电气培训讲义

概述华能大连电厂二期工程2×350MW燃煤机组发电机和电气设备每一发电机组均按“单元制”设计，即每一机组有其升压主变压器及本身的厂用电系统。每一发电机通过其主变压器与220kV配电装置联结。在电厂起动时，起动电源来自220kV配电装置通过公用/备用（C/SAT）厂用变压器供电。厂用电系统通过中压配电装置向中压电动，以及经厂用降压变压器向低压电动机、400V动力中心（PC）和400V电动机控制中心（MCC）供电，以驱动风机、水泵等机组运行所必需的辅机。单元厂用电系统和公用/备用厂用电系统将设计成能各自独立连续运行。当单元厂用电源消失时，单元厂用电系统应迅速自单元厂用变压器(UAT)自动切换至公用/备用厂用变压器(C/SAT)。当两台发电机厂用电源（单元厂用电源）和220kV公用/备用厂用电源均无法使用时，事故柴油发电机组将自动启动供电，以便使全厂设备安全停运。4.2发电机及其附属设备4.2.1发电机发电机在413.7KPA氢压下的额定容量为445MVA，定子电流为12846A，功率因数0.85，转子电流4072A，三相，50HZ，3000RPM，定子电压20000V，励磁电压600V。F级绝缘（B级温升）。定子绕组氢内冷，转子绕组和铁芯为氢冷却。在413.7KPA氢压和最大冷氢温度下，定子温升、转子温升不超过64℃。最大运行氢压413.7KPA，最高入口水温35℃。氢冷的一般知识关于氢冷的一般知识自1930年以来，氢冷已应用于额定容量为20000KW的汽轮发电机组。起初，发电机内氢压维持在1/2psig(0.035kg/cm2)。然而随着氢压的升高，和在鼓风机、冶金、结构部件方面的改进，已经稳定地提高汽轮发电机的最大实际功率。然而很明显，发电机额定容量的增加将受到30psig(2.11kg/cm2)氢压的限制。因为超过此值继续增加氢压时，发电机的容量得不到明显的增加。接着西屋公司研制了冷却大型汽轮发电机组的改进措施，能够造出容量更大的发电机。改进通风技术的基本原理是将有效导体制成空心，并使冷却介质经过这些风道循环(这样使冷却介质直接与产生热量的材料接触)以冷却有效导体。这种内部冷却原理可以使发电机的额定容量增加，并能有效地利用超过30psig(2.11kg/cm2)氢压。如果需要更大容量的发电机，就用水通过定子线圈循环进行冷却，而不用氢气。氢冷的优点氢冷具有如下优点：1．由于氢气密度低，所以降低了风阻和通风损耗。通风损耗和气体密度成正比。2．由于氢气的导热率和导热系数高，使得每单位体积的有效材料有更大的输出。正是由于氢气的这个优点，才能制造出(比用空气作为冷却介质时)更大额定容量的汽轮发电机。3．由于使用闭式循环的气体系统，就免除了灰尘和潮气，从而降低了维护费用。4．由于没有氧气和潮气，使在异常运行期间可能出现的电晕的有害影响减少，从而提高了定子绕组的绝缘寿命。5．由于氢气密度较低和采用闭式通风系统，所以通风噪音降低了。就影响通风问题，空气与氢气的主要特性比较值如下表所示。特性空气氢气密度1.000.07导热率1.007.00从表面到气体的传热系数1.001.35比热1.000.98助燃YESNO氧化剂YESNO很明显，氢气和氦气都是比空气轻的两种常用气体。氦气为惰性、不可燃气体，从这方面考虑，它应该是一种理想的通风介质。然而由于其稀少且价格昂贵，所以不能考虑氦气作为实用的冷却介质。另一方面，氢气可以以相对低的成本获取无限量的氢气。此外，由于氢气具有较低的密度和较好的热特性，所以氢气与氦气比较，氢气更适合作为冷却介质。制出的氢气能够满足所需纯度和作为冷却的要求。氢气为惰性、不爆炸且不助燃。总之，氢气是目前用于旋转电机冷却介质的最理想的气体。所需的氢气的安全特性由于氢气和空气的混合在很大范围内(大致含氢体积从5%~70%)具有爆炸性，所以在电机的设计和规定的操作方法上应避免在正常操作/运行的情况下出现爆炸混合。为了预防由于不遵守正确的操作程序而导致出现预想不到的情况发生，机座设计成防爆型的。应该注意，空气和氢气混合物的爆炸强度将随着两种气体的比例不同而不同。爆炸强度与气体比例的关系曲线近似于正弦曲线。5％和70％氢气时，爆炸强度强度为零；在5％和70％氢气的中间点时，其强度达最大。前面提到的“防爆型”术语是指：在很小的气体压力2或3psig(0.1或0.2Kg/cm2)下，机座能够承受氢气与空气的最大爆炸比例时的爆炸，而对发电机外部的人身和财产无伤害。如果在气体置换过程中，没有用规定的二氧化碳，而是错误地将氢气导入发电机内，这时便能出现了在很小的气体压力2或3psig(0.1或0.2Kg/cm2)下氢气与空气混合的情况。然而，象这种爆炸可能会造成发电机内部部件的损坏。发电机内进行气体置换的基本原则：空气和氢气一定不要混合。无论从空气置换为氢气，还是从氢气置换为空气，都必须用二氧化碳作为中间介质气体。当一种气体置换另一种气体时，氢冷的一般知识发电机应当对大气排放气体，这样在发电机内就不能形成高于2或3psig(0.1或0.2Kg/cm2)的压力了。警告无论在什么情况下，都不允许将充满空气的发电机机座封闭而使空气不能排出，然后将氢气导入发电机机座内。氢气控制及报警系统在选定氢内冷发电机的设计特点和运行程序时，有必要遵循有一定裕度且安全的作法。氢气控制及报警系统的四个基本要求是由“运行”、“静止”、“充氢”、“置换气体”的状态来决定的。在用氢气向发电机机座充氢或气体置换时，有必要使用惰性气体(比如，二氧化碳)作为置换气体，这样就不能使氢气和空气混合。当然，空气中的氧气与氢气接触具有潜在的危险。氢气控制及报警系统装置的主要功能是对发电机机座进行气体置换和充氢；保持发电机机座内的氢气纯度、压力和温度在给定的范围之内；保持氢气处于干燥状态；给出发电机异常运行或氢气控制及报警系统故障的报警。用于西屋氢内冷汽轮发电机的氢气控制及报警系统操作简单，能够满足可靠性及保护的要求。有关氢气控制及报警系统的详细内容及功能参见本说明的其它章节。发电机说明概述图1，总装配图，是发电机的部分断面图，显示了发电机的内部结构。图2，为外形附图，为用户提供了使用设计基本原则以及有关发电机应用方面的具体资料。A．发电机定子A1.机座发电机是整体机座结构，减少了安装费用并且在运输和安装期间能对内部部件进行保护。发电机框架是一个牢固的肋形缸，它支撑定子铁芯和绕组、轴承座。发电机机座及端盖是根据所需的形状用钢板卷制并焊接而成的。机座是防爆型的，无外部损害。A2.定子铁芯定子铁芯由一系列磁钢叠片(在叠放期间液压压制而成)组成。各叠片均有涂层，保证冲板绝缘，从而避免了由于感应电流而引起的发热。用夹具施加压力，确保铁芯紧密。定子铁芯组装后，对其进行防锈处理。铁芯永久性地装在发电机的框架内。A3.挠性固定在转子磁极与定子铁芯间磁引力的作用下，在铁芯引起了倍频振动。对于二级发电机，定子铁芯组件与发电机机座的外构件间使用了挠性支架，可使传到发电机机座和基础的这种振动大大地降低。这种挠性固定可使铁芯振动传到机座大为减少，但铁芯完全能够遏制负荷和短路力矩。A4.电枢线圈电枢线圈是由实心铜股线组成。铜股线在内部转720度罗贝尔换位，从而减少环流。一系列高电阻合金通风管延伸到线圈的整个长度，为氢气介质流动提供通路。线圈制成两半，在端部牢固连接。在每相线组内线圈中的两个罗贝尔线棒在一处换位，进一步降低环流。定子线圈是用THERMALASTIC绝缘材料进行绝缘的。为了消除电晕，埋入槽内的线圈部分用半导体清漆处理。在端部线圈部分则使用CORONOX。A5.主引出线发电机引出线经套管引出，套管配有与发电机电压相匹配的内部和外部爬距。主引出线连接和套管为氢内冷，氢气流由内部风道(组件的中央向下直到套管端部)导入。氢气再通过风道与套管载流组件的空间返回到引出线箱，然后再返回到发电机的低压区。如图1(总装配图)所示。A6.温度检测器发电机内部装有温度检测器，用以测量不同处的内部温度。装在氢气风道内的电阻式温度检测器测量进入氢冷器的热氢温度和离开每个氢冷器的冷氢温度；装在氢冷器公用冷氢出口的电阻式温度检测器测量氢冷器出口冷氢平均温度，用于控制冷却水流量，进而控制冷氢温度。对于氢内冷的定子绕组，六点定子线圈排气电阻式温度检测器装在发电机热端定子线圈的排气口处。六点埋在线圈旁定子槽内的定子绕组电阻式温度检测器，用于和以前其它发电机的测量温度的对比或者用于在发电机静止或盘车转速时测量发电机绕组温度。参见图2(为外形附图)，发电机定子铁芯端部温度探测器为六点，这些温度检测器为热电偶，埋在表面，为标准的触点型。B．发电机转子B1.概述转子本体是由高强度的钢锻造而成。励磁端有一轴向孔，将励磁绕组接到励磁电源上。B2.转子绕组绕组置于不同宽度的径向槽内。槽内先放入槽形绝缘，接着每次组装半圈。每个整圈是由两个“U”形的铜条面对面地组成，形成一个空心导体。匝间绝缘是用玻璃绝缘层粘在铜条上。导体及绝缘适当开孔，以便冷却介质氢气的进入和排出。整个转子放入干燥箱内，并用专用压紧工具做周期性压紧。最后压紧完成后，还要继续继续干燥处理，直到所有树脂固化为止。线圈及绝缘烘好后，拆除压紧工具，并在槽顶部打入适当的楔，确保绕组免受离心力的影响。在楔的底部装有专用的金属条，以对感应电流产生阻尼效应。B3护环转子端部的线匝由高强度、非磁性钢护环支撑。护环热套在转子本体端部的镶嵌处。图1，总装配图，说明了护环的结构并显示了转子绕组端部线圈的紧固方式。为便于组装，要将护环加热，并在热态下装上转子。转子在升速时护环热套紧应力下降，但既使在设计的超发电机说明速下转子本体与护环间的热套紧应力仍然存在。为防止护环相对转子的轴向移动，装设了一个锁紧环。该环呈开口形，开口的端部设有专用的延伸部分(在转子安装护环期间，可用来收紧或放松锁紧环)。C．通风氢气的循环是靠装在汽轮机端正好在护环外侧轴上的一只轴流式风机获得的。图1，总装配图将有助于理解下面所述的通风通道的研究。请注意本图只是该种特征的典型，而对风机内叶片的排数，框座段面数量及类似的细节与本说明书内所包括的不一定完全相同。在通风系统内，风机正好位于冷却器的前面，这样由于风机损耗产生的氢气温升，不会加到电气部件的总温升去。从冷却器出来的冷氢，经框架流至发电机另一端，从该处导入定子线圈通风管、定子铁芯的轴向孔、导线连接环、主引出线和套管以及转子的开口端。冷却氢气途经这些通风管和轴向孔以及从引出线箱引出的管形风道，从发电机的一端流到另一端，在汽轮机端排气，并在该处在通过风机，然后经氢冷器进行再次循环。从冷却器出来的冷氢中，也有一部分经导流板及通风道导入转子的二端，并经转子本身通风道，然后排入转子中部的气隙内，在该处再吸回到风机，并经冷却器进行再次循环。端部线匝具有与绕组直线部分相隔离的通风回路。在端部线匝内具有一种特别形式的洞孔，从冷却器来的冷氢直接导入这些洞孔，此氢气经那些端部线匝的(与转子的直线部分相似的)中空通道，再排放进(位于端部线圈下部，靠近磁极中心处的)特殊小室，从小室排入气隙并再回到风机。在铁芯的励磁机端，有一个气隙挡圈，以防止氢气进入气隙，这样就强制制流经定子线圈、铁芯及转子，也经过导线连接环至主引出线及套管。D.轴承图3为绝缘轴承的一个剖面图，示出了轴承的结构的细节。球型支座与止位销钉均与轴承座绝缘，在轴承的上半圈与轴承定位器间也设有绝缘，以防止轴感应电流经轴承流经大地。此外，在轴封支架处、轴承油封处设有绝缘，以防止轴电流流经这些部件。请详参阅发电机安装章节内的图4—轴承及轴封支架组装图。E.机械部件及找正图1总装配图，示出了发电机的整体机械结构。二只发电机轴承各自支持在轴架上。轴架与发电机机座用螺栓连接以形成一个气密的小室，发电机的全部重量支持在整体的底脚上。在发电机底脚内配有多个调整螺栓，以用作找正。在发电机基板就位灌浆前，先作初步的找正。以后的找正就可用改变底脚座板间垫片来进行。横向的找正可用轴承支架上的锚定销保持，而轴向的找正可用底脚对基板的锁紧销来保持，机架可以向任一方