同步发电机篇

1、同步发电机篇第一节 同步发电机的工作原理我们知道，导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。当同步发电机的三相绕组与负载接通时，对称三相绕组中流过对称三相电流，并产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1=60f/p，即定子旋转磁场的转速与发电机转子转速相同，亦就是同步，故称为同步发电机。第二节 同步发电机的基本结构从发电机的工作原理可知，同步发电机是由定子、转子两个基本部分组成的。1定子定子由定子铁芯、定子绕组（也叫电枢绕组）、绝缘引水管、机座、端盖、空冷器及挡风装置等部件组成。定子铁芯是电机磁路的一部分，同时也嵌放定

2、子绕组。定子铁芯的形状呈圆筒形，在内壁上均匀地分布着槽。为了减小铁芯损耗，定子铁芯一般采用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠装制成。当定子铁芯外径大于1m时，用扇形冲片（如图33所示）拼成一个整圆，错缝叠装，沿轴向分成若干段，段与段之间留有1cm宽的风道。整个铁芯用非磁性的端压板和抱紧螺杆压紧固定于机座上。定子绕组是定子的电路部分，它是感应电动势、通过电流、实现机电能量转换的重要部件。定子绕组用铜线或铝线制成。汽轮发电机多采用双层叠绕组。为了减小集肤效应引起的附加损耗，绕制定子绕组的导线由许多互相绝缘的多股线并绕而成，在绕组的直线部分还要换位，以减小因漏磁通而引起各股线间的电势差和涡流。定子

3、机座应有足够的强度和刚度，一般机座都是用钢板焊接而成，主要用于固定定子铁芯，并和其它部件一起形成密闭的冷却系统。2转子转子由转子铁芯、转子绕组（也叫励磁绕组）、护环、滑环、风扇、转轴等部件组成。对于一对磁极的汽轮发电机，其转速达3000r/min。因此转子要做得细一些，以减少转子圆周的线速度，避免转子部件由于高速旋转的离心作用而损坏。所以转子形状为隐极式，它的直径小，为一细长的圆柱体。转子铁芯既是电机磁路的一部分，又是固定励磁绕组的部件，大型汽轮发电机的转子一般采用导磁性能好、机械强度高的合金钢锻成，并和轴锻成一个整体。沿转子铁芯轴向，铁芯表面三分之二的部分对称地铣有凹槽，槽的形状有两种，一种

4、为辐射形排列，一种是平行排列。我国生产的电机都采用辐射形槽。占转子表面三分之一的不开槽部分形成一个大齿，大齿的中心实际为磁极中心。励磁绕组由矩形的扁铜线绕成同心式绕组，嵌放在铁芯槽中，所有绕组串联组成励磁绕组。直流励磁电流一般是通过电刷和集电环引入转子励磁绕组，形成转子的直流电路。励磁绕组各匝间相互绝缘，各匝和铁芯间也有可靠的绝缘。第三节 同步发电机的分类和型号1分类同步发电机按原动机不同，可分为两种主要类型。一种是汽轮机作为原动机的汽轮发电机；另一种是水轮机作为原动机的水轮发电机。汽轮机是高速原动机，因此汽轮发电机一般是卧式的，转子多采用机械强度较好的隐极式结构；而水轮机是低速的原动机，因此

5、水轮发电机一般是立式的，转子多采用容易制造的凸极式结构。另外，同步发电机还可以按冷却介质和冷却方式不同，组合成水氢氢（定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯氢冷），水水空（定子、转子绕组水内冷、铁芯空冷）；水一水一氢（定子、转子绕组水内冷、铁芯氢冷）等类型。2型号大坝发电厂的汽轮发电机的型号为：QFS3002和QFS23002。其型号的意义为：Q汽轮，F发电机，S定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、铁芯空冷，300表示额定功率（单位是MW），2表示极数，下标2表示型（改进型）。第四节 同步发电机的额定参数1额定容量SN或额定功率PN额定容量是指发电机长期安全运行时，所能输出的最大视在功率，一般以千伏

6、安（kVA）或兆伏安（MVA）为单位；额定功率是指发电机正常运行时，所能输出的最大有功功率，一般以千瓦（kW）或兆瓦（MW）为单位。2额定电压UN额定电压是指发电机额定运行时，机端定子三相绕组的线电压，单位为伏（V）或千伏（kV）。3额定电流IN额定电流是指发电机正常连续运行时，定子绕组允许通过的最大线电流，单位为安（A）。4额定功率因数 j额定功率因数是指同步发电机的额定功率和额定容量的比值，铭牌上一般标有额定功率和 j值。上述四基额定参数之间有如下基本关系：j=jj=j=另外，在同步发电机的铭牌上还常列有：额定效率N（%）、额定频率fN（Hz）、额定转速nN（r/min）额定励磁电压ULN

7、（V）、额定励磁电流ILN（A）和额定温升等。第五节同步发电机的启、停操作一、启动前的准备发电机安装或检修完毕，得到系统调度的命令即可将其启动，并投入运行。启动前，为保证发电机的安全可靠，必须对有关设备和系统进行一系列检查、测量和试验。只有下述全部项目都合格后，方可启动机组。1需要检查的项目（1）发电机变压器组的一、二次设备安装或检修终结后，在启动前应将工作票全部收回。详细检查各部分及其周围的清洁情况，各有关设备、仪表是否完好，短路线和接地线是否拆除，检修人员是否已撤离现场。（2）检查升压变压器和厂用变压器油位是否正常，各散热器蝴蝶阀、冷油器进出油阀是否全开，主断路器油位、操作机构是否正常。（

8、3）将经过过滤与干燥的压缩空气通入发电机，保持机座内压力达到0.3MPa，并在转子静止状态下，检查发电机水路的密封性。（4）进水前检查滤净设备是否完好，水质的导电率、硬度、pH值等是否达到要求。（5）检查轴承润滑油路及高压顶轴设备，在油压大于15MPa时，顶起高度是否大于0.04mm。（6）打开定子汇水管上的排气阀门，启动冷却水泵，开启定子绕组的进水阀，待从排气阀门溢水时关闭汇水管上的排气阀门，维持定子进水压力为0.20.5MPa。2需要测量的项目（1）在冷态下测量转子绕组的直流电阻和交流阻抗。（2）测量定子、转子绕组的绝缘电阻。定子绕组的绝缘电阻采用10002500V摇表测量，其绝缘电阻值未

9、作规定，但若测得结果较前次有明显降低（如为前次的1/31/5），则应查明原因并将其消除；转子线圈的绝缘电阻应包括发电机转子及向其供电的励磁机回路，测量时应采用5001000V摇表。励磁回路全部绝缘电阻若低于0.5MW时，应采取措施加以恢复。3需要进行试验的项目（1）在通水情况下，进行发电机定子绕组对地交流耐压试验，试验电压为0.75(2UN+3000)=32250(V)(310)式中UN发电机的额定电压，试验时间为1min。（2）对定子绕组水路进行0.75MPa、8h的水压试验，应无渗漏现象。在额定水压下通水循环4h以后，绝缘电阻仍应符合要求。二、启动当发电机的定子和转子内冷却水水质、水温、压

10、力等均符合规程规定，冷却器通水正常，高压顶轴油压大于规定值时，即可启动转子。在转速超过200r/min时停止顶轴。应注意，发电机开始转动后，即应认为发电机及其全部电气设备均已带电。对安装和检修后第一次启动的机组，应缓慢升速并监听发电机的声音，检查轴承给油情况及振动情况。在确认无摩擦、碰撞声后，逐渐增加转速，然后迅速通过一阶临界转速。通过临界转速时，轴承座的振动值要大些，但不应大于0.1mm。这时还要检查集电环上的电刷是否有跳动、卡涩或接触不良现象，如有，应设法消除。如无异常情况，即可升速至额定转速3000r/min。三、升压当汽轮发电机升速至额定转速且定子绕组已通水的情况下，就可以加励磁升高发

11、电机定子绕组电压，简称升压。发电机电压的升高速度一般不作规定，可以立即升至规定值，但在接近额定值时，调整不可过急，以免超过额定值。升压时还应注意：（1）三相定子电流表的指示均应等于或接近于零，如果发现定子电流有指示，说明定子绕组上有短路（如临时接地线未拆除等），这时应减励磁至零，拉开灭磁开关进行检查。（2）三相电压应平衡，同时也以此检查一次回路和电压互感器回路有无开路。（3）当发电机定子电压达到额定值时，应检查转子电流是否和空载电流值相符合。此时应将发电机的励磁整流A、B柜内的“均流/均流退”小开关切至“均流”位置，检查A、B柜均流正常，检查A、B柜输出与转子电流相符、参考电压相等。四、并列当

12、发电机电压升到额定值后，可准备对电网并列。并列是一项非常重要的操作，必须小心谨慎，操作不当将产生很大的冲击电流，严重时会使发电机遭到损坏。发电机的同期并列方法有二，即准同期并列与自同期并列，分别介绍如下：1准同期并列准同期并列是一种常用的基本同期并列方式，并列时应满足以下三个条件：（1）待并发电机的电压与系统电压相等。（2）待并发电机的频率与系统频率相等。（3）待并发电机的电压相位角与系统的电压相位角一致。并列操作可以手动进行，称为手动准同期；也可以自动进行，称为自动准同期。自动准同期需借助于专有的自动准同期装置进行。进行手动准同期操作前，应确认主断路器、隔离开关位置正确，如有屏幕显示器，也可

13、通过画面确认。还应确认操作开关及同期开关位置正确（不允许有第二个同期开关投入）。接着可投入同期表盘，同期表开始旋转，同期灯也跟着时亮时暗。这时可能还要少许调整发电机端电压，以满足第1个并列条件。调整的方法是调整自动电压调节器的电压给定开关（特殊情况下也可利用调节器内的“手动回路开关”或感应调压器进行调压），继而调整发电机的转速以满足第2、3个并列条件。当3个条件都满足时，同期表指针指在同期位置，同期灯最暗，表示已到达同步点，但一般是在指针顺时针方向缓慢旋转，且接近同步点（预留到达同步点的主断路器合闸时间）时，即可合闸，使发电机与系统并列。随即可增加发电机的励磁电流和有功负荷，确认发电机已带上5

14、%的负荷，即15MW的有功负荷和710Mvar的无功负荷，记下并列时间，切断同期表开关和同期开关，并列操作完成。发电机手动准同期操作是否顺利，与运行人员的经验有很大关系，经验不足者往往不易掌握好合闸时机，从而发生非同期并列事故。因此，现在广泛采用自动准同期装置进行自动准同期并列。自动准同期并列装置的功能是根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调速脉冲去调节待并发电机的转速，使其高出系统一预整定数值。然后检查同期的回路开始工作，当待并发电机以微小的转速差向同期点接近，且待并发电机与系统的电压差在10%以内时，它就提前按一个预先整定好的时间发出合闸脉冲，合上主断路器，实现与系统的并列。应该说

15、明，某些自动准同期装置只能发出“调速”脉冲，而不发出“调压”命令，因而并列时仍要人工调整励磁调节器的“给定”开关，使待并发电机电压与系统电压相等。2自同期并列自同期并列的方法是，当待并发电机的转速接近额定转速(相差2%范围之内)时，在励磁开关断开的情况下，先合上发电机的主开关，然后再自动合上励磁开关，加上励磁，使发电机自动拉入同步。采用自同期并列的优点是：（1）操作简单；（2）可防止非同期并列引起的危险；（3）在紧急情况下，可以很快地将发电机并入系统，对加速事故的处理有很重要的意义。自同期并列的缺点是，并列时待并发电机会受到较大电流的冲击，甚至使系统电压降低。对于100MW以下的任何发电机，在

16、系统运行条件允许的情况下，均可采用自同期并列。对于100MW及以上的发电机，是否能采用自同期并列，应经过试验后慎重决定。五、负荷接带与调整发电机并列后，即可按规程规定接带负荷，其有功负荷的增加速度决定于汽轮机。一般由值班员进行加负荷与调整负荷的操作。有功负荷的调整是通过汽轮机的同步器电动机进行的，即调整汽轮机的进汽量，该操作可由值班员或由自动装置协调控制。有功负荷的增加速度通常由汽轮机和锅炉的工作条件决定，但无论是开机或正常运行，增加速度都不能过快。加负荷时，应注意监视冷却介质、铁心、绕组的温度，以及电刷、励磁装置的工况，监视定子端部有无渗漏现象，在增加发电机有功负荷的同时，要相应地增大其无功

17、负荷，以保持一定的功率因数。如果有功负荷不变，调整无功负荷也会改变功率因数。汽轮发电机的额定功率因数多为0.85（滞后），即功率因数从0.851之间均可长时间带额定有功负荷运行。但是如果励磁再进一步减少就会变为进相运行，这时0。虽然一般汽轮发电机都允许在cos=0.95（超前、进相）情况下运行，但进相运行下有两个问题特别要注意：其一，可导致发电机定子端部构件发热。其二，可能导致电力系统运行失稳。因而，在正常运行中，如发现功率因数表指示进相，且超过了允许的功率因数值，则应增大励磁电流。如果这时定子电流过大，则在增大励磁电流的同时，减少发电机的有功负荷，否则可能引起发电机振荡或失步。第六节 运行监

18、视对运行中的发电机，应监视其运行情况，并对其各部分进行系统的检查，以便及时发现不正常现象，及早消除。发电机配电盘上所有仪表应每隔1h记录一次，在最大负荷时间内，每隔半小时记录一次功率和电流值。发电机定子绕组、定子铁芯和进出风的温度，必需每小时检查一次，每两小时记录一次。如装有自动记录仪表，其抄表时间可延长。监视定子及励磁回路绝缘的电压表，每班测量一次。对全部自动化的机组，仪表读数的抄录，应在定期巡查时进行。发电机的正常检查项目应包括：（1）对发电机及励磁机电刷的检查。电刷应完整，不卡塞，不剧烈振动，不过短、无火花，刷架清洁无灰尘，电刷及连线完好，无过热现象。（2）发电机无异音、无振动、无串轴等现象。并应注意有无焦味。（3）从窥视孔观察有无异状，端部绕组应无火花，头套温度应正常。（4）灭火装置应有正常水压。（5）励磁开关室内设备正常、清洁，接点严密无过热。（6）检查发电机空气冷