发电机课件演示文稿.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,发电机的构造及基本原理,1,汽轮发电机的基本构造,我厂的汽轮发电机构造是用汽轮机推动的发电机。发电机主要由转子和定子组成。由于汽轮机的高速旋转，故汽轮发电机的转子是两极的，额定转速每分钟,3000,转，输出,50Hz,的三相交流电,（,1,）转子是由转子铁心和转子绕组构成。转子绕组也称为励磁绕组，是嵌在转子铁芯内，励磁绕组两端（,+,、,-,），通过集电环（滑环）接到励磁电源，励磁电源为直流电源，用它来建立磁场。,汽轮发电机的转子是一个隐极式转子,（,2,）定子由定子铁芯和定子绕组而成，定子绕组嵌放在定子铁芯内。三相绕组沿定子铁芯的内圆各相隔,120,。,电角度安放。,（,3,）发电机的一些辅助构件,a.,转轴,b.,集电环（滑环）,c.,风扇,d.,轴承,e.,机座,f.,水泥座（基础）,g.,出现盒（导出线盒）,h.,端盖,（,4,）定子铁芯和定子绕组,定子铁芯：是构成磁回路并固定定子绕组的重要部件，要求它导磁性能好、损耗低、刚度好而且振动小，在结构设计上及通风布置上具有良好的冷却效果。所以，定子铁芯由,0.5mm,厚的冷轧硅钢片叠压而成。,定子绕组：发电机定子铁芯内圆上开有,54,个槽，每个槽内都嵌有包上绝缘物的导体（亦称为线棒）。一根线棒分为直线部分和两个端接部分，直线部分放在槽内，它是切割磁力线从而感应电动势的有效边，端接部分起连接作用，把各个线棒按一定规律连接起来，就构成了发电机的定子绕组。,（,5,）转子本体和转子绕组,转子的材料为,26Cr2Ni4MoV,（镍铬钼钒）合金钢，在真空中浇注成一个整体，经复杂的热加工成为一个整体转子。转子轴向正中间的部分为本体，用于导磁，两头其余部分为转轴，用于支撑本体。,转子绕组：转子绕组导体采用机械想度高、含银低的铜冷拉成型。在转子本体范围内采用实心线。,（,4,）通过上述介绍的主要构件和辅助构件，将发电机的定子，转子连接组装起来，就构成了一台同步发电机组。,发电机的转子由原动机（汽轮机）带动旋转，当直流电经碳刷、滑环通入转子绕组后，转子就会产生磁场（电生磁）。由于转子是在不停地旋转着，所以这个磁场就成为一个旋转磁场，它和静止的定子绕组间形成相对运动，相当定子绕组在不断的切割磁力线，于是在定子绕组中就会感应出电势来（磁生电）。,（,5,）交变电动势的产生。转子不停地旋转，磁场的磁力线被,A,相、,B,相、,C,相定子绕组切割，于是就在三相绕组中感应出三相交流电来。转子磁场的轴线处磁力线最密，哪相定子绕组的导体正对磁场的轴线时，该导体中的感应电势就达到最大值。三相绕组在空间互隔,120,度，同一个时间内转子磁场的轴线不可能同时对着三个相，总是一个相一个相的轮换着，因此，三个相的电势也不能同时达到最大值，而是按照转子的旋转方向，先是,A,相达到最大值，然后是,B,相达到最大值，再后来就是,C,相达到最大值，如此循环下去。这种各项电势不能同时达到最大值而在时间上有个先后差别的情况，就是三相交流电的“相位差”。,A,、,B,、,C,三相电势的相位差为,120,度。把这三相电势随时间变化的规律用正弦波形表示。他们达到最大值的顺序，是,A-B-C,我们称为“相序”。,2,同步发电机的同步概念,发电机定子和转子之间的空隙叫气隙，发电机运行时，在气隙里有定子和转子两个磁场，定子磁场和转子磁场是以相同的方向和速度进行旋转的，所以就叫同步。,这两个磁场，一个是转子绕组流过直流电流产生的转子磁场，一个是定子三相绕组流过对称的三相交流电流是合成产生的定子磁场，他们都是旋转的，所以都叫旋转磁场。定子旋转磁场的转速和发出来的交流电的频率保持严格不变的关系，可以用下面的式子来表示：,式中：,n-,转速,f-,频率,p-,磁极对数,60-,系统频率（赫兹，,Hz,）与转速（转速,/,分，,r/min,）的单位所引起的差,值。,我们国家采用的交流电的频率是,50Hz,，汽轮发电机转子是一对磁极，转速应该是：,水轮发电机由于转速低，要发出,50Hz,的交流电，其磁极的极对数就得多一些。,在同步发电机中，这两个旋转磁场，转子在前，定子在后。,3,发电机的接线形式,发电机一般都接成星形接线。原因是发电机气隙的磁通沿空间的分布不可能做到按正弦分布的，所以磁通中就有高次谐波，其所感应出来的电势也有高次谐波。在高次谐波中，三次谐波占主要成分。三次谐波他们之间的相位就各差,3X120,0,=360,0,，角度差,360,0,就相当于没有相位差，所以他们是同相的。由于三次谐波的上述特点，如果发电机接成三角形的话，那么在三角形接线中的三个三次谐波电势则可相加，三次谐波的电流就能流通，这个电流就会产生额外损耗并使发电机的绕组发热。而采用星形接线就可以消除这个弊病。在星形接线中，三次谐波电势同时指向中性点或背向中性点，电流构不成回路，所以三次谐波电流不通，至于三次谐波电势，它们虽然在相电势中存在，但在线电势中不存在，它们相互抵消了，所以，发电机一般都接成星形接线。,4,发电机主要参数,发电机本体主要参数及有关说明（结合我公司,350MW,名牌介绍）,发电机型号,QFSN-350-2-20,，其中,Q,表示“汽”轮机，,F,表示“发”电机，,S,表示“水”冷，,N,表示“内”部冷却，,350,代表发电机额定有功功率为,350MW,，,2,代表发电机有两个磁极，,20,代表发电机额定端电压,20,千伏。发电机额定容量为,412MVA,，额定功率因数为,0.85,，定子额定电流为,11890A,，发电机额定转速,3000r/min,，额定频率为,50Hz,，定子绕组接线方式为双星，额定励磁电压为,435V,，额定励磁电流为,2287A,。,5,发电机的冷却方式,任何电机在运行中都有损耗存在。电机的损耗一方面降低了电机的效率，另一方面损耗变成热量使电机发热。运行中的电机温度升高多少，一方面取决于损耗的大小，另一方面决定于电机的冷却效能。发电机温升之所以要有一定的限制，主要是由于温度太高，将影响绝缘材料的寿命，妨碍发电机的安全运行。,大容量发电机发热问题严重，为了使发电机各部位的温度和温升都不超过允许值，就要求采用更为有效的冷却方式和冷却介质。,发电机氢冷系统的功能是用于冷却发电机的定子铁芯和转子，并采用二氧化碳（氮气）作为置换介质。发电机氢冷系统采用闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗；另外氢气的传热系数是空气的,5,倍，换热能力好；氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟。但是最大的缺点是一旦于空气混合后在一定比例内（,4%,74%,）具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳都设计成防爆型。,我厂发电机的冷却方式为水、氢、氢，即定子绕组用水冷却，转子绕组采用氢气冷却，定子铁芯也采用氢气冷却。,1,）氢系统的主要特征,为冷却大容量水氢氢汽轮发电机定子铁芯和转子绕组，要建立一套专门的供气系统。这种系统应能保证给发电机补氢和补漏氢，自动监视和保持发电机内的额定氢压、规定的纯度以及冷却端的氢温。，其基本特征如下：,（,1,）氢气由专门的制氢站及其储氢罐提供。,（,2,）输氢管道上设有自动氢压调节阀保持机内为额定氢压。当机内氢气溶于密封回油被带走而使氢压下降需进行排污换气时，可通过调节阀自动补氢。,（,3,）设置氢气干燥器，以除去机内氢气的水分，保持机内的氢气干燥和纯度。,（,4,）设置一套氢气纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度。,（,5,）在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳（或氮气）作为中间介质，用间接法完成，以防止机内形成空气氢气混合的易爆炸气体。,2,）氢气系统的设计参数,（,1,）发电机氢冷系统及气体置换装置能满足发电机充氢、自动补氢、排氢及中间气体介质置换工作的要求，能自动检测和保持氢气的额定压力、规定纯度及冷氢温度、湿度、,CO,2,纯度等。发电机输出额定容量时，机壳内氢气压力为,0.35MPa,。,（,2,）氢系统氢气纯度、压力除设有防爆型就地指示和报警装置外，还设有远方指示和报警信号。氢气纯度不低于,95,时，应能在额定条件下发出额定功率。但计算和测定效率时的基准氢气的纯度应为,98%,。,（,3,）发电机设置吸附式的氢气干燥器，氢气干燥器的进出口管分别连于发电机风扇的前后，氢气干燥器进口设置有油、水分离器，防止积聚的油水进入氢气干燥器。发电机充、补氢气的露点,50,。除了检测发电机内氢气露点用的氢气湿度在线检测仪外，氢气干燥器的出口处一般应装设具有远传在线信号的氢气湿度仪。当湿度超过允许值时应报警，并采取措施。干燥装置能保证发电机在额定条件下机内氢气露点不高于,5,同时又不低于,25,。氢气干燥器设有循环风机。,（,4,）发电机氢冷系统为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。氢气冷却器冷却水为闭式除盐水或循环淡水。氢气冷却器应按单边承受,0.8MPa,（）压力进行设计。试验水压为,1.0Mpa,，历时,15,分钟无泄漏。,（,5,）氢气冷却器的设计为,2,台共,4,组，当每组冷却器,5,堵管时仍能保证正常运行。,能确保在一组氢气冷却器因故停用时，发电机至少能输出,80%,额定容量，而不超过允许温升。,（,6,）发电机入口冷氢温度为,40,46,。氢冷却器冷却水进水温度按,38,考虑。,（,7,）现场按发电机交接规程进行气密试验,8,小时，额定氢压下的漏氢量应小于,8Nm,3,/24h,（折算为标准大气压下）。,（,8,）制氢站供氢气参数：,供氢压力：,1.0Mpa,供氢纯度：,大于,99.5%,，,供氢露点：,-50,C,无结露。,3,）氢系统,测量和控制仪表,3,）氢系统,测量,装置,和控制仪,（,1,）漏油漏水监测报警装置；,（,2,）发电机氢温、氢压和压力过高和过低的远、近报警讯号；,（,3,）氢气纯度在线分析仪及远、近报警讯号；,（,4,）氢气湿度监测仪和报警装置（,2,套）；,（,5,）氢气冷却器冷却水流量表和进出水温表，及用于控制氢冷却器冷却水流量的氢气温度讯号；,（,6,）漏氢监测和报警装置；,（,7,）自动补氢控制系统设备；,（,8,）检查转子通风孔的装置和仪表；,（,9,）氢气压力、温度、湿度在线监测装置；,2,、气体置换,1,）,用二氧化碳,置换,空气,，当二氧化碳纯度,85,时，为合格。,2,）,用氢气（纯度为,96,）,置换,二氧化碳,，当氢气纯度,96,、含氧量,1,2%,时，为合格。,3,）,用二氧化碳,置换,氢气,，当,二氧化碳,纯度,95,时，为合格。,4,）,用,空气置换,二氧化碳,，当空气纯度,90,时，为合格。,（画图说明）,3,）氢系统主要设备的作用,（,1,）氢气干燥器：是一个装有活性氧化铝干燥器的容器，有鼓风机可自动再生，吸满水的干燥剂可以利用阀门系统从发电机上断开，用内装的电加热烘干，鼓风机迫使气体通过干燥剂，以除去水分，由恒温器保护干燥器防止过热。,（,2,）氢气减压器：在氢气控制站中装有氢气减压器，保持机内氢气压力恒定，氢气减压器于供氢管路上，相当于减压阀。,（,3,）氢气过滤器：它滤除氢气中的杂质，由于过滤元件是多孔粉末冶金材料，强度太低，在正常使用情况下，过滤元件两端压差不超过,0.2MPa,，否则对过滤元件起破坏作用。,（,4,）纯度分析仪：仪器由特殊设计的风机、压差变送器及压差计组成，由风机产生压差，但由于此压差与气体的密度有关，而气体密度又直接与气体的成分成比例，故只要测出风机压差就等于测出了气体密度。,（,5,）液体探测器：它装在发电机机壳和出现盒下面，有浮子控制开关，指示发电机里可能存在的液体漏出，每一个探测器装有一根回气管通到机壳，还装有放水阀能够拍出积聚的液体。,（,6,）氢气露点仪：它装在发电机氢气你干燥器你的进氢管路上，对发电机内的氢气温度和湿度进行在线监测。,6,发电机定子冷却水系统,定子冷却水系统的主要功能是保证冷却水（纯水）不间断地流经定子线圈内部，从而将部分由于损耗引起的热量带走，以保证温升（温度）负荷发电机的有关要求。同时，系统还必须控制进入定子线圈的压力、流量、温度、水的导电度等参数，使之符合相应的规定。水内冷绕组的导体既是导电回路又是通水回路，每个线棒分成若干组，每组内含有一根空心铜管和数根实心铜线，空心铜管内通过冷却水带走线棒产生的热量。到线棒出槽以后的末端，空心铜管与实心铜线分开，空心铜管与其它空心铜管汇集成型后与专用水接头焊好由一根较粗的空心铜管与绝缘引水管连接到总的进（或出）汇流管。冷却水由一端进入线棒，冷却后由另一端流出，循环工作，不断地带走定子线棒产生的热量。,对发电机定子冷却水水质的特殊要求：冷却水应当透明、纯洁、无机械杂质和颗粒；冷却水的导电,率,正常运行中应当小于,0.5us/cm,。过大的导电度会引起较大的泄漏电流，从而使绝缘引水管老化，还会使定子相间发生闪络；为防止热状态下造成冷却管内壁结垢，降低冷却效果，甚至堵塞。应当控制水中的硬度，不大于,5ug/L,；,NH,3,浓度越低越好，以防腐蚀铜管；,PH,值要求为中性规定在,6,9,之间；为防止发电机内部结露，对应于氢气进口温度，定子水温也应当大于一定值。一般规定在,40,46,。其温度能自动控制，各出水测温元件间温差不超过,8,，最大连续输出功率下线圈出水温度不得大于,85,。为达到上述要求，一般采用凝结水或除盐水作为水源，并设有连续运行的树脂型离子交换器系统，以保证运行中的水质。定子冷却系统供发电机定子绕组冷却，采用闭式独立水系统并采用集装式结构。,1,、系统及设备描述,（,1,）定冷水系统设备配置,定,子冷却水系统中,2,台,水泵、,2,组,冷却器、,3,个,滤水器,，互为备用。每台冷却器都按照机组最大负荷设计流量、最高水温，并且水侧污染系数为,0.000176m,2,./w,及,5%,管子堵塞的情况来设计，冷却器型式为管式。,发电机内冷却水进水管装有压力表、压力开关和流量表及流量测量装置，为了确保断水保护动作信号的可靠性，设置,3,只水流量极低开关。发电机本体设有漏水、漏油监测装置。定子水系统中的所有接触水的元器件均采用,1Cr18Ni9Ti,或有色金属等抗水腐蚀材料。,在定子水回水管上的最高点，引出一细管直接连接到水箱，从而使可能泄漏的氢气直接进入水箱，同时也可以避免因虹吸现象而在高温出水端出现汽化，形成较大的气阻。在进回水管之间还设了一路联络细管，以保证回水侧的压力高于大气压，可以在一定程度上降低汽化的可能性。,、系统主要工作流程,系统初始充水，一次所需水量约为,4200L,，其中水箱存水量约,1100L,。系统运行时，这些水在系统内部不断循环。只有因系统排污等原因引起水箱水位下降时，才需要向系统中补水。补水进入系统的压力控制在,0.2,0.3MPa,之间，补水流量不高于,250L/min,。当外部补水压力高于,0.2,0.3MPa,时，应减压至系统所需的补水压力值。补水过程中，应注意观察,水,箱水位变化，补充进入系统中的水先经过离子交换器（进入离子交换器的水压不得高于,0.35MPa,），然后再进入水箱，再由水箱进入水泵、冷却器等主循环回路。,系统中的水是由水泵驱动进行循环的。系统中设置有两台水泵，一台工作，一台备用。备用泵按压力下降值整定启动点，即工作泵的输出压力低至某一数值时，备用泵自启动投入运行，从而保证冷却水不间断地流经发电机定子线圈，带走热量。,系统中设置有两台冷却器，正常运行时一台工作，一台备用（特殊情况下，也可两台同时投入运行）。冷却器的作用是让冷却水吸收的热量进行热交换。由另外的水源（普通冷却用水又称循环水）将热量带走。,发电机定子线圈出水的温度随发电机负荷而变化，最高可达,73,甚至更高，而进入定子线圈的水温希望稳定在,45,3,的范围之内。为此，系统中设置有自动调节水温的气动温度调节阀。温度调节阀为三通式阀门，它不改变定子冷却水的总流量，而只是控制其流经冷却器和旁路的流量比，从而使调节阀下游端，也即进入发电机定子线圈的冷却水温度稳定在整定值，温度讯号测点来自调节阀下游管路。气动温度调节阀上电气定位器接收的调节信号来自电厂中控室,DCS,的电信号。,正常运行期间，整个系统中的冷却水必须保持高纯度，其中电导率不高于,0.5 us/cm,。为此，在温度调节阀出口端设置一条旁路管道，使系统中的部分冷却水经这一旁路管流入离子交换器进行净化，净化后这一部分水的电导率可高达,0.2 us/cm,左右，之后再流回水箱。,冷却水进入定子线圈的计算压力为,196kPa,，为保证这一压力稳定，系统中设置有气动压力调节阀。它主要是通过阀门开度的变化来调节阀门下游端的压力，使之稳定在整定值，压力讯号取自调节阀下游管路上的压力变送器。气动压力调节阀上电气定位器接收的调节信号也来自电厂中控室,DCS,的电信号。,系统中设置的主过滤器用以滤除水中的机械杂质，,Y,型拦截器是冷却水进入定子线圈之前的最后一道滤网。在发电机内部，冷却水从进水接口管进入，依次经进水端集水环（即汇,流管）,绝缘引水管、空心铜线、出水端绝缘引水管、集水环（汇流管）至出水接口管流出，然后回至水箱。水箱水位、水泵输出压力，主过滤器进、出口压差；进水压力、温度、电导,率、流量、回水温度等各种运行参数均设有专用表计进行监视，重要参数超限时发出报警或保护动作讯号。,、水温的控制要求,冷却器冷却水进水设计温度为,38,，定子线圈内冷却水进水温度范围为,40,50,，设有自动调节装置，冷却水温度波动范围,3,，出水温度不得大于,85,。水系统设有电加热装置。系统中热电偶,/,阻的设置情况：,（,1,）定子每槽内上下层线圈间埋置二只热电阻（,Pt100,），一支工作，一支备用。,（,2,）每根绝缘引水管出口端安装测量出水温度的热电偶一只（,E,分度）。,（,3,）定子铁芯齿部和轭部装设,12,只热电偶（,E,分度）。,（,4,）氢气冷却器进、出风处各装一只,Pt100,的双支型热电阻（三线制）。,（,5,）各轴瓦上各装一只热电偶（,E,分度）。,（,6,）定子线圈水路进、出水处各装一只双支型热电阻（,Pt100,）。,（,7,）定子压圈、压指和铜屏蔽上共装设,9,只热电偶（,E,分度，励端按,120,度分布）。,、水质的控制要求,定冷水水质应透明纯净，无机械混杂物，在水温为,20,时：,电导率为,0.5,1.5S/cm,（定子线圈独立水系统）。,PH,值,7.0,8.0,硬度,2,微克当量,/L,（,2gE/L,）,含氨（,NH,3,）,微量,定子水系统配有,10%,容量的离子交换器及其流量计、电导仪、压力表及温度计，以提高水质。定子水箱按压力容器设计、制造，且采用氮气加压。水箱排空管上装有气敏元件、测氢浓度报警。发电机管道设计考虑定子线圈反冲洗和排水管及阀门，能方便地对定子进行反冲洗，反冲洗管道上加装激光打孔过滤器。,、系统运行与维护,定子冷却水系统调试完毕后可以投入正式运行，当回水温度上升接近,48,时，冷却器应通入冷却水（闭冷水）并将,冷却器管程侧内部气体排尽。闭冷水的流量要从小到大逐步递增。系统投入运行后，主要的工作就是定期检查和监视各个运行参数是否正常。,（,1,）每天必须进行的监视检查项目如下：,）定子冷却水入口、出口水温,）定子冷却水入口水压、流量、电导率,）水泵出口压力，泵的轴承油位、振动和音响是否有异常,）离子交换器出水电导率、进水压力和流量。并从观察窗查看交换器内树脂是否有突然变化。,）水箱水位及其设备是否有漏水点,）主过滤器前后压差值,）压力调节和温度调节装置的输入和输出电气压是否正常，阀门开度有无异常变化。,（,2,）每星期操作和检查项目如下：,）冷却水泵的运行和备用互换,）压力调节阀和温度调节阀是否卡涩,（,3,）每三到六个月检查项目如下：,）报警信号及其电气回路检查,）保护动作信号及其电气回路检验（包括减负荷、甩负荷控制回路）,）计量仪表的检验,（,4,）定期维护检查项目：,）换热器管内侧清洗，该清洗作业在每年的冬春季节进行一次。,）,Y,型拦截器清洗，该清洗作业在机组停机期间进行，主过滤器滤芯清洗或更换也在停机期间进行。,）离子交换器树脂更换。,