6个 机组停机时 当转速降到25 nN 58rpm 时 用0 5 0 8MPa压力的压缩空气通入制动器 连续制动2min至停机 顶起转子时可用高压电动油泵将油打入制动器 油压为约8MPa 顶起转子高度不能超过10毫米 4 6灭火装置 发电机采用喷雾式的水灭火系统 上 下喷雾环管布置在定子线圈端部附近 在出现火灾时 自动或手动控制投入 4 7通风系统 发电机采用由上盖板 上挡风板 下挡风板形成的密闭自循环无风扇单面回风通风系统 在定子机座外圆均匀布置6个空气冷却器 圆盘式转子支架结构使进入转子的风量得到较均匀的分配 磁轭采用先进的叠片工艺叠出通风沟 以增强定 转子线圈端部的冷却效果 4 8测温装置 为了安全运行 在发电机下列各部分设有铂热电阻Pt100 5 发电机的安装 5 1绝缘性能要求 a 水轮发电机定子绕组对机壳或绕组间的绝缘电阻值在换算至100 应不低于按下式计算的数值 b 转子单个磁极挂装前及挂装后在室温 10 40 用1000V兆欧表测量时 其绝缘电阻值应不小于5M 挂装后转子整体绕组的绝缘电阻值应不小于0 5M C 水轮发电机推力轴承 导轴承及埋置检温计均应对地绝缘 其绝缘电阻值在 10 30 测量时 应不小于下表的规定 5 2推力轴承和导轴承的发电机的机架 其垂直方向和水平方向的允许双幅振动值 应不大于下表的规定 5 3机组轴线的允许摆度值 应不大于下表的规定 6 发电机的运行与维护 发电机的运行和维护是同等重要的 电站运行工作人员应熟悉电机的结构及各部分的特点 并在运行实践中不断总结经验 以便正确判断电机在运行中是否处于正常状态 在维护中应以对工作极端负责的精神 将电机在运行中的一切重要现象记载于运行记录中 定时记载仪表的读数及测定结果 对不正常的情况更应详细记载并及时处理 6 1发电机的运行 发电机运行的电压 频率与额定值的偏差 不对称负载运行 各部分的允许温升温度以及作调相机运行的条件 见GB7894 2009 水轮发电机基本技术条件 之规定 发电机不允许在异步状态下运行 发电机只允许在事故时采用自同期投入电网 一般情况下不作自同期投入电网 6 2发电机的维护 发电机在运行中应经常检查各机件的固定与连接 尤其是电气连接 如转子极间连接线 测温系统等有无松动现象 发电机的各部分应维护清洁 不许沾有尘土 线圈要经常检查其绝缘 以下就各部分的主要特点列出应注意事项 供运行人员参考 突然的撞击或摆度 振动加大 轴承的温度突然升高或油面有不正常的升高或降低油冷却器停水机组过速后发生不正常的音响时定子线圈温度发生异常现象 如局部过热温度突然升高 时 6 2 1发电机在运行中如有下列情况之一应即停机检查 6 2 2发电机在下述情况之一不应投入运行 冷却水管有堵塞现象或停水时测温装置有故障时制动器及其管路有故障时轴承润滑油温度低于10 时滑环表面烧灼损坏未处理时 6 2 3各部分维护 6 2 3 1定子 在机组运行过程中应经常注意铁心与机座的固定 并注意定子与地基的固定 铁心各段间的通风道要保持畅通 如发现有尘土堆积而使通风道堵塞时 则要用干燥的压缩空气 将尘土吹出机外 最好用直空吸尘器清除尘土 6 2 3 2定子绕组 定子绕组必须保持干燥 清洁和良好的绝缘性能 如机组停机2个月以上不运转时 必须对定子绕组吹热干风 尤其是位于湿热带地区的电站 在开机运行前必须测量绕组的绝缘电阻 如绝缘电阻降低必须对绕组进行烘干 至绝缘电阻不小于6 61M 100oC 在运行过程中 如发现绝缘电阻值突然降低时必须找出原因 并采取有效的措施解决 绕组表面必须定期检查 表面上有尘土时 可用上述办法吹净 如绕组表面有油渍时 必须用溶剂清洗 建议采用无水酒精 或50 酒精与50 四氯化碳的混合剂做为溶剂 绕组清洗时要注意不得损坏其绝缘 清洗后应喷 或刷 F级189晾干漆和188F级红瓷漆各一遍 要定期检查绕组的电腐蚀 如发现绕组表面电腐蚀严重 则应进行妥善处理 机组方能继续运行 如在运行中发现绕组电晕过大 也应即停机进行处理 检查时注意下列各处 绕组端部是否有变形情况端箍 托块 垫块的绑扎是否松动槽楔是否松动绝缘有无破损之处 在一般情况下 定子线圈温升升高 定子电流不变 可能由下列原因造成 测温系统接触不良通风沟道堵塞 6 2 3 3转子 要经常检查转子线圈的绝缘电阻 其值不得低于0 5兆欧 测量时要将滑环上的电刷拿掉 当绝缘电阻下降时必须用分段办法对下列各部分单独进行绝缘电阻测量 转子磁极线圈阻尼条与阻尼环的焊接处阻尼环与磁极的固定磁极线圈是否有串动或松动情况各紧固螺钉 锁片及键等是否有松动情况转子磁轭与制动环的紧固引线及其紧固情况 6 2 3 4推力轴承与油冷却器 推力轴承直接承受整个机组转动部分的重量和水推力 是水轮发电机中最重要的部件之一 也是整个机组制造和运行维护中最重要最困难的部件之一 在运行中必须保证轴瓦温度正常为原则 同时 在运行时不甩油 每次开机前运行人员要检查油面位置 在最初安装时可暂按产品图纸决定油面位置 油槽内部不允许存在有任何影响轴承运行的杂质 运行中应经常注意 油面情况油的温度轴瓦的温度冷却水的流动情况轴承中轴电流的情况 油面的降低可能是漏油和甩油引起的 必须查出原因并妥善处理 油面升高时 则应检查冷却水管是否漏水 并取油样检查 必须定期从油槽底部取出油样进行检查其性能 发电机在开始运行的一个阶段或轴瓦经过更新修理 调正后的一个阶段中 检查次数应增多 推力瓦瓦的温度不得高于55 上 下导瓦温度不超过70 油温不得超过50 信号温度计的警报温度要调整在较其稳定温度时高出5 停机温度要高出10 并随不同季节而改变 不允许发电机在低速下长时间运转 以免损坏轴瓦 故在停机时当机组速度降至额定转速的25 时 制动管路系统通以0 5 0 8兆帕压缩空气加以制动 6 2 3 5制动器及制动管路 发电机检修时必须用制动器顶起转子 并将制动器投入锁定装置以防止机组由于导水机构漏水而引起转动和事故 顶起转子时活塞由最低到最高位置的行程不得超过25毫米 开机前需顶起转子时 要把转子顶高5 10毫米左右 顶起转子时6个制动器要全部投入锁定装置 以免只有部分制动器承受转动部分的重量 而增加其管路中的压力 每个制动器上各装有行程开关 为串联连接 当制动器顶起工作完毕恢复原来装置位置时 有信号反映于机旁盘上 6 2 3 6导轴承和油冷却器 导轴承和油冷却器在运行中也要经常检查油面情况 油的温度 导瓦的温度 冷却水的流动情况 导瓦中轴电流的情况 油冷却器有无漏水现象 并参照推力轴承和油冷却器有关处理办法处理 6 2 3 7集电环 集电环与碳刷必须保持良好的接触 更换碳刷时要配磨碳刷表