同步发电机讲解

同步发电机设备、原理、参数、运行同步发电机及其运行概述同步发电机结构特点同步发电机励磁系统同步发电机非正常运行同步发电机正常运行同步发电机运行原理同步发电机主要技术参数第一节概述电机及其基础理论1.电机的物理概念以磁场为媒介，实现机电能量相互转换或传递电能的装置。•2.电机的分类变压器直流电机交流电机（同步电机异步电机）控制电机3.铁磁材料的特性4.电磁基本定律◆交流旋转电机的基本工作原理1.同步电机2.异步电机◆电机的冷却1.电机的发热2.冷却介质与冷却方式第二节同步发电机结构特点定子铁芯机座端盖定子线圈护环转子氢冷器碳刷架轴承出线端子发电机剖视图1。机座:防护支承密封耐压防爆防振2。定子铁心:轴向分段径向通风端部呈阶梯型3。定子线圈水内冷:空心导体与实心导体组合而成定子线圈水内冷水路连接为并联单流水路水电接头4。定子端部的处理定子结构特点卧式弹簧板隔振结构有效隔离定子铁芯振动传到定子机座和基础上，避免产生共振1。定子冲片涂带无机填料的绝缘漆铁心绝缘可靠（F级绝缘）2。铁芯端部采用整体压圈和全铜屏蔽端部温度降低（梯形）3。定子铁芯与机座间弹性支承良好的隔振动效果铁芯特点:轴向分段,径向通风槽铁芯叠片铁芯叠片时采用了分段多次加压，最后一次热压后用整体压圈夹紧，形成一个刚性圆柱形铁芯，两边端采用粘接结构，在铁芯装压后加热使其粘接成一个牢固的整体。已经完工的定子铁芯定子线圈定子线圈的槽内固定定子线圈水电接头定子线圈端部结构定子线圈出线氢冷风路1。氢内冷转子，气隙取气径向斜流通风方式。冷却均匀2。转子设有滑移层，铜线防磨损垫条适应调峰运行要求3。转子端部设半阻尼绕组提高负序能力转子结构特点正在加工的转子转子下线转子阻尼绕组转子设有阻尼绕组提高承担不平衡负荷能力阻尼绕组发电机氢气系统发电机密封油系统发电机定子冷却水系统发电机通风系统◆其它主要结构系统发电机氢气系统发电机氢冷系统的功能•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，气体置换采用CO2作为中间介质。••氢气冷却器共设四组，采用绕片式结构，两侧氢气冷却器冷却水流量分别由两个阀门分路控制，氢气冷却器进出水管路应对称布置。本系统在发电机的四角上布置了四组冷却器，停运一组冷却器，机组最高可带80%额定负荷。冷却介质为闭式水，回水母管上设一调门，通过水量的调节可控制合适的冷氢气温度在40～46℃。气体置换检测装置油水泄漏开关气体置换装置置换用空气氢气干燥装置氢纯度分析器供氢供二氧化碳氢气控制系统氢压表序号名称型式数量单位备注1发电机机壳内最大氢气压力0.45MPa(g)2氢气压力允许变化范围0.2~0.45MPa(g)3发电机机壳内额定氢气纯度98%4发电机机壳内最小氢气纯度92%报警值5氢气总补充量保证值（在额定氢压下）≤10Nm3/24h6氢系统装置制造厂/国别东电7氢系统装置型式集装8氢系统装置尺寸（长×宽×高）1080×1050×480mm氢气系统参数表需要气体容积需要的气体置换运行运行状态停止状态估计需要的时间(小时)二氧化碳用二氧化碳（纯度为85%）驱除空气V=350V=3005~7氢气用氢气（纯度为96%）驱除二氧化碳V=350V=3005~7氢气氢气压力提高到0.414MPa(g)V=375V=3751.5~2二氧化碳用二氧化碳（纯度为96%）驱除氢气V=350V=3005~71.对供给发电机的氢气要求a.压力不高于3.2MPa,b.纯度不低于99.5%,c.露点温度≤-21℃，2.发电机充氢容积117立方米。•氢气与空气的混合物当氢气含量在4-74.2%范围内，均为可爆性气体。与氧接触时，极易形成具有爆炸浓度的氢、氧混合气体。因此,在向发电机内充入氢气时，应避免氢气与空气接触。为此，必须经过中间介质进行置换。中间介质一般为惰性气体CO2。•机组启动前，先向机内充入20-30kPa的压缩空气，并投入密封油系统。然后利用CO2瓶提供的高压气体，从发电机机壳下部引入，驱赶发电机内的空气，当从机壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验CO2的含量超过85％（均指容积比）后，停止充CO2。期间保持气体压力不变。开始充氢，氢气经供氢装置进入机壳内顶部的汇流管向下驱赶CO2。当从底部原CO2母管和气体不易流动的死区取样检验，氢气纯度高于96％，氧含量低于２％时，停止排气，并升压到工作氢压。升压速度不可太快，以免引起静电。•机组排氢时，降低气体压力至20-30KPa，降压速度不可太快，以免引起静电。然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。当CO2含显超过95％时，方可引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%,才可终止向发电机内输送压缩空气。氢气置换置换空气流程氢气系统冷却器发电机氢冷系统的冷却•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。•发电机氢气冷却器采用绕片式结构。冷却器按单边承受0.8MPa压力设计。•氢冷却器冷却水直接冷却的冷氢温度一般不超过46℃。氢冷却器冷却水进水设计温度38℃。本系统在发电机的四角上布置了四组冷却器，停运一组冷却器，机组最高可带80%额定负荷。冷却介质为闭式水，回水母管上设一调门，通过水量的调节可控制合适的冷氢气温度在40-46℃。定子冷却水管路发电机励磁碳刷间发电机密封油系统发电机采用氢气冷却，为防止运行中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，机组配置了密封油系统，向转轴与端盖交接处的密封瓦循环供应高于氢压的密封油。本机组的密封油路只有一路，分别进入汽轮机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成了油膜起到了密封润滑作用。然后分两路（氢侧、空气侧）回油。密封油系统原理简介发电机密封油系统•油系统的装置为集装式，方便检修。•密封瓦结构为单流环式。•主油源来自汽机轴承润滑油，润滑油回油管上装设视流窗，以便观察回油。•油氢差压由差压调节阀自动控制，并提供差压和压力报警信号接点。•油温在汽机润滑油系统得到调节。•2台100%容量的交流密封油泵和1台100%容量的直流密封备用油泵,1台100%容量的再循环油泵。发电机密封油系统原理简图密封油系统运行方式•氢侧回油经扩大槽后进入浮子油箱，该油箱的作用是使油中的氢气进一步分离。浮子油箱内部装有自动控制油位的浮球阀，以保证该油箱中的油位保持在一定的范围之内。浮子油箱外部装有手动旁路阀和液位视察窗，以使必要时人工操作控制油位。氢气经分离又回到扩大槽，油流入空气析出箱。由于浮子的控制作用，油箱内始终维持一定的油位，从而避免氢气进入空气析出箱。发电机定子冷却水系统发电机的定子绕组采用水内冷方式，水冷的效果是氢冷的50倍。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。发电机定子冷却水的作用对发电机定子冷却水水质的特殊要求•①冷却水应当透明、纯洁、无机械杂质和颗粒；②冷却水的导电度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；③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10ug/L；④NH3浓度越低越好，以防腐蚀铜管；⑤PH值要求为中性规定在7～8之间；⑥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℃。定冷水系统原理简图工作流程补充水补水过滤器树脂拦截器离子交换器水箱水泵冷却器温度调节阀压力调节阀发电机定子线圈Y型拦截器流量孔板主水过滤器•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，冷却器冷却水进水设计温度为38℃。•定子线圈内的冷却水的进水温度范围为40～50℃、进水温度设有自动调节装置，冷却水温度波动范围±3℃，出水温度不得大于85℃。•水质应透明纯净，无机械混杂物，在水温为20℃时：－电导率0.5～1.5μS/cm（定子线圈独立水系统）－PH值7.0～8.0－硬度＜2微克当量/L（2μgE/L）－含氨（NH3）微量定冷水系统水温、水质•额定流量：1530L/min•进水压力（计算值）：196kPa•进水温度：45±3℃•最大连续出力时线圈出水温度（计算值）：73℃•水的电导率：不高于0.5μS/cm•离子交换器额定处理流量：250L/min•进水温度高报警值：49℃•出水温度高报警值：73℃•出水温度高保护动作值：78℃•进水压力低报警值：110kPa•进水流量低报警值：1200L/min•进水流量低保护动作值：1050L/min定冷水系统技术参数发电机通风系统采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为13个风区，6个进风区和7个出风区相间布置。转子采用气隙取气斜流式。采用该通风系统的优点：温度均匀，不需高压风扇，通风损耗小。第三节同步发电机技术参数•额定容量667MVA•额定功率600MW•最大连续输出容量728MVA•（额定氢压0.414MPa，冷却水温度33℃，•功率因数0.9下与气轮机功率相匹配）•发电机最大连续输出容量能力755MVA(额定氢压0.414MPa，冷却水温度27℃，•功率因数0.9)•额定功率因数0.9（滞后）•额定电压22kV•额定转速3000r/min其他技术参数•周波50Hz•相数3•极数2•定子线圈接法YY•冷却型式：水氢氢•励磁方式：静态励磁系统•顶值电压≥2倍额定励磁电压•电压响应比≥3.58倍额定励磁电压/s•允许强励持续时间20s•额定氢压≤0.414MPa•漏氢（保证值）≤10Nm3/24h（在额定氢压下，折算为标准气压下）•效率（保证值）≥98.95%•短路比（保证值）≥0.58(计算值0.6034)•瞬变电抗X’d≤0.3•超瞬变电抗X’’d≥0.18•承担负序能力－稳态I2（标么值）≥10%－暂态I22t≥10s其他技术参数1.空载运行2.负载运行:电磁状态电枢反应电磁关系3.运行特性4.与大电网并列运行:条件与方法功角特性：功率角同步转矩功角特性功率调节：有功功率调节与静态稳定无功功率调节与V形曲线第四节同步发电机运行原理第五节发电机正常运行1.发电机在额定功率因数下，电压变化范围为±5%,频率变化范围为±2%时，能连续输出额定功率。发电机的最低运行电压一般不应低于额定值的90%（19.8KV）。发电机定子电压低于额定值的95%时（20.9KV)，定子电流不得超过额定值的105%（18369.75A）。2.当氢气冷却器组中有1个冷却器因故停用时，发电机能承担80%额定功率连续运行，而不超过允许温升。3.发电机氢气压力降低时，出力必须按P-Q曲线降低至对应氢压下所允许的范围内。4.在线监测轴和轴承座的振动情况，振动值不应超过其规定值。5.监视各轴承回油及金属温度变化发电机的温度监视定子绕组进水温度：40～50℃定子绕组出水温度：≤85℃定子水量：91.5t/h导电率：0.5～1.5us/cm进氢温度：35～46℃氢气冷却器进水温度：20～38℃氢气冷却器出水温度：≤45℃定子绕组：≤120℃定子铁芯允许最高温度:≤120℃转子绕组温度：≤115℃6.发电机的安全运行•发电机的安全运行极限•发电机的P-Q曲线发电机P-Q曲线7.同步发电机进相运行•发电机具有进相运行能力，当系统要