电动发电机讲义

发电电动机发电电动机 1 概述概述 1 1 电气主接线电气主接线 电气主接线示于图DZ15C 8 02 A 如图所示发电电动机组分别与主变 压器接成8 组发电电动机 变压器单元 在发电电动机和主变压器之 间接有换相开关和发电机断路器 发电机 电动机工况转换时的换相和 机组并入系统的同期 均在主变18kV 侧进行 每两组发 变单元在主 变500kV 侧联合 500kV 侧采用不完全单母线双断路器分段接线 除 了主变4 回进线外 一回接至博罗500kV 变电站 二回接至东莞500kV 变电站 从每台主变低压侧引接厂用电源 A B 厂各设两台18kV 厂 用变压器 其中1 和3 2 和4 主变低压侧分别引接至1 2 18kV 厂 用变压器 5 和7 6 和8 主变低压侧分别引接至3 4 18kV 厂用变 压器 机组作抽水工况运行时 采用静止变频起动作主要的起动方式 A B 厂各用一套变频起动装置起动本厂的四台机组 并以背靠背起动 作为备用起动方式 任一台机组均可以背靠背起动方式逐一起动其它 三台机组 A 厂变频起动装置的电源由1 3 机端取得 B 厂变频起 动装置的电源由5 7 机端取得 主变压器额定容量为360MVA 额定电压为525 1x2 5 3x2 5 18kV 带无载分接开关的三相变压器 短路阻抗约为15 发电机出口发生三 相短路时 由主变侧提供的三相短路电流周期分量有效值约为80kA 发电电动机应能通过主变压器在高压侧由零起升压至500kV 向空载线 路充电 发电电动机及其附属设备应满足在失去交流厂用电时黑起动 及保证满足以下规定的工况转换的要求 1 2 厂房电气设备布置厂房电气设备布置 本电站A B 厂主厂房内各安装四台发电电动机组 发电机层高程以水泵水轮机安装高程 导叶中心高程 135 00m 为基 准 初定为149 05m 发电电动机出线在中间层 高程为143 45m 主引出线在下游侧 Y 轴 发电电动机出口的电压互感器柜布置在母 线洞内 发电电动机中性点出线在 X 轴上 中性点设备柜布置在相应 的机墩旁 主变压器布置在主厂房下游侧的主变洞中 主变洞与主厂房之间距离 为38m 并与主厂房平行 地面高程与主厂房发电机层高程相同 A 厂 主厂房与主变洞之间的四条母线洞内分别布置1 4 机组的离相封闭母 线 发电机断路器 换相隔离开关等设备 2 型式及额定值型式及额定值 2 1 型式型式 三相 竖轴 悬式 空冷 可逆式同步发电电动机 2 2 额定值额定值 2 2 1 发电工况额定容量 334MVA 发电工况最大容量 360MVA 此时cos 0 925 滞后 电动工况轴 输出功率的保证值不小于330MW 2 2 2 额定电压 18kV 2 2 3 调压范围 18kV 5 2 2 4 额定功率因数 发电机0 9 滞后 电动机0 95 2 2 5 额定频率 50Hz 2 2 6 额定转速 500r min 2 3 运行频率运行频率 运行工况 正常频率范围 电动工况 49 8 50 5Hz 发电工况 49 5 50 2Hz 3 主要参数及性能主要参数及性能 3 1 效率效率 发电机在额定容量 额定电压 额定转速 额定功率因数时 其效率 保证值不低于98 7 发电机在不同功率 额定电压 额定转速 额定 功率因数时 其加权平均效率保证值不低于98 42 电动机在额定容量 额定电压 额定转速 额定功率因数时 其效率 保证值不低于98 79 电动机在不同出力 额定电压 额定转速 额 定功率因数时 其加权平均效率保证值不低于98 76 3 2 绝缘及温升绝缘及温升 3 2 1 绝缘 绝缘等级 定子 转子绕组及定子铁心绝缘采用F级 3 2 2 温升 1 在正常条件下 长期连续运行 并在一台冷却器退出运行 且空 气冷却器进口水温不超过30 冷却器出口空气温度不超过40 的环 境条件下 发电电动机各部位温升 温度 限值不应超过下列规定值 定子绕组 ETD 80K 转子绕组 R 90K 定子铁心 ETD 80K 集电环 T 60K 上导 推力轴承ETD 75 下导轴承 ETD 75 温度测量方法有以下四种 即电阻法 埋置检温计 ETD 法 温度计 法和叠加法 亦称双桥带电测温法 ETD 埋置检温计法 用埋入电 机内部的检温计 如电阻检温计 热电偶或半导体热敏元件等 来测 量温度 检温计是在电机制造过程中埋置于电机制成后所不能触及的 部位 R 电阻法 是利用绕组电阻随温度升高而相应增大来确定绕组 的温升 温度计法是用温度计贴附在电机可接触到的表面来测量温度 叠加法 双桥带电测温法 是在不中断交流负载电流的情况下 在负 载电流上叠加一微弱直流电流 以测量绕组直流电阻随温度而发生的 变化来确定交流绕组的温升 2 在最大容量 360MVA 下 长期连续运行 并在一台冷却器退出运 行 且空气冷却器进口水温不超过30 冷却器出口空气温度不超过 40 的环境条件下 发电电动机各部位温升值 温度 限值不超过下 列规定值 定子绕组 ETD 90K 转子绕组 R 95K 定子铁心 ETD 80K 集电环 T 65K 上导 推力轴承ETD 75 下导轴承 ETD 75 3 5 发电电动机在下列情况下 能输出或吸收额定功率 发电电动机在下列情况下 能输出或吸收额定功率 1 环境温度不大于40 空气冷却器 油冷却器进水最高温度不大 于30 2 在额定转速及额定功率因数时 电压与其额定值偏差不超过 5 3 在额定电压及额定功率因数时 频率与其额定值偏差不超过 1 4 在额定功率因数时 当电压和频率同时发生偏差 两者偏差分别 不超过 5 和 1 若两者偏差都是正值 则两者之和不超过6 若两者偏差都是负偏差 或为一正一负 则两者偏差百分数绝对值和 不超过5 电压与频率偏差超过上述规定值时 能连续运行 此时输出 或吸收功率以励磁电流不超过额定值 定子电流不超过额定值的105 为限 5 允许提高功率因数到1 运行 以使有功输出等于额定视在功率 3 6 旋转方向旋转方向 发电机工况 俯视机组顺时针旋转 电动机工况 俯视机组逆时针旋转 3 7 引出线相序排列引出线相序排列 面向电动发电机从左到右依次为U V W 相 3 8 过转速过转速 发电机的飞逸转速不小于725r min 3 9 机组同期方式机组同期方式 以自动准同期方式与系统并列 3 10 电动工况起动方式电动工况起动方式 变频起动为正常起动方式 背靠背起动作为备用起动方式 3 11 调相和进相调相和进相 除发电和抽水工况外 机组能作同步调相机供系统调压或作旋转 备用 在额定电压 额定转速 定子视在功率334MVA 不超过温升限 值 发电机工况进相功率因数 0 93 电动机工况能在进相功率因数 0 95 的条件下长期进相运行 发电机充电容量 欠励磁 不小于277Mvar 发电机工况调相能力 过励磁 不小于250Mvar 电动机工况调相能力 过励磁 不小于240 Mvar 3 24 可靠性指标可靠性指标 可用率 95 无故障连续运行时间 MTTF 18000h 4 主要部件及附属设备主要部件及附属设备 4 1 定子铁心定子铁心 1 定子铁心采用低损耗 频率为50Hz B 1T 时单位损耗 0 9W kg 无时效的优质冷轧硅钢片 型号为 35H210 每片硅 钢片两面涂F级绝缘材料 材料特性良好的导磁性 磁滞损耗小及高电 阻率 2 定子铁心叠片应全部交错叠制 叠片的压紧由叠片的装配应力控 制 同时用紧度刀片检查 插入深度不应大于3mm 另外 卖方应提交 其实际标准 设计要求和叠片紧度试验资料 装叠后由于铁心错位引起 定子槽深和槽宽的误差均不应大于0 3mm 叠片分段压紧时 圆周方向 高度差不应超过 0 5mm 并检查压紧螺栓的拉力以校对叠片压紧程度 3 定子叠片上 下两端用齿压板牢固地夹住 齿压板的压指应采用 非磁性材料 4 铁心的拉紧螺杆应有足够的强度 并能在机组各种运行工况下保 持稳定的拉紧力 铁心的拉紧螺杆不得当作键或鸽尾销 如拉紧螺栓 需穿过铁心 应采用套管绝缘 使其与铁心有可靠的绝缘 不允许采 用缠带绝缘的方法 拉紧螺杆的自然频率应避开机组各种运行方式 正 常运行 电动工况启动和电制动 时的机械频率 拉紧螺杆上端应设优 质蝶形弹簧 保持恒定的压缩量 以维持机组运行期间冷热交替铁心 膨胀和收缩时 对铁心必须的压紧力 防止铁心长期运行后松动 定 子铁心磁化铁损试验应符合有关规程标准规定 在运行时铁心应无明 显蜂鸣声 5 定子铁心中通风沟应设计成使整个铁心长度方向的温升尽可能均 匀分布 通风沟用 I 形断面的钢撑条隔成 不得采用焊接撑条 其 它形状的撑条及其它材料制成的撑条 每层通风沟 I 形撑条上下应 对齐 6 应有保证措施适应铁心热膨胀 防止铁心翘曲和机座受力过大 4 2 定子绕组定子绕组 1 定子绕组采用单匝 双层 主引出线和中性点引出线的绝缘均按 线电压设计 定子绕组为Y形接线 中性点经变压器 电阻接地 2 每根线棒的导体采用罗贝尔 Roebel 原理换位 以减小附加损耗 和股线间温差 3 经Roebel换位和用环氧树脂压紧的线棒用机器按恒定张力均匀搭 绕Micadur 带 使线棒及其绝缘为一个严密的 无间隙的 均匀而有 一定弹性的整体 4 定子绕组导体应为电解铜 纯度不低于99 9 5 绕组应具有良好的防电晕和耐腐蚀能力 在槽部 端部等部位应 采取防晕措施 定子线棒的端部绝缘应采用防晕层与主绝缘一次成型 的结构 6 在槽内采用的槽衬 Round packing 应使线棒在槽内与铁心之 间紧密无间隙 填料应采用F级绝缘 4 2 1 主引出线和中性点引出线主引出线和中性点引出线 1 主引出线应有三个引出端 且在机坑内可有拆卸的连接装置 以 便将引出线和外部连接断开 连接断开后 断口之间距离应大于 300mm 连接端头应镀银 并确保多次拆接的需要 2 分支绕组引线平行段应分开绝缘 一直到端头 3 中性点引线应按相分组 出线数目应与分支数目对应 并满足差 动保护的要求 分支引线应分开包绝缘 4 3 转子转子 组成转子支架 磁轭 磁极 4 3 1 磁极磁极 1 磁极应采用多T尾结构固定在磁轭上 磁极铁心应采用高强度薄钢 板冲片 压板材料应采用锻钢 磁极和磁轭的T 尾部的应力状况应经 过有限元计算 磁极数量为12个 2 磁极线圈导体应采用紫铜排 其纯度不得低于99 9 为了增加总 的冷却面积 某些匝 冷却匝 比其他匝宽些 线圈外侧呈现一 个冷却翼体 3 磁极线圈为弯曲型 使磁极线圈绝缘环上无横向力 且极间无V型 固定块 极间连接应十分可靠 接触面镀银 磁极连接线还应便于拆 卸和检修 应有防止磁极绕组及极靴绝缘垫板产生变形和滑动的措施 4 在保证磁极满足强度要求的前提下 优先考虑在磁极线圈靠铁心 面也有冷却空气通过的结构 4 3 2 磁轭磁轭 1 采用叠片磁轭 磁轭冲片应采用高强度优质钢板 以保证在最大 飞逸转速下磁轭断面上出现的最大拉应力不大于材料屈服应力的2 3 2 磁轭结构应满足通风要求 磁轭冲片应在工厂内进行叠装检查 合格后才可出厂 将冲片分类并 按重量分级包装 转子磁轭厚度偏差根据分块重量测量 叠片高度用 统一的专用度板测量 以保证一致 并提供工地组装工艺要求及测量 组装等设备 3 磁轭冲片应平整 除锈 去毛剌 尺寸符合精度要求 应采取有 效措施 保证磁轭的整体性 强度和刚度 防止松散和变形 磁轭冲 片应在工厂内进行叠装检查 4 磁轭按正常转速热套在转子支架上 通过打磁轭键保证浮动转速 高于额定转速 用一套导向棒调同心 以保证磁轭同心膨胀 磁轭在 径向可自由膨胀 转子磁轭与转子支架的分离转速应提交买方审查 4 3 3 阻尼绕组阻尼绕组 1 转子应装设纵 横阻尼绕组 2 阻尼环间采用多层紫铜片制成的连接线进行柔性连接 防止因振 动和热变形引起故障 3 阻尼绕组应具有承受短路电流和不平衡电流的能力 4 阻尼绕组应安装牢固 防止由于振动 热位移以及在飞逸转速下 出现机械性故障 4 5 主轴主轴 轴应采用高强度优质钢 28Mn6 锻制而成 并进行热处理 主轴为中 空 主轴为中空 开一个直径不小于150mm 的通孔 以便检查主轴内 部质量 并满足水泵水轮机检修时起吊绳从中穿过的要求 4 6 集电装置集电装置 集电装置由集电环和碳刷装置组成 集电装置由集电环和碳刷装置组成 集电环应采用高抗磨材料制成 碳刷采用高抗磨材料制成 其运行寿命应不少于3000 小时 采用恒压 弹簧式刷握 每个刷握应设两个碳刷 每只碳刷的引线采用不少于两 根镀银编织铜线 以防止由于碳刷接触不良或接头松动导致机组失磁 集电环 导电环及引线的全部绝缘应耐油 防潮 励磁回路导线截面 至少应是能承受最大励磁电流所需截面的130 从碳刷架引至励磁柜 端子间的励磁电缆应为整长的电缆 中间不得有接头 不得经发电机 端子箱转接 为了使集电环和电刷均匀磨损 应设有掉换导电环正负极性的专门装 置 该装置设置在励磁柜内 正负导电环各设一个用于试验测量的备 用碳刷 刷握及端子 4 7 推力轴承及导轴承推力轴承及导轴承 4 7 1 推力轴承推力轴承 上导与推力组合轴承放在上机架 上机架轴向座落在定子机座上 并呈放射状地将径向力传递至基础预埋板上 下导轴承支架放在预埋 基础板上 推力轴承润滑油的冷却方式应采用外循环方式 油冷却器和油泵 布置在机墩外 正常开 停机时 推力轴承使用高压油减载装置 但允许在事故 情况下不投入该装置也能安全地进行发电 抽水两种工况下停机 推 力轴瓦不会损伤 高压油减载装置布置在机墩外便于维护的地方 机组正常运行时 轴瓦温度不得超过75 在冷却水中断15min 不烧瓦 油冷却器的冷却水取自机组技术供水系统 油冷却器按最大承压 1 6MPa 设计 正常运行时 冷却器的水压力降应不超过0 1MPa 推力轴承油外循环所采用油泵组应为两套 能互为备用 且能互 相自动切换 可以手动切换优先权 推力轴承油外循环控制由机组LCU 的PLC 进行控制 控制系统电 源采用两路直流220V 10 20 电源 由电站直流电源系统供给 辅助电源采用一路交流380 220V 15 电源 取自电站厂用电系统 4 7 2 导轴承导轴承 在发电电动机转子上 下部各设置导轴承 导轴承均布置在机架 内 导轴承结构 导轴承应为油浸 自润滑 可调的分块瓦型 上导 推力组合轴承的润滑油循环冷却采用强迫外循环冷却 下导轴承的润 滑油循环冷却采用自泵内循环冷却 静止油面在导轴承瓦轴向长度1 2 以上 在上端轴设置附加碳刷 防止绝缘损坏后轴电流损伤轴瓦 4 7 3 高压油减载装置高压油减载装置 高压油减载装置所采用高压油泵组应为两套 其中一套交流电源 油泵用于正常开 停机 另一套直流电源油泵为备用 减载装置的起 动和关闭应是自动进行的 并有轴承表面油泄漏的保护闭锁装置 高压油减载装置控制由机组LCU 的PLC 进行控制 控制系统电源采用 两路直流220V 10 20 电源 由电站直流电源系统供给 辅助电 源采用一路交流380 220V 15 电源 取自电站厂用电系统 4 8 机架机架 4 8 1 上机架设计应考虑在不拆下集电环和制动圆盘的情况下即可取出 上导和推力轴承 4 8 2 机架采用各种斜元件结构 与上轴承支架的斜臂 以适应热变形 4 8 3 上机架支臂的传力设计应尽可能将径向力转化为切向力作用在机 坑混凝土墙上或采用联合受力的办法 在保证稳定的情况下 尽可能 减少机坑混凝土墙所受的径向力 4 8 4 上 下机架刚度应满足导轴承座的要求 并应为轴承 转子 制 动装置的检查维修提供足够的空间 下机架设计应减少作用在基础上的热应力和径向力 4 9 冷却系统冷却系统 4 9 1 空气冷却系统空气冷却系统 发电电动机定子 转子均采用空气冷却 空气冷却系统采用无外 加电动风机的轴径向通风冷却方式 空气冷却器数量保证发电电动机 在额定工况运行时 任一台冷却器退出运行后 当进口冷却水温 30 发电电动机各部位温升不超过允许温升限值 冷却器按最大 工作压力1 6MPa设计 冷却器进 出口压力表计之间的水压降不得超 过0 1MPa 空气冷却器的冷却水系统设有总的供 排水环管 布置在机坑内 每个冷却器的进 排水管应通过法兰 阀门并联至供排水总管上 冷却水系统应设置一个总阀门 用于控制和调节冷却水量 冷却水系 统的管路和部件 附件按最大工作压力1 6MPa设计 润滑油冷却系统具有足够的冷却容量 冷却器按主 备用方式设 置 油冷却器按最大工作压力1 6MPa设计 在正常工作条件下油冷却 器进出口压力表之间的水压降不得超过0 1MPa 4 10 制动停机系统制动停机系统 每台发电电动机应配置一套机械制动装置机械制动装置和一套电气制动装置电气制动装置 两套装置配合使用 并允许单独使用 正常制动时要求 当发电电动机转速下降到50 额定转速时 电制 动停机装置投入 当发电电动机转速下降到5 额定转速时 机械制动 装置投入 直至机组完全停机 同时满足以下基本要求 机组正常运 行时不误动作 具有必要的保护和闭锁措施 可实现现地及远方操作 停机时间满足工况转换时间要求 制动装置设计时 能在水泵水轮机 的导水叶漏水产生1 5 额定转矩的情况下正常制动停机 机械制动装置 机械制动停机装置包括制动盘 制动爪 带制动 块 连接管路 压缩空气控制柜及所有附属控制设备 制动装置置 于轴上部的盘式制动结构 机械制动装置单独使用时 能在发电电动 机转速下降至30 额定转速时投入至停机 全部制动时间应少于120s 机械制动系统设有自动和手动自动和手动控制设备 机械制动系统压缩空气气压为0 6 0 9MPa0 6 0 9MPa 电制动装置 电制动停机装置由电制动断路器及其监视 控制装 置组成 电制动断路器与发电电动机断路器之间应有可靠的电气闭锁 顶起装置 顶起装置包括千斤顶 供排油管路 阀门 仪表 自 动化元件等部件及A 厂和B 厂各一套公用的移动式电动高压油泵 千 斤顶单独设置 顶起装置上应设置机械锁锭 以保持转子在顶起的位置上而无需 连续保持液压 粉尘收集装置 用于收集碳刷及制动盘 制动块上产生的微粒的 静电过滤器 吸风机以及所有必须的风管 风道 仪表和控制装置 收集的粉尘能方便地从收集室中清除 装置能自动和手动控制 在自 动控制方式时 装置随机组启动自动投入运行 在停机后延时退出 并有状态指示信号 装置的控制系统由机组LCU的PLC进行控制装置各状态 故障 故 障报警等信号应能在计算机监控系统中明确显示 控制系统电源采用 两路直流220V 10 20 电源 由电站直流电源系统供给 辅助电 源采用一路交流380 220V 15 电源 取自电站厂用电系统 4 11 仪表及监测系统仪表及监测系统 温度监测 油位监测 流量监测 4 12 灭火装置灭火装置 灭火装置的型式 发电电动机采用CO2灭火 该装置应成套 并应适用于自动或手动自动或手动操作 采用专用的钥匙闭 锁系统接口 有一只手动主阀安装在靠近发电电动机风洞门旁 以用于手动操有一只手动主阀安装在靠近发电电动机风洞门旁 以用于手动操 作灭火设备 一套远方手动操作装置作灭火设备 一套远方手动操作装置 报警装置采用双总线方式双总线方式与各探测器连接 报警装置能显示各探 测器的动作情况 当探测器动作时 报警装置有两副独立的电气接点 作用于全厂火灾报警系统 当有感烟 感温探测器同时动作时 报警 装置作用于自动灭火系统灭火 报警装置应设有自检功能 自动检测 装置工作是否正常 以及双总线输入回路和探测器是否发生故障 报 警装置安装在机组RTU盘上 其电源应采用双回路直流220V 灭火装置 起动后 跳闸信号通过机组的跳闸矩阵出口 跳闸信号必须手动复归 4 13 空间加热器空间加热器 空间加热器布置在发电电动机风洞内 以保证机组在停机后发电 电动机绕组干燥 不结露 保持绕组温度比环境温度高大约5K 加热 器用380V 50Hz 三相电源供电 装置的控制系统由机组LCU的PLC进行 控制 4 14 其它设备其它设备 轴电流的检测及保护装置 含大轴接地碳刷 轴电压的检测用 碳刷 1 包括设备 包括设备 18kV限流电抗器 A B厂主变18kV分支母线侧的8组限流电抗器 18kV厂用变压器 A B厂共4 台18kV厂用变压器 18kV手车式开关柜 18kV 厂用变压器18kV侧的手车式开关柜 共 8 台 18kV电缆 包括18kV 限流电抗器至18kV 开关柜以及18kV 开关柜 至18kV 厂用变压器的接电缆 3X185mm2 约6km 2 技术参数及技术要求技术参数及技术要求 2 1 18kV 限流电抗器 型式 户内 单相干式 铜线圈 自然冷却 防潮 额定电压 24kV 设备工作电压 18kV 额定电流 1600A 额定频率 50Hz 额定短时耐受电流和持续时间 25kA 3s 额定峰值耐受电流 峰值 63kA 绝缘水平 对地 额定1min 工频耐受电压 有效值 50 55kV 额定雷电冲击耐受电压 峰值 125kV 绝缘等级 H级 绕组温升 80K 技术要求 限流电抗器的容量和阻抗应满足SFC 或厂用电设备任 一处短路故障不损坏SFC 或厂用电系统任一设备的要求 限流电抗器 采用单相水平排列布置 限流电抗器一端与离相封闭母线接 另一端 与电缆接 2 2 18kV 厂用变压器厂用变压器 2 2 1 型式 三相 无载调压 户内使用 干式绝缘 自然风冷 防潮型 带保护外壳 前后设可拆装的盖子 高压进线与18kV 干式电缆相 连 低压出线与10kV 干式电缆相连 采用中国顺德特种变压器厂产品 2 2 2 额定值 额定容量 6300kVA 额定电压 初级 18 5 kV 次级 10 5kV 短路阻抗值 6 额定频率 50Hz 绕组连接方式 Y d11 冷却方式 空气自冷 温升 80K 绝缘水平 对地 工频耐压 1min 初级50kV 次级38kV 雷电冲击耐压 初级125kV 次级75kV 变压器每相线圈内部设置热敏电阻传感器 配带计算机接口以测 试线圈内部温度及作过载保护用 并可实现远程温度监测和控制 在 变压器柜上应配置温度指示器