发电机本体及励磁系统简介

发电机本体及励磁系统介绍 一 发电机工作原理二 THDF125 67发电机的结构三 发电机定子四 发电机转子五 冷却方式六 励磁系统七 发电机运行方式 目录 我们知道 导线切割磁力线能够产生感应电势 将导线连成闭合回路 就有电流流通 发电机就是基于这个原理工作的 图1为最简单的两极同步发电机 定子上有AX BY CZ三相对称绕组 转子是直流励磁的主磁极 图1两极同步发电机1 定子铁芯2 转子3 集电环 1 1 发电机基本原理 一 发电机工作原理 若发电机转子由原动机拖动逆时针方向以速度n旋转时 主极磁通 0切割定子绕组而感应出对称的三相电势 其电势频率为 f np 60式中 n 转子转速 p 极对数 1 2 基本概念 有功 在交流电能的发 输 用过程中 用于转换成非电 磁形式 如热能 机械能等 的那部分能量叫有功 即用于做功而被消耗掉的能量 转换的平均功率叫做有功功率 用P表示 单位为瓦 符号是W 其数学表达式为 P UIcos 无功 用于电路内电 磁场交换的那部分能量叫无功 即仅用来进行交换而没有被负载消耗的能量 无功又分感性无功和容性无功 用于电路内磁场交换的能量叫感性无功 用于电场交换的能量叫容性无功 交换的最大功率叫无功功率 用Q表示 无功功率的单位为乏 符号是var 其数学表达式为 Q UIsin 视在功率 由于电压 电流间存在相位差 正弦交流电路中的平均功率一般不等于电压 电流有效值的乘积 为与平均功率相区别 把电压 电流有效值的乘积叫视在功率 用S表示 单位为伏安 符号是VA 其数学表达式为 S UI 视在功率 有功功率 无功功率关系式为 功率因数 上面有功功率公式中的cos 叫做功率因数 它为有功功率与视在功率的比值 等于电压比电流超前的相位差的余弦 2 1 THDF125 67发电机总述 发电机为上海电气电机厂有限责任公司制造的THDF 125 67型三相交流隐极式同步发电机 发电机冷却方式为水氢氢 即定子绕组水内冷 转子绕组氢内冷 定子铁芯及引线氢冷 发电机的励磁型式为发电机出口带励磁变的全静态自并励磁系统 二 THDF125 67发电机的结构 2 2 同步发电机参数 型号 THDF125 67T 三相交流发电机 H 氢冷 D 转子绕组轴向气体冷却 F 定子绕组水冷 125 转子本体直径1 25米 67 定子铁芯长度6 7米 额定功率 1000MW 功率因数 0 9 滞后 额定电压 27kV 定子电流 23778A 额定转速 3000r min 额定氢压 0 5MPa 冷却方式 水氢氢 线棒水冷 定子铁芯 转子氢冷 通风方式 定子轴向 转子轴向 径向 励磁方式 静态励磁 2 3 同步发电机结构 同步发电机结构图 3 1机座主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组 此外 机座还要能防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力 三 发电机定子 3 2端盖及轴承 3 3定子铁芯 构成发电机磁路和固定定子绕组 组装完成后的铁芯 发电机定子端部结构 1 下层线棒 2 上层线棒 3 定子线棒的压板4 定子铁芯 5 压指 6 定子铁芯弧形压板7 绝缘穿心螺杆 8 磁屏蔽 9 冷却气体环形回路10 大锥环 11 冷却水汇水管 12 绝缘衬套13 绝缘软管 线圈端部绕组用压板和高强度绝缘螺栓夹紧到刚性绝缘大锥环上 该大锥环由定子机座支撑并允许在机座内轴向移动 整个端部线圈间浇垫成整体 于是端部绕组形成一组 刚 柔 结构 能够承受突然短路 错相合闸 过电流等冲击 3 4定子绕组 由嵌在定子铁芯槽内的线圈按一定规律联接而成 磁屏蔽冷却 有效的阶梯段磁屏蔽结构 另齿压板和压圈处都均设计有风道 有良好的通风冷却效果 附加损耗少 热点温度低 定子绕组水电连接 定子绕组为双层2支路并联绕组 线棒在槽内540 换位 能有效地降低铜内附加损耗线棒槽内固定采用侧面波纹板 楔下波纹板固定 能非常有效地防止线棒在槽内各方向的松动 定子槽内布置 由一根整体合金钢锻件加工而成 在转子本体上径向地有许多纵向槽用于安装转子绕组 它是电机磁路的主要组成部分 四 发电机转子 发电机转子 发电机转子导线 转子绕组的空心铜线为无氧含银铜线 转子绕组的空心铜线为无氧含银铜线 转子槽绝缘内表面 槽楔下垫条靠铜线侧 转子护环下绝缘筒内圆等与转子绕组相接触部分皆贴有滑移层 这样在开停机和负荷变化时转子绕组能较自由的热胀冷缩 防止绕组变形和绝缘损伤 转子端部结构 转子槽内布置 转子极 大齿 上设有阻尼槽 阻尼槽楔采用耐高温蠕变及高导电率的铜合金槽楔 阻尼结构效果良好 负序能力高 I2为6 I22t为6s 水 氢 氢通风冷却方式 定子铁心轴向氢冷 转子轴向 径向氢冷 相间连接线和出线套管直接氢内冷 定子线圈水内冷 五 冷却方式 发电机冷却回路 氢气借助于位于汽端转子端部的多级 4级 轴流风扇 在具有封闭系统的发电机内作循环 风扇将气隙及铁心中的热气抽出 再流向冷却器 在经过冷却器冷却后 风路被分成3部分 风路l 冷气由定子机座中的通风管通至励端的端部绕组区域 在那里冷气在进入铁心中的轴向孔之前沿着齿压板流动 因此 齿压板和压圈上都设计有风道 以使冷气能够沿着齿压板流进定子铁心端部的阶梯区域 沿着铁心中的轴向孔从励端到汽端通过定子铁心的风路 吸收了定子铁心所产生的热量 气体沿着齿压板上的风道进入定子端部绕组区域 被轴流风扇抽出 流向冷却器 发电机冷却回路 风路2 冷气由风扇座的下方进人转子端部绕组区域 直接冷却汽端那半边的转子绕组 冷却转子绕组的气体通过绕组端部的进风孔进人直线导体的通风道 沿着导体的轴向风道流向砖子本体的中心 然后热气通过导体上的径向风道从转子槽楔孔流人气隙 冷却绕组端部的气体通过端面后 再经导体流向磁极的中心附近 在出风区气体汇合 然后经转子本体端部的出风口流人气隙 风路3 氢气迸人励端的端部绕组区域直接冷却励端半边的转子绕组 由于冷却气体流动路线的对称结构 励端半边的转子绕组的冷却过程与汽端半边的转子绕组相同 热气也流向转子的中心然后排人气隙 发电机冷却回路 发电机机座是抗压 气密型的 在其两端装有端盖 氢冷器垂直安装在汽机侧端部的空腔内 发电机内产生的热量通过氢气带走 发电机通过直接冷却系统进行冷却 冷却介质直接吸收热量 这将极大地降低最热点的温度 并降低可能导致热膨胀的相邻部件之间的温差 从而能够将各部件 尤其是铜导体绝缘材料转子和定子铁芯 所受的机械应力减小至最小 发电机本体温度监测元件 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统 它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成 励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流 而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出 励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用 尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势 也促使励磁技术不断发展 同步发电机的励磁系统如图1所示 6 1 励磁系统基本原理 六 励磁系统 图1发电机励磁系统基本原理框图 其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分 而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置 由励磁调节器 励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁控制系统 励磁系统是发电机的重要组成部份 它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响 励磁系统的主要作用有 1 根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流 以维持机端电压为给定值 2 控制并列运行各发电机间无功功率分配 3 提高发电机并列运行的静态稳定性 4 提高发电机并列运行的暂态稳定性 5 在发电机内部出现故障时 进行灭磁 以减小故障损失程度 6 根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制 6 2励磁系统分类 同步发电机励磁系统的形式有多种多样 按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类 如下图所示 SPPA E3000励磁系统是由德国SIEMENS公司生产 SPPA E3000励磁系统自动控制配置有多种型式 下面以带有手动紧急备用通道的双通道系统为例进行介绍 励磁系统主要由三相全控桥式整流装置 灭磁及转子过压保护装置 起励装置 微机励磁调节器和励磁变压器组成 正常运行期间 励磁系统由接于发电机机端的励磁变供电 起励装置电源由380V交流供给 发电机起励后 起励接触器合闸 提供初始励磁建立发电机电压 当发电机电压 电流达到额定值20 时 起励接触器自动断开 可控硅正常工作 发电机电压自动升至额定值 6 3 SPPA E3000励磁系统 励磁调节器为双自动控制器 自动 手动 每个控制器均有AVR 自动 方式和FCR 手动 方式 自动电压调节器 AVR 回路跟踪发电机的端电压 励磁电流调节器FCR 手动方式 跟踪发电机的励磁电流 当进风温度超过额定值时 如果定子绕组 转子绕组及定子铁芯的温度经过试验未超过其绝缘等级和制造厂允许的温度 可以不降低发电机的容量 当温度超过允许值 则应减少定子和转子电流 直到允许温度为止 发电机额定氢压运行 当冷氢温度为额定值时 其负载应不高于额定值的1 1倍 当发电机冷氢温度高于额定值时 每升高1 时 定子电流应减少2 发电机最低进风温度以气体冷却器不出现凝结水珠为标准 一般气体冷却器温度不低于20 为防止发电机内结露 定子内冷水温度高于进风温度 7 1 发电机进风温度变动时运行方式 七 发电机运行方式 发电机运行时 机内氢压必须高于定冷水压力 发电机冷却介质的进 出口温差显著增大时 表明发电机冷却系统已不正常或发电机内部的损失有所增加 应分析原因 采取措施 予以解决 7 2 电压 频率 功率因素变动时的运行方式 发电机运行电压的变动范围在额定电压的 5 内而功率因数为额定值时 其额定容量不变 发电机连续运行的最高允许电压不得大于额定值的110 发电机的最低运行电压应根据稳定运行的要求确定 不应低于额定值的90 发电机额定频率为50Hz 其正常变动范围在48 5 51 0Hz以内时 发电机的额定功率可保持不变连续运