水电站发电机课件

1、一、水轮发电机组简介一、水轮发电机组简介 将将水能转变为旋水能转变为旋转机械能转机械能，从而带，从而带动发电机发出电能动发电机发出电能的一种机械，是水的一种机械，是水电站动力设备之一。电站动力设备之一。水轮发电机组主要水轮发电机组主要包括水轮机、发电包括水轮机、发电机两大部分机两大部分水轮发电机组 同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。铁芯是固定不动的，称为定子。磁力线由磁极产生装置。铁芯是固定不动的，称为定子。磁力线由磁极产生，磁极是转动的，称为转子。定子和转子是发电机的最基，磁极是转动的，称为转子。定子和转子是发电机的最基

2、本部分。为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔本部分。为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔120分别安放三相绕组分别安放三相绕组AX、BY、CZ，转子上有励磁，转子上有励磁绕组（也称转子绕组）绕组（也称转子绕组）RL。励磁系统产生的直流电通过。励磁系统产生的直流电通过电刷和滑环引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。当转子电刷和滑环引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。当转子被原动机带动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，产生感被原动机带动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，产生感应电动势。感应电势的方向可由右手定则来确定。由于转应电动势。感应电势的方向可由右手定则来确定。由于转子产生的磁场是旋转磁场

3、，所以定子绕组切割磁力线的方子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电动势。成交变电势即交流电动势。二、同步发电机的基本知识二、同步发电机的基本知识 交流电动势的频率为交流电动势的频率为f，它决定于转子的磁极对数，它决定于转子的磁极对数P和机组和机组转速转速n，其计算公式为，其计算公式为:f=pn/60（Hz），我国规定交流电的），我国规定交流电的频率为频率为50HZ。何为同步呢？当发电机并网带上负荷后，三。何为同步呢？当发电机并网带上负荷后，三相定子绕组中的定子电流（

4、电枢电流）将合成一个旋转磁相定子绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫场，该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫“同步同步”。同步发电机也由此而得名，它的特点是转速与频率之间。同步发电机也由此而得名，它的特点是转速与频率之间有严格的关系，即有严格的关系，即 n0为同步转速，若：为同步转速，若：p=11，则，则n=272.7r/min。 二、同步发电机的基本知识二、同步发电机的基本知识三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数 按照水轮发电机组的布置方式，水轮发电机有立式装置、卧式装置和斜式装置三种。1、立式水轮发电机的分类 立式（竖

5、轴）装置的水轮发电机，按其推力轴承装设的位置不同分为悬式和伞式两大类。 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导的称为全伞式，有上导的称为半伞式。 根据水轮发电机按冷却方式不同，可分为空气冷却和水冷却两种。三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数2、发电机型号：三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 额定电流额定电流In:指一台水轮发电机正常连续运行时定子最大指一台水轮发电机正常连续运行时定子最大工作线电流，单位是工作线电流，单位是A或或KA。 额定电压额定电压Un :指一台水轮发电机长期安全工

6、作时定子最指一台水轮发电机长期安全工作时定子最高三相线电压，单位是高三相线电压，单位是kV。 额定容量额定容量Sn :指一台水轮发电机长期安全运行时定子最指一台水轮发电机长期安全运行时定子最大允许输出视在功率。大允许输出视在功率。 由于发电机发出的是三相交流电，所以分为视在功率、有由于发电机发出的是三相交流电，所以分为视在功率、有功功率、无功功率。功功率、无功功率。 视在功率：视在功率： Sn=3UnIn （KVA,MVA） 有功功率：有功功率： Pn=3UnIncos (KW,MW) 无功功率：无功功率：Qn=3UnInsin (kvar,Mvar)三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型

7、及基本参数3、发电机的基本参数 额定功率因素：额定功率因素： cos，cos = Pn/ Sn 额定转速：额定转速：n n =60f/P=3000/P n n -水轮发电机额定转速水轮发电机额定转速 , r/min。 f-我国交流电标准频率我国交流电标准频率,f=50HZ 。 P-水轮发电机转子磁极对数。水轮发电机转子磁极对数。 飞逸转速飞逸转速n f:当一台水轮发电机组在最高水头当一台水轮发电机组在最高水头Hmax下，下，带满负荷又突然甩去满负荷，又逢调速系统失灵，导叶位于带满负荷又突然甩去满负荷，又逢调速系统失灵，导叶位于最大开度最大开度 a0max下，机组达到最高转速，称为机组飞逸转速。

8、下，机组达到最高转速，称为机组飞逸转速。水轮机转轮，发电机转子以及其它转动部件机械强度，即按水轮机转轮，发电机转子以及其它转动部件机械强度，即按飞逸转速校核。一般制造厂家设计标准保证机组在飞逸工况飞逸转速校核。一般制造厂家设计标准保证机组在飞逸工况下允许运行下允许运行2min不破坏。不破坏。三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 转动惯量：转动惯量：J J是指转子刚体内各质点的质量与其到旋转是指转子刚体内各质点的质量与其到旋转轴距离平方的乘积之总和。轴距离平方的乘积之总和。 GDGD2 2: :是水轮发电机转子力矩（飞轮力矩），它是水轮发电是水轮发电机转子力矩

9、（飞轮力矩），它是水轮发电机转子部分重量与其惯性直径的乘积。不等于它的转动惯量机转子部分重量与其惯性直径的乘积。不等于它的转动惯量J J，但它们之间存在一定的关系，即，但它们之间存在一定的关系，即GDGD2 24gJ 4gJ 。 GDGD2 24gJ 4gJ 由于它们之间只差一个常数，所以在工程中往由于它们之间只差一个常数，所以在工程中往往用水轮机飞轮力矩往用水轮机飞轮力矩GDGD2 2来表示发电机的转动惯量来表示发电机的转动惯量J J，又由于，又由于转子所具有飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩转子所具有飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩9090，因此，所，因此，所谓水轮发电机的飞轮力矩，一般指转子的飞轮

10、力矩。谓水轮发电机的飞轮力矩，一般指转子的飞轮力矩。 G-G-水轮发电机转子总重量，水轮发电机转子总重量，kg kg D-D-水轮发电机转子惯性直径，水轮发电机转子惯性直径，m m三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 飞轮力矩飞轮力矩GDGD2 2反映了水轮发电机转子惯性和机组转动部分反映了水轮发电机转子惯性和机组转动部分保持原有运动状态能力，转动惯量影响水轮发电机组以及保持原有运动状态能力，转动惯量影响水轮发电机组以及电力系统稳定性。电力系统稳定性。 J J与额定容量与额定容量SnSn成正比，与额定转速平方成正比，与额定转速平方n n 2 2成反比。成反比

11、。 GDGD2 2越大，越大，SnSn越大，越大， n n越小。越小。 效率效率:它与能量损失有关。它与能量损失有关。 水轮发电机损耗：电磁损耗和机械损耗水轮发电机损耗：电磁损耗和机械损耗 其中电磁损耗又分为基本损耗和附加损耗两种。其中电磁损耗又分为基本损耗和附加损耗两种。 基本损耗：有铜损、铁损、励磁损耗基本损耗：有铜损、铁损、励磁损耗 附加损耗：附加铜损、附加铁损附加损耗：附加铜损、附加铁损 机械损耗：通风损耗、风摩损耗、滑环损耗、轴承损耗机械损耗：通风损耗、风摩损耗、滑环损耗、轴承损耗三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 水轮发电机的效率水轮发电机的效

12、率为发电机向电网输送有功功率与输入到为发电机向电网输送有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比发电机的水轮机轴功率之比 =(PPS)100%= P（P+P）100% =1P（P+P）100%式中式中 P-发电机向电网输送有功功率，发电机向电网输送有功功率，kW PS-输入到发电机的水轮机轴出力，输入到发电机的水轮机轴出力，kW P-水轮发电机总损耗，水轮发电机总损耗，kW 水轮发电机的效率高，说明它的内部损耗少；效率低，说水轮发电机的效率高，说明它的内部损耗少；效率低，说明它的内部损耗多。明它的内部损耗多。三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 电气参数 发电

13、机型式 ：三相、悬式、密闭自循环空冷、同步发电机 发电机型号：SF90-22/6500 额定容量Sn：100 /90 MVA/MW 额定电压Un：13.8 KV 额定电流In： 4183.7 A 额定功率因数cosn ： 0.9 （滞后） 额定频率fn： 50 Hz 额定转速n n ： 272.7 r/min三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 电气参数 飞逸转速nf ：491 r/min 相数：3 定子、转子绝缘耐热等级：F级 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: 211 V 额定励磁电流: 1205 A 测速装置： 残压加齿盘

14、测速 四、发电机的结构四、发电机的结构发电机主要部件及作用 基本结构部件由定子，转子，上下机架，推力轴承，导轴承，通风冷却系统，制动系统、励磁系统等部件组成。 1 1、定子、定子 定子是水轮发电机的固定部件之一。它主要由机座、铁芯定子是水轮发电机的固定部件之一。它主要由机座、铁芯、定子绕组、上下齿压板、端箍支架、端箍、基础板及引出、定子绕组、上下齿压板、端箍支架、端箍、基础板及引出线等部件组成。线等部件组成。四、发电机的结构四、发电机的结构 1 1、定子、定子 1 1）定子机座：定子机座俗称定子外壳。它的主要作用是）定子机座：定子机座俗称定子外壳。它的主要作用是承受定子自重，上机架以及装置在机

15、架上其它部件的重力承受定子自重，上机架以及装置在机架上其它部件的重力，承受电磁扭矩和不平衡磁拉力，承受绕组短路时切向剪，承受电磁扭矩和不平衡磁拉力，承受绕组短路时切向剪力。因此，定子机座必须具有足够的强度，防止定子变形力。因此，定子机座必须具有足够的强度，防止定子变形和振动。和振动。 2 2）定子铁芯：铁芯固定在机座上，是同步发电机的主磁）定子铁芯：铁芯固定在机座上，是同步发电机的主磁通磁路的一部分，一般由导磁性能较好的通磁路的一部分，一般由导磁性能较好的0.5mm0.5mm厚且冲有厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。定子铁芯由扇形冲片，通风一定槽形的硅钢片叠压而成。定子铁芯由扇形冲片，通风槽片

16、，上下齿压板，定位筋托板，拉紧螺杆等零部件装压槽片，上下齿压板，定位筋托板，拉紧螺杆等零部件装压而成。而成。 四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯叠片组装定子机座1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯现场叠片1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯完成叠片1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子 3 3）定子绕组：三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内；当交）定子绕组：三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内；当交变磁场切割绕组时，在绕组中产生交变电动势和交变电流变磁场切割绕组时，在绕组中产生交变电动势和交变电流，从而完成水能，从而完成水能机

17、械能机械能电能的最终转换。我厂定子绕电能的最终转换。我厂定子绕组为条形波绕组，每极每相槽数为组为条形波绕组，每极每相槽数为4+4/114+4/11，线圈由，线圈由 2.4X7.1/2.6X7.32.4X7.1/2.6X7.3双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线绕制而成。双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线绕制而成。绕组主绝缘采用绕组主绝缘采用F F级高场强绝缘系统，并进行防晕处理，级高场强绝缘系统，并进行防晕处理，具有良好的电气性能。定子绕组为具有良好的电气性能。定子绕组为2 2支路支路Y Y形连接，定子绕形连接，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。组的并头及引线连接均采用银铜焊工艺，焊接性能良好

18、。四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子下线四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子打完槽楔四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子安装完成四、发电机的结构四、发电机的结构 2 2、转子、转子 转子是水轮发电机的旋转部件，位于定子里面，与定子之转子是水轮发电机的旋转部件，位于定子里面，与定子之间保持一定的空气间隙间保持一定的空气间隙。转子通过主轴与下面的水轮机连。转子通过主轴与下面的水轮机连接。它的作用是产生磁场并通过与定子的相互作用，将水接。它的作用是产生磁场并通过与定子的相互作用，将水轮机产生的机械能转换成电能，由定子绕组输出。它由主轮机产生的机

19、械能转换成电能，由定子绕组输出。它由主轴、转子支架、磁轭和磁极等部分组成。轴、转子支架、磁轭和磁极等部分组成。 四、发电机的结构四、发电机的结构 2 2、转子、转子 主轴主轴 主轴起中间连接作用，其下部与水轮机主轴相连，它是用主轴起中间连接作用，其下部与水轮机主轴相连，它是用来传递机械转矩，并承受转子部分的轴向力。除小型发电机来传递机械转矩，并承受转子部分的轴向力。除小型发电机外，大、中型转子的主轴均作成空心的。转轴采用优质合金外，大、中型转子的主轴均作成空心的。转轴采用优质合金钢钢20SiMn20SiMn锻制而成，具有足够的刚度和强度。锻制而成，具有足够的刚度和强度。2 2）转子支架）转子支

20、架 转子支架主要用于固定磁轭并传递转矩。是把磁轭和转转子支架主要用于固定磁轭并传递转矩。是把磁轭和转轴连接成一体的中间部件。正常运行时，转子支架要承受扭轴连接成一体的中间部件。正常运行时，转子支架要承受扭矩、磁极和磁轭的重力力矩、转子自身的离心力以及热打磁矩、磁极和磁轭的重力力矩、转子自身的离心力以及热打磁轭键而产生的径向配合力。对于支架与主轴热套结构，还要轭键而产生的径向配合力。对于支架与主轴热套结构，还要承受热套引起的配合力作用。转子支架为圆盘式焊接结构，承受热套引起的配合力作用。转子支架为圆盘式焊接结构，在厂内加工后整体运输到工地。在厂内加工后整体运输到工地。 四、发电机的结构四、发电机

21、的结构转子2 2、转子、转子四、发电机的结构四、发电机的结构2 2、转子、转子3)3) 磁轭磁轭 它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一部分。磁轭在运转时承受扭矩和磁极与磁轭本身离心力的作部分。磁轭在运转时承受扭矩和磁极与磁轭本身离心力的作用。用。磁轭采用3mm厚的DER500优质高强度钢板冲制，为浮动磁轭结构。磁轭叠片四层冲片作为一个基本层，圆周6拼，由4极4拼和3极2拼片组成，每基本层错一极，“之”字单返回叠法（见图GLB0220017磁轭叠片图）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 ,

22、 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。 四、发电机的结构四、发电机的结构磁轭叠装2 2、转子、转子四、发电机的结构四、发电机的结构2 2、转子、转子4)4)磁极磁极 当直流励磁电流通入磁极线圈后就产生发电机磁场，因此磁极是产生磁当直流励磁电流通入磁极线圈后就产生发电机磁场，因此磁极是产生磁场的部件。磁极主要由场的部件。磁极主要由磁极铁芯、励磁绕组和阻尼绕组磁极铁芯、励磁绕组和阻尼绕组三部分组成。三部分组成。 磁极铁芯一般由1.5mm厚钢板冲片叠压而成。两端设有磁极压板，通过拉紧螺杆与冲片紧固成整体。磁极铁芯尾部

23、为T形或鸽尾形，磁极铁芯尾部套入磁轭T尾槽或鸽尾槽内，借助于磁极键将磁极固定在磁轭上。磁极线圈多采用裸扁铜排或铝排绕成，匝间用环氧玻璃上胶坯布作绝缘。极身（对地）绝缘采用云母烫包结构或由环氧玻璃布板加工而成。阻尼绕组装在磁极极靴上，由阻尼铜条和两端的阻尼环组成。转子组装时，将各极之间的阻尼环用铜片制成软接头搭接成整体，形成纵横阻尼绕组。它的主要作用是当水轮发电机发生振荡时起阻尼作用，使发电机运行稳定。在不对称运行时，它能提高担负不对称负载的能力。四、发电机的结构四、发电机的结构磁极2 2、转子、转子四、发电机的机构四、发电机的机构磁极挂装2 2、转子、转子3 3、上下机架、上下机架 机架是水轮

24、发电机不可缺少的重要部件之一。按照机架所放的位置不同，一般分为装在发电机定子上部的上机架和装在定子下部的下机架。 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承、导轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件，是水轮发电机较为重要的结构件。 机架由中心体、支臂和合缝板组成，一般采用钢板焊接结构，中心体为圆盘形式，支臂大多为工字梁形式。四、发电机的结构四、发电机的结构3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构上机架3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构上机架3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构下机架4 4、推力轴承、推力轴承推力轴承是一种承受整个水轮发电

25、机组转动部分的全部重量以及水轮发电机的推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的全部重量以及水轮发电机的轴向水推力的滑动轴承，在镜板与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起轴向水推力的滑动轴承，在镜板与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为厚度为0.1mm0.1mm左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将将这些力传左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将将这些力传递给水轮发电机的荷重机架。它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工递给水轮发电机的荷重机架。它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行。对推力轴承的基本要求作性能

26、的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行。对推力轴承的基本要求是：在机组启动过程中，能迅速建立油膜；在各种负荷工况下运行时，能保持是：在机组启动过程中，能迅速建立油膜；在各种负荷工况下运行时，能保持油膜厚度，以确保润滑良好；各块推力瓦受力均匀；各块瓦温的最大温升及平油膜厚度，以确保润滑良好；各块推力瓦受力均匀；各块瓦温的最大温升及平均温升满足设计要求，并且各瓦之间的温差较小；循环油路畅通且气泡少；冷均温升满足设计要求，并且各瓦之间的温差较小；循环油路畅通且气泡少；冷却效果均衡且效率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的变形量在允许范围却效果均衡且效率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的变形量在允许范围内。内。推力轴承主要由推力头、镜板、推力瓦、轴承座、油槽及冷却装置等部件组成。四、发电机的结构四、发电机的结构4 4、推力轴承、推力轴承推力轴承为厚瓦加弹性油箱的液压弹性支撑方式。弹性油箱采用装配式结构，推力轴承为厚瓦加弹性油箱的液压弹性支撑方式。弹性油箱采用装配式结构，并相互连通，能自动平衡各瓦块间的受力。整圆由并相互连通，能自动平衡各瓦块间的受力。整圆由1010块扇形弹性金属塑料瓦组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