660MW汽轮发电机培训课件

目录一三四发电机结构发电机常见故障发电机运行发电机概述二五发电机异常情况处理1.1概述我公司一期工程两台发电机为上海汽轮发电机厂生产的QFSN-660-2三相同步汽轮发电机。发电机额定功率660MW。Q―汽轮机F―发电机S―水冷N―氢内冷，2为级数发电机采用水氢氢冷却方式：定子线圈直接水冷，转子线圈直接氢冷，转子本体及定子铁芯氢冷。内部氢气循环为气隙取气方式。发电机与励磁变、电压互感器、主变、高压厂用变压器之间采用全连式离相封闭母线。发电机出口不设开关。封闭母线设有微正压装置，以确保封闭母线内干燥。第一节发电机概述1.2发电机组的技术参数额定功率：660MW额定功率因数：cosφ=0.9定子额定电压：20KV定子额定电流：21169A额定励磁电压：445V额定励磁电流：4534A空载励磁电流：1480A定子绕组接线方式：YY绝缘等级：F级允许运行温度：85度冷却水流量：105T/h压力：0.2—0.25MPa进水温度：45-50℃回水温度：85℃额定氢压：0.5MPa最高允许氢压：0.52MPa进口风温度：46℃出风温度67℃第一节发电机概述1.3发电机的工作原理同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。如右图所示。在同步发电机的定子铁心内，对称地放着A－X、B－Y、C－Z三相绕组。所谓对称三相绕组，就是每相绕组匝数相等、三相绕组的轴线在空间互差120°电角度。在同步电机的转子上装有励磁绕组，励磁绕组中通入励磁电流后，产生转子磁通，当转子以逆时针方向旋转时，转子磁通将依次切割定子A、B、C三相绕组，在三相绕组中会感应出对称的三相电动势。对确定的定子绕组而言，假若转子开始以N极磁通切割导体，那么转过180°电角度后又会以S极切割导体，所以定子绕组中的感应电动势是交变的，其频率取决于发电机的磁极对数和转子转速。同步发电机工作原理图第一节发电机概述发电机主要由定子、转子、端盖及轴承、油密封装置、冷却器及外罩、出线盒、引出线及瓷套端子、集电环及隔音罩刷架装配等部件组成。第二节发电机结构2.1.机座发电机定子机座为整体式，由优质钢板焊制而成。机座外壳在圆周方向采用整张钢板经辊压成圆桶状后，套装在机座骨架上。它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风系统的一部分。由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。第二节发电机结构2.2定子铁芯定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，发电机定子铁芯常采用导磁率较高、损耗小、厚度为0.35～0.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的无机绝缘漆。定子铁心的叠装结构与其通风方式有关。采用轴向分段径向通风时，中段每段厚度30～50mm端部厚度小一些；定子铁芯沿轴向分成96段，铁芯段间设置6mm宽的径向通风道，为减少端部漏磁损耗和降低边段铁芯温升，边段铁芯设计成沿径向呈阶梯形状并粘接成整体，且在其齿部开槽，同时，边段铁芯的段厚度比正常段薄。定子铁芯沿全长分成与机座相对应的11个风区，冷热风区相间隔。为防止风区间串风，在铁芯背部与机坐风区隔板之间设置有挡风板。定子铁芯采用圆形定位螺杆、夹紧环、绝缘穿心螺杆、端部无磁性齿压板和分块压扳的紧固结构。定子铁芯端部设有用硅钢板冲制的扇形片，叠装成内圆表面呈阶梯多齿状的磁屏蔽，可有效地将定子端部漏磁分流，以减小端部发热，保证发电机在各种工况下可靠地运行。第二节发电机结构整个定子铁心，通过外圆侧的许多定位筋，及两端的压指和压圈或压板固定、压紧，再将铁心和机座连接成一个整体。为了使铁芯轭部和齿部受压均匀和减少压板厚度，铁芯除固定在定位筋上外，在铁芯内还穿有轴向拉紧螺杆，再用螺母紧固在压板上。发电机定子铁芯端部结构图•由于穿心螺杆位于旋转磁场中，各螺杆内会感生电动势，因此必须防止穿心螺杆间短路形成短路电流，这就要求穿心螺杆和铁芯互相绝缘，所有穿心螺杆端头之间也不得有电的联系，见右图第二节发电机结构在端部压圈的外部加一个铜环即电屏蔽环，当定子漏磁通在铜环中变化时，铜环内感应出电势，产生涡流，这个涡流的方向即阻止漏磁通在其中通过。采用这种结构后，端压圈的发热是减少了，但这个电屏蔽环的温度仍很高。这时发电机的附加损耗并不一定能减少，只不过是把过热的部位往外移动罢了。采用这种结构以后，压圈和压指也采用无磁性钢，但定子铁芯端部靠转子处仍有垂直于铁芯的磁通进来，那里仍然较热。为了限制由这个磁通产生在硅钢片上的涡流，在定子铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开有1～2个2～3mm宽的小槽，如下图，以增大电阻值减小涡流。第二节发电机结构采用上述电屏蔽的方法仍然是消极的阻挡的办法，为了更有效地解决定子端部的发热，可采用磁屏蔽的办法，见下图。磁屏蔽的方法就是在定子铁芯的外面，仍然用导磁较好的硅钢片做成锥面，这样使大部分端部来的漏磁通转变为与定子轴线垂直的径向磁通，这样就减少了端部损耗，温度也可以降低。磁屏蔽区是由与有效铁芯一样的硅钢片叠制而成的，它可以采用同样的冲片，实际上分组地把内圆齿部剪去一部分就可以了。磁屏蔽区大约做到最外部的硅钢片内径与槽底圆的直径差不多时就可以了。这样最外端虽然还可能有漏磁通，但由于离开线圈端部比较远了其数值也就小多了，作用也就不大了。第二节发电机结构制造厂还采取了以下措施降低端部发热：1）把定子端部的铁芯做成阶梯状，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法来减少轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。2）铁芯端部的齿压板及其外侧的压圈或压板采用电阻系数低的非磁性钢，利用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。3）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板（铁芯不但要定位筋，还要用穿心螺杆锁紧），这种压板本身也起电屏蔽作用，分块后亦可减少自身的发热。有的还在分块压板靠铁芯侧再加电屏蔽层。4）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用其反磁作用，减少转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响。5）在冷却风系统中，加强对端部的冷却第二节发电机结构2.3.定子绕组2.3.1定子绕组的接线方式发电机的定子绕组双星型接线方式，因发电机定子铁芯的结构，将在定子绕组中产生高次谐波，特别是三次谐波，如发电机定子绕组采用三角形接线方式，将产生很大环流，使定子绕组发热，严重时将烧毁发电机定子绕组。发电机中性点经一台22/0.24kV干式单相配电变压器接地，二次侧电阻为0.46Ω，以限制发电机定子接地时的故障电流，使之小于5A，以减小发电机定子接地电流对铁芯的损伤。第二节发电机结构第二节发电机的结构2.3.定子绕组2.3.2定子绕组的结构发电机的定子绕组是由嵌在定子铁芯槽内的许多线圈按一定规律连接而成。每个线圈用铜线制造成型后包以绝缘，一个线圈分为直线部分和两个端接部分。直线部分放在槽内，它是能切割磁力线而感应电势的，因而也叫做“有效边”，在铁芯槽外部不切割磁力线的部分称为线圈的端接部分，简称端部，如下图所示。发电机定子绕组示意图第二节发电机的结构大型汽轮发电机由于有效边之间跨距大，为了嵌线方便，将一个线圈分为两半，嵌入槽中后再将端部焊接起来，这种线圈叫做“半组式”线圈。绕组每匝线圈的端部都向铁芯外圆侧倾斜，按渐开线的形式展开。端部绕组向外的倾斜角为15°～30°左右，形似花篮，故称篮型绕组。发电机定子绕组线棒，采用聚脂玻璃丝包绝缘，实心扁铜线和空心裸铜线组合而成。发电机定子线棒的空心、实心导线的组合比为1：2。下图为我厂定子线棒在定子槽中的断面。其上层线棒的导电截面要比下层的大；上层由4排、每排5组空实股线组成，下层为4排4组。第二节发电机的结构发电机定子线棒的剖面图槽楔弹性波纹板实心导线空心导线第二节发电机的结构线棒中的空心导线通水又通电。为了减少空心导线内的附加损耗，内孔高度常选为2mm，壁厚为1.25～1.5mm，导线高度为4.5～5.5mm，导线宽度常比高大1.5～2倍，约为7～12mm。国产660MW发电机线棒的空心、实心导线有两种规格：空心线为4.7×7.5/5.1×7.9，实心导线为2.24×7.5/2.6×7.9。为了抑制趋表效应，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导线产生环流及附加损耗，线棒各股线（包括空心线）要进行换位。我公司发电机的定子线棒就采用直线部分进行540°编织换位。第二节发电机的结构2.3.2定子绕组绝缘定子绕组绝缘包括：股间绝缘、排间绝缘、换位部位的加强绝缘和线棒的主绝缘。主绝缘是指定子导体和铁芯间的绝缘，亦称对地绝缘或线棒绝缘。主绝缘是线棒各种绝缘中最重要的一种绝缘，它是最容易受到磨损、碰伤、老化和电腐蚀及化学腐蚀的部分。主绝缘在结构上可分为两种：一种是烘卷式，一种是连续式。如果把绕组的槽内部分先进行绝缘，然后再把端接部分绝缘，则为套管式绝缘（烘卷式）；如果把整个线圈用窄云母带交叠缠绕，则为连续式绝缘。我公司发电机采用连续式绝缘。发电机定子绕组的绝缘材料，采用以玻璃布为补强材料的、环氧树脂为粘合剂或浸渍剂的粉云母带，最高允许温度为130℃。其优点是耐潮性高、老化慢，电气、机械及热性能良好，但耐磨和抗电腐蚀能力较差。第二节发电机的结构线棒的制作一般是将编织换位后的线棒垫好排间绝缘和换位绝缘，刷或浸B级粘合胶，再用云母粉、石英粉和F级胶配成的填料填平换位导线处和各股线间间隙，热压胶化成一整体，端部再成型胶化。然后，用玻璃布为底的环氧树脂粉云母带胶带，沿同一方向包绕，每包一层表面需刷漆一次，直至包绕到绝缘要求的层数，再热压成型，最后喷涂防油、防潮漆及分段涂刷各种不同电阻率的半导体防晕漆。涂漆之后，可以防止线棒表面处于槽口和铁芯通风槽处的电场突变。我公司发电机绝缘是用多胶环氧粉云母带，连续式液压或烘压成型。第二节发电机的结构2.3.3定子绕组的水路连接及水电并头1）定子绕组的水路连接发电机内设有进水母管和出水母管。按每匝线圈进出水方式及两半匝线棒的水流方向，定子绕组的水路连接可分两种形式：串联双流水路和并联单流水路。如上图。第二节发电机的结构我公司发电机采用后一种方案。并联单流水路——即一个线圈二条水路，每半匝线棒为一条水路，故又称半匝水路。由于这种水路的进水和出水母管分别布置在电机内的励磁侧和汽轮机侧，故又称为双边进出方式。这种方案水路短、水压降小、进水压力低。上层和下层线棒内的水流方向相同，进水侧线棒温升较出水侧低。定子进出水汇流管均用不锈钢管制成。汇流管的进口位置设在机座励端顶部的侧面，出口位置设在基座汽端顶部的侧面。进出水汇流管之间通过设在机座外顶部的连通管连通，使之排气畅通，保证绕组在运行时充满水及水系统发生故障时不失水。在总进出水口设有与外部供水管连接的法兰。定子绕组汇流管及出线盒内的小汇流管均设有对地绝缘，并在接线端子板上设有可测量各汇流管对地绝缘电阻的端子，这些端子在运行时应接地。2）定子绕组的水电接头在水内冷的定子绕组中既通水又通电，所以绕组端部的结构与空冷、氢冷的定子绕组有所不同。它必须有一个可靠的水电接头，使定子绕组按电路接通，又让水方便地引入和排出。因此水电接头是水冷发电机中关键的部件。绕组鼻端上下层两线棒间的水电连接必须十分可靠，若发生渗水或漏水，则会严重影响发电机安全可靠运行，甚至造成重大事故。线棒的空、实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线棒内水支路的接口。套在线棒上或汇流管上水接头的四氟乙烯绝缘引水管，都用引进型卡箍将水管卡紧。上下层线棒的电连接由上下水盒盖夹紧多股实心铜线，用中频加热软钎焊而成，并逐只进行超声波焊透程度的检查，这样就形成上下层线棒水电的连接结构。采用中频接热钎焊接头水盒的工艺和卡箍箍紧水管的结构，进一步提高了定子绕组水路的气密性。水电接头的绝缘采用绝缘盒做外