水轮发电机组

1、水轮发电机组本章主要介绍新安江水电厂水轮发动机的结构、原理、作用、运行操作、运行分析、注意事项和异常处理。新安江水电站，坐落在新安江铜官峡谷。厂址位于电站下游600米处的紫金滩，东与建德市新安江城区相连，北与库区淳安县隔水相望；距杭州市城区130余千米。设计年均发电量18.6亿千瓦时；大坝全长466.5米，坝高105米（海拔高115米），设计正常高水位108米，相应库容178.4亿立方米，为多年调节水库，可防御万年一遇洪水，浩瀚的水库成了蜚声中外的绿色千岛湖。1960年4月22日，第一台7.25万千瓦水轮发电机组投产发电。1977年10月，9台机组全部投产。1999年2005年完成增容改造和出

2、线扩容工程，全厂总出力增加到850MW。第一章、水轮发电机组的基础知识：1、水轮机基本工作参数：水头H、流量Q、转速n、出力N和效率。2、水轮机出力计算公式：N=9.81×Q×H×。3、水轮机的结构：反击式水轮机头四大过流部件，它们的功用如下：1） 引水部件：将水流沿圆周方向均匀的引向转轮前的导水机构。它包括：压力钢管、蜗壳、座环、固定导叶等。2） 导水机构：引导水流按一定方向进入转轮，并通过改变导叶开度来改变流量，调整出力。此外，还用它截断水流，以便检修与调相运行。它包括：活动导水叶、顶盖、底环、控制环、接力器等。3） 转轮：将水流的机械能转换成固体机械能。4）

3、 尾水管：主要用来回收转轮出口水流中的剩余能量及将水导向下游。此外，还有水轮机主轴和导轴承。水轮机主轴将转轮的机械能传给发电机转子。水轮机导轴承用来承受水轮机轴上的径向力，并传给基础。4、水流在转轮中的运动： 水流在导水机构的运动基本上是沿垂直于水轮机轴心线的径向方向流动，当水流进入转轮区，其流动方向由径向逐渐改变成轴向，这种转换是在转轮叶片流道中完成的。5、飞逸工况和飞逸转速： 水轮机运行中由于某种原因突然甩掉负荷，发电机输出功率为零，此时调速系统失灵不能关闭导叶，因此水轮机转速迅速升高，直至随转速升高而增加的损失相平衡为止，这种特殊运行工况称飞逸工况。飞逸工况时的最大转速称飞逸转速。6、同

4、步发电机的频率与转速的关系：f = pn / 60 ； p 磁极对数，n 转速 。7、同步发电机的“同步”解释：同步发电机的定子和转子之间有空气隙。当发电机运行时，在气隙里有定子和转子两个磁场，当定子磁场和转子磁场以相同的速度，相同的方向旋转时，就叫做“同步”。8、同步发电机的工作原理：同步发电机是按电磁感应原理工作的。当发电机转子的励磁绕组通以直流电流后，转子建立磁场，当转子被原动机拖动而旋转时，则其主磁场与定子绕组之间便有了相对运动，于是在定子绕组内便产生交流电势，当定子绕组与外电路相连通后，便产生了交流电流。计算公式：E = 4.44 f m9、发电机由以下各主要部件组成：定子、转子、上

5、机架、推力轴承、上导轴承、制动系统、通风冷却系统、永磁机、励磁机及其它附属设备。10、发电机定子主要由铁芯、绕组、机座、上下齿压板、拉紧螺杆等部件组成。11、发电机转子主要由主轴、轮辐、磁轭、磁极等部件组成。磁极由铁芯、线圈、托板、阻尼绕组等部件组成。水轮发电机转子磁极上装有阻尼绕组，是用以提高发电机并列运行时稳定性。12、推力轴承承受水轮机、发电机和励磁机转动部分的重量以及轴向水压力。其主要由镜板、轴瓦（10块）、托盘、抗重螺丝、油冷却器和油槽等部件组成。13、上导轴承承受发电机转子在运转时的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组在轴承间隙范围内稳定运行。第二章、水轮发电机组的结构及组成：

6、 一、水轮机部分的组成和作用： 我厂装有九台立式混流式水轮机，有两种不同的型号，其中 1、3、4、6、7、8、9号机为HLS66.46-LJ-410型，2、5号机为HLA778-LJ-410型。水轮机设计水头73m，额定转速150r/min，飞逸转速140%nr（306 r/min），各部结构见下图。 1、蜗壳： 蜗壳是将压力钢管水引导到水轮机转轮前的导水室。我厂全部采用金属蜗壳。进口直径5.2米，包角为345（或343.5）度。 2、基础部分： 基础部分由座环、基础环等部件组成，承受着全部机组及上部混凝土的负荷。基础环放于基础混凝土上，下部与尾水管里衬联接，上部与座环相联接。座环是由上、下环

7、和固定导叶组成。它是安装水轮机及其他部件的基准。1、2号机座环为铸焊结构，由上、下两环及24个固定导叶组成。3、4、5、6、9号机由ZG20整体铸成，固定导叶为12个。7、8号机用钢板焊接座环，固定导叶为24个。上下法兰分别与顶盖及基础环联接。 3、转轮： 转轮是水轮机中把水能转变为旋转机械能的核心部件。转轮由叶片、上冠、下环、止漏环、泄水锥和减压装置（引水钢板）组成，其名义直径为4.1米。转轮均采用铸焊结构，上冠、下环、叶片分别铸造后焊成整体转轮。上冠和下环均有迷宫式止漏环，分别与固定在顶盖上及座环上的止漏环组成止漏装置，用以减少能量损失。转轮上冠法兰与主轴由联接螺栓联接。上冠下平面装有泄水

8、锥，泄水锥引导水流顺轴线的方向泄出，避免水流相互碰击和向上旋转所造成的水力损失，提高效率，增强水轮机工作的平衡性。 4、主轴：水轮机主轴用以传递水轮机的转动力矩，为双法兰空心轴。主轴上法兰与发电机主轴法兰联接，主轴下法兰与水轮机转轮上冠法兰联接。 5、水导轴承：水轮机导轴承用以维持机组主轴在轴向的准确位置，并承受各种径向力。水导轴承包括分半的轴承体和12块轴瓦组成，水导轴承轴瓦材料为金属弹性塑料瓦。水导轴承采用水冷却和润滑方式。轴承体顶部为润滑水水箱。水箱上部为主轴密封装置。轴承体安装在顶盖上，水导轴承设计冷却润滑水流量为：8×10-3m3/s。主轴密封允许少量漏水，带走摩擦热量，作

9、为主轴密封冷却润滑水。主轴密封水箱外部安装有保护罩。 6、导水机构： 导水机构是引导水流按一定的环量进入转轮，并通过改变导叶开度来改变流量，调整出力，此外，还用它来截断水流，以便检修和调相运行。它由活动导叶和其传动机构组成。我厂机组活动导水叶数量均为24只，均匀分布在转轮四周，每只活动导叶均绕自身的轴心旋转。活动导叶通过上中下轴套定位。下轴颈装于压在底环上的铁套轴承套中，中轴颈和上轴颈安装于顶盖上的套筒轴承套中。导水叶上部采用分半键与拐臂相联，为了防止导水叶因水压作用上窜，在套筒上各装有两个铜止推块。 在24只导叶拐臂上分别装有剪断销（2、5、8号机导水叶剪断销为12只）。当导水机构在关闭时受

10、阻，其作用力接近或超过1.5倍时剪断销即破坏，并同时通过剪断销信号机构装置发出信号。 控制环属于导水机构的传动机构。其上部有二个对称大耳环，分别由圆柱销通过推拉杆与接力器活塞杆联接。下部有24个小耳环，分别通过连杆机构和活动导叶拐臂相连。当控制环在接力器活塞的推动下转动某个角度时，24只活动导叶也被带动旋转某一相应角度，达到调节流量的目的。控制环安放在顶盖上。 7、底环：底环安装在座环下部，用以装置导水叶，其中2、5号机下迷宫环与底环一体。8、顶盖：顶盖安装在座环的上部，用以安装水轮机的各部件及阻断水流与上部的联系。在顶盖上安装有真空破坏阀，24个活动导叶和水导轴承，其上部为控制环。9、补气装

11、置： 水轮机在运行中，其转轮室内将产生较大的真空度。真空引起叶片汽蚀，机组振动增大，危及机组安全运行，所以，水轮机在运行中采用各种补气方式，及时地破坏真空值，减少汽蚀和振动。 我厂补气方式有两种：主轴中心孔补气和紧急真空补气阀补气。主轴中心孔补气，有球型和平板式两种吸力补气阀，装置于发电机轴端或水轮机泄水锥内。通常情况下，紧急真空补气阀补气，当水轮机的开度在40-80%时，即当尾水管内出现局部真空达到0.05MPa真空度时，补气阀动作，补入自然空气。当机组甩负荷及导水机构突然关闭时在转轮内部真空达到0.03Mpa时，自由空气通过顶盖上真空破坏阀补入空气，消除以上现象。机组正常运行时转轮真空度达

12、到0.03Mpa也进行补气消除真空。10、钢管伸缩节： 伸缩节主要以适应钢管应外界温度影响，横向和竖向变形的需要，除此之外尚允许伸缩有一个较小的转动，即在其位置上有一个微小的移动，以便使钢管有较好的调节。11、尾水管： 尾水管是水轮机的重要组成部分之一，主要起引导水流及回收转轮出口动能的作用。它由进口直锥管、中间肘管、出口扩散管组成。尾水管安装在机组的最下层，它与基础相连。尾水管在现场用钢筋混凝土浇成，因跨度大，为了减少尾水门尺寸，在中间加装支墩。为了保证流道顺畅，尾水管直锥管段加装了导流板。 12、调相浮筒： 下图为调相浮筒示意图：图中调相浮筒3号阀通向下游。 13、进人孔： 每台机组共设置

13、3个进人孔：钢管进人孔、蜗壳进人孔和吸出管进人孔。水轮机剖面图二、 发电机部分的组成和作用：我厂发电机组为悬吊式水轮发电机，发电机型号：TS854/156-40（18号机）SF90-40/8540（9号机）。中性点经消弧线圈接地，额定定子电流4183.8A，额定转子电流1200A. 全厂9台机组（除4号机外）额定出力为95MW， 4号机额定出力为90MW；发电机出口母线电压为13.8KV。发电机主要由以下各主要部分组成：定子、转子、上机架、推力轴承、上导轴承、制动系统，通风冷却系统，及其它附属设备。1、定子： 发电机定子由机座、定位筋、铁芯及线圈等组成，采用双Y接线方式机座：由钢板焊成，机座共

14、分六个圆环板，最上的一环组装上机架，最下一个环与基础板连接，中间四个环供固定铁芯之用。铁芯：定子铁芯用两面涂有绝缘漆的厚约为0.5mm的矽钢片交叠而成。铁芯整个高度分成44段，每段之间有高为6mm的通风沟共43条（其中1、2、4号机为27段），为了减少端部的漏磁损失，铁芯的两端叠成阶梯形。线圈：我厂发电机共有线槽396个，定子绕组为条形波绕组，每相两支路并联，每极每相槽数为个，定子线棒绝缘为环氧粉云母，由46股铜线（线规为2.55×7.1mm）的F级绝缘经360o的加长换位编织而成。19号机定转子绝缘等级： 机号项目123456789定子绝缘等级BBFFFBFFF转子绝缘等级FAFF

15、FAFFF 2、转子：发电机转子由主轴、轮幅、磁轭、磁极等组成。主轴：发电机主轴中间为空心，其中孔直径为300mm，轴身直径为900mm，长度为8284mm，并直接与水轮机主轴相连接。轮幅：由轮毂和轮臂组成，轮毂用热套法与主轴配成一体，上端用卡环卡紧，轮臂有8块，成辐射方向与轮毂通过合缝板及螺栓来连接。磁轭：共有2658片，冲成扇形片堆叠而成，扇形片有三种类型，普通的、具有弹簧槽、及通风沟的。整个磁轭高度为1770mm分成7段，具有6个40mm高的通风沟。在磁轭底部有10块可拆卸式的制动闸板组成制动环，磁轭与轮臂连接。4、5、6号机增容改造后转子磁轭全部更新重叠，新转子磁轭增加了上、下压板，八

16、只磁极正对着转子支臂，与旧的安装形式相比，使转子增加了8个通风沟，增大转子的通风量。磁极：发电机的转子磁极为凸极式的，是产生磁场的主要部件。磁极铁芯由钢片冲叠成。磁极借一个“T”尾型槽固定在磁轭上。磁极线圈属F级绝缘， 9号机为75×8mm，磁极主绝缘为环氧玻璃丝层压板， 3、推力轴承： 推力轴承承受水轮机、发电机和励磁机转动部分的重量以及机组轴向水推力。我厂机组为刚性螺钉支柱式轴承，其主要组成部分为镜板、轴瓦、托盘、抗重螺丝、油冷却器和油槽等部分组成。轴瓦放在托盘上，托盘支持在球面的抗重螺丝头上。轴承由10块扇形弹性金属塑料瓦组成。镜板与推力头绝缘，推力轴承基座与上机架之间也是绝缘

17、的，以切断轴电流的回路， 4、上导轴承： 上导轴承位于上机架的中心部分，其承受发电机转子在运转时的径向力，径向力通过机架的支臂传到定子机座上，因此导轴承瓦数和机架臂数相等，为8块，其瓦对地绝缘。上导油槽内装有8只小冷却器，冷却器和瓦均浸在油中，油槽油位到抗重螺丝中心线位置。（见图）5、上机架：上机架为辐射式结构，有8个支臂，中间为上导轴承，上部为推力轴承，下部为盖板及灭火水管。6、制动器：转子制动环底部有8只偏心式制动器，主要起制动作用，当机组转速下降到额定转速的1520%时，用0.50.7Mpa的风压使制动闸顶住转子制动，当检修时用油压顶起转子进行推力轴承部分检修。制动器由闸板、大小活塞缸体

18、、密封圈、蝶形弹簧等组成。7、通风冷却系统：本厂发电机为密封双回路径向通风冷却，在发电机机座四周均匀的装置8只空气冷却器，并在磁极上下分别装有40块挡风板，运行时，热空气由定子通风沟经空气冷却器冷却后变为冷空气。再分上下两路重新回入发电机内部，经转子支架磁轭通风沟再进入空气间隙循环。目前4、7号机还采用风扇的形式，风循环除了由转子经空气间隙到定子，经空冷器冷却后回到机组内部外，风斗从磁极的上下端面强行将空气吹入空气间隙，然后经定子到达空气冷却器进行冷却，以增强通风冷却效果。空气冷却器为套片式冷却器，改善发电机冷却效果。共埋设了18个测温点。巡检号空冷器测温点巡检号空冷器测温点371号空冷器热风404号空冷器热风382号空冷器热风415号空冷器热风393号空冷器热风426号空冷器热风437号空冷器热风495号空冷器冷风448号空冷器热风506号空冷器冷风451号空冷器冷风517号空冷器冷风462号空冷器冷风528号空冷器冷风473号空冷器冷风53空冷器进水温484号空冷器冷风54空冷器出水温8、测温系统：在定子上下层线圈之间槽底共埋设了36个测温元件（1、4号机为12