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第四章水轮发电机组的运行第一节概述发电机水轮机励磁设备及励磁调节系统继电保护及二次系统调速器蝴蝶阀机组自动控制操作保护监测系统油、气、水调节电压和无功。可自动调节和手动调节自动开、停机调节有功和频率。可自动调节和手动调节1.混流式2.轴流式低水头轴流式水轮机转轮高水头轴流式水轮机转轮3.其他斜流式水轮机水泵水轮机转轮导水机构控制环导叶连杆活动导叶导叶套筒顶盖底环4.发电机机组转子吊装水轮发电机组的型式按布置方式分：可分为卧式和立式两种。•卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。•一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。•推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适用于转速在100r/min以上。•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，它适用于转速在150r/min以下。按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种。水轮发电机的主要作用将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起着致关重要的作用。水轮发电机组成主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。水轮发电机定子结构水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相绕组线圈等组成。铁芯固定在机座上。三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体统称为发电机的定子，也称为电枢。立轴水轮发电机定子结构机座铁心线圈定子定子铁芯定子绕组出口母线串联变出口定子机座空冷器空冷器支架暖风窗机座定子机座一般呈圆形，小容量水轮发电机多数采用铸铁整圆机座，也有采用钢板焊接的箱形结构；容量较大的水轮发电机的机座由钢板制成的壁、环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成。机座应有足够的刚度，同时还应能适应铁心的热变形。铁芯定子铁芯是定子的一个重要部件，由扇形冲片、通风槽片、定位筋、齿压板，拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成。定子铁芯的作用是：作为磁路的主要组成部分，为发电机提供磁阻很小的磁路，以通过发电机所需要的磁通，并用以固定绕组。绕组三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布于铁芯内圆齿槽中。三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极旋转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。定子叠片加固水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、磁极等部件组成。立轴水轮发电机转子结构转子转子支架磁轭磁极顶轴集电环组件转子引线主轴主轴的作用是用来传递扭矩，应具有一定的强度和刚度。主轴一般由35号、40号、45号或20SiMn等钢整锻而成。小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴，也有的采用无缝钢管作为轴；大、中型容量的发电机采用整锻空心轴。磁极磁极是提供励磁磁场的磁感应部件，由磁极铁芯，线圈，上、下托板，极身绝缘，阻尼绕组及钢垫板等零部件组成。磁极铁芯分实心和叠片两种结构。中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。转速大于或等于750r／min的小型水轮发电机，常采用磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工。磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。磁轭与转子支架磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。转子支架的作用是固定磁轭。对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的水轮发电机，磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板制造，不需要专门的转子支架。对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁轭通过转子支架和主轴连成一体。磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用以固定磁极。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。机架由中心体和支臂组成，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。机架按其所处的位置分为上、下机架，按承载性质分为负荷机架和非负荷机架。推力轴承的组成和作用推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件，主要由轴承座及支承、轴瓦、镜板、推力头、油槽及冷却装置等部件组成。其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重量及水推力等负荷，并将这些负荷传给负荷机架。推力轴承的分类推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式、刚性抗重螺栓支承式、弹性油箱支承和平衡块支承式四种。弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机；弹性油箱支承和平衡块支承式用于大中型发电机；中小型水轮发电机的推力轴承一般采用刚性抗重螺栓支承方式。刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图：1—上机架；2—冷却器；3—气窗；4—导轴承装配；5—密封盖；6—卡环；7—推力头；8—隔油板；9—镜板；10—挡油管；11—主轴；12—轴承座；13—抗重螺栓；14—托盘；15—推力瓦；16—绝缘垫抗重螺栓•推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓垂直拧入装有螺纹套筒的轴承座上。调整抗重螺栓的高度，可使瓦块保持在同一水平面上，使瓦块受力均匀。推力瓦•推力瓦是推力轴承中的关键部件，它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面，并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力。•推力瓦一般做成扇形块，中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为6块～8块。•常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和弹性金属氟塑料瓦两种。镜板•镜板是将推力负荷传递到推力瓦上的部件，技术要求高。•要求镜板保证其平面度和水平度，一般为0.02mm／m。•镜板多采用45号锻钢，应有足够的刚度。推力头•推力头是承受并传递机组轴向负荷及扭矩的部件。多数用平键和卡环固定在主轴上，也有采用热套方法固定于主轴上的。•推力头应有足够的刚度和强度，以承受机组轴向推力产生的弯矩作用，不致产生有害的变形和损坏。托盘•托盘的作用是减小轴瓦的变形。另外，托盘的轴向柔度在运行中有一定的均衡负荷作用。•其材质应选用能承受较大弯曲应力的高强度材料。绝缘垫•通常在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装设绝缘垫，切断轴电流回路，保护轴瓦工作面，并起到绝缘和调整轴线的双重作用。油的循环冷却•轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种。•中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内循环。水轮发电机制动方式机械制动、电气制动、混合制动水轮发电机制动系统的组成制动装置（俗称风闸）、控制原件、管路系统。机械制动的作用为避免机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损。一般当机组转速降低到额定转速25%~35%，自动投入制动器，加闸停机。对没有配备高压油顶起装置的机组，当经历较长时间的停机之后，再次启动前，用油泵将压力油打入制动器顶起转子，使推力瓦重新建立油膜，为推力瓦创造良好的工作条件。机组检修期间，进行重量转移。通风系统机组运行时，发电机绕组以及铁芯将产生大量的热量，为了使绕组和铁芯的温度不至于过高而引起绕组绝缘损坏，发电机必须设置通风冷却装置。一个良好通风系统应具备的基本要求水轮发电机运行实际产生的风量应达到设计值并略有余量。各部位（特别是定子的有效段）的冷却风量应合理分配，各部位温度分布均匀。风路简单，损耗较低。结构简单、加工容易、运行稳定。有时还能满足水电厂厂房结构以及利用发电机的热风供厂房冬季取暖。通风元件压力元件：转子磁极、磁轭、风扇。其中磁极、磁轭是主要的压力元件，在整个通风系统中占80%~90%的作用。阻力元件：定子。在整个通风系统中，定子风阻占整个风阻的70%发电机运行状态正常运行调相运行进相运行起动试运行的目的：1.根据有关的技术规程和电站的设计资料，对水工建筑物、机电设备等进行一次全面的质量检查，并在实际运行中作出总体的鉴定。2.通过检杳发现尚未完善的工作及工程或设备所存在的缺陷，及时处理以保证电站能顺利地投产。3.在机组起动之前，以及试运行过程中对机电设备进行调整试验。测定相关的运行参数或特性曲线，具体掌握机组的实际性能，为今后的长期运行提供技术准备。4.电站从试运行结束起转入试生产，施工单位与管理的业主单位之间，应在起动试运行以后进行交接验收工作。第二节水轮发电机组试运行当机组安装工程基本完成后，或大修机组完工检验后，对机组进行一次综合的启动运行试验，称为机组启动试运行。起动试运行的内容和程序：1.机组起动试运行的工作范围很广，要进行从水工建筑物到机电设备的全面检查。一般说来包括试验检查和试运行两大部分，而且以试验检查为主。2.起动试运行程序：（1）水轮发电机组试运行前的检查（2）机组充水试验（3）水轮发电机组空载试运行（4）发电机对主变压器和高压配电装置零起升压试验和电力系统对主变压器全压冲击合闸试验（5）水轮发电机组并列及带负荷试验（6）水轮发电机组甩负荷试验（7）水轮发电机组连续带负荷试验起动试运行工作的组织机组的起动试运行是水电站建设后期所进行的总体检验，涉及电站的各个部分。而且不少试验是首次进行，存在一定的风险，再加上技术要求十分严格，因此必须做到有严密的组织领导，要按照事先的计划安排来逐步进行。•严密组织，统一指挥。•试运行要按规程规范进行，保证质量。•试运行中必须作好记录。一、机组起动试运行前的检查工作试运行前应根据规范的规定，结合电站具体情况，编制机组试运行程序或大纲、试验检查项目和安全措施。引水系统检查（引水管，蜗壳，尾水管，闸门槽清理检查）：输水及尾水系统(含尾调室)的闸门、阀门均应试验合格，处于关闭位置，进人孔、闷头等应可靠封堵对机组及有关辅助设备，应进行全面清理、检查，其安装质量应合格，并经验收。水轮发电机组继电保护、自动控制、测量仪表及机组有关电气设备均应根据相应的规程规范进行试验合格。（一）过水系统的检查（1）引水进水口栏污栅清洁干净。（2）引水进水口闸门操作自如，并处于关闭落锁状态。（3）从引水进口到尾水管尾水门的全部过流道清理完毕。（4）引水道的通流的闷头、人孔门及阀门已现场确认关闭好。（5）尾水闸门操作检查正常。（6）水轮机前的蝶阀调试操作正常，检查无漏水现象，检查事故关蝶阀正常。（7）确认蜗壳、转轮室、尾水管已清理干净，固定转轮的楔子、吊装工具、临时支架等已拆除。（8）蜗壳排水阀、钢管排水阀确认处于关闭状态。（二）水轮机检查（1）水轮机及附件已全部安装完毕，施工测量记录完整，上下止漏环间隙合格；发电机盘车的摆度值合格，并经总工程师确认。（2）真空破坏阀、空气吸力阀已竣工，并调试合格。（3）顶盖排水装置检验合格，水流畅通。（4）调相补气系统正常。（5）轴承安装检验合格，数据记录齐全。（6）导水机构安装完工合格，并处于关位，接力器锁定已投入，导水叶的最大开度及接力器行程已测量合格，关闭后的严密性及压紧行程等符合设计要求，测试记录完整。（二）水轮机检查（7）各接地部分已连接好。（8）润滑油合格。（9）各流量计、压力表、示流计、摆度和振动传感器及各种变送器已安装合格，管道附件良好。（10）各油水器、管道颜色及标示符合规定，阀门编号符合规定。（11）属自动控制二次部分的压力、温度等整定值正确。（三）调速器及其设备检查（1）调速器整体及管道和油压装置安装完好，调试合格，空载扰动试验的参数调整符合国家标准。（2）调节保证计算经总工程师审定，确定关闭时间，并整定好。（3）调速器仪表指针正常及红黑针位置全部在零位。（4）油压装置手动和自动起动正常，压力继电器整定正确，高压补气装置阀门位置正确。（5）调速器系统联动的手动操作的开和关位正常。并检查调速器、接力器及导水机构联动的动作灵活性、平稳性，并检查导叶开度、接力器行程和调速器柜内的导叶开度指示器三者的一致性。（三）调速器及其设备检查（6）用紧急停机关闭方法检查导叶全开到全关的时间，并核对调保计算数据。（7）对调速器自动操作系统进行模拟操作，检查手动及自动开机和事故停机时各部件的正确性。（8）检查全部管道有无渗漏油的情况。（四）蝴蝶阀操作柜及压力油系统的检查1）确认蝶阀手动和自动开启、关闭模拟试验全部合格。2）蝶阀油压装置油压泵起动正常，油压正常。3）油泵起动放“自动”位置。4）蝶阀控制柜电磁阀位置正确，无异常情况。5）充气气压表、油压表指示正确。6）人工锁锭开阀前已拔出。7）管路无漏油现象。（五）发电机、励磁机、永磁机的检查（1）发电机安装后，内部清理完毕检查，定转子