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1、1,水轮发电机课件,黄西有（老师）,一.水轮发电机,转子 检测保护系统定子 灭火系统上机架 上盖板和下风罩下机架 大轴等部分组成空气冷却系统制动系统集电环和碳刷,转子,由磁轭和磁极等部件组成，磁轭下端装有制动环，转子绝缘为F级，磁极线圈由五边形铜排绕成，匝间采用环氧玻璃布绝缘，两端用环氧玻璃布板经热压成整体，极身绝缘为特制的环氧玻璃布绝缘套。转子磁轭用铸钢，分两段热套于轴上，转子上装有纵横阻尼绕组，扇形阻尼环及极间不连接阻尼环，发电机主轴为中空结构，内部安装了转子电流输入电缆。,定子,由定子机座、定子铁芯、定子线圈等组成，发电机定子线圈采用F级绝缘，有防晕措施。,上机架、下机架,上机架是发电机
2、的承重支架，用来支撑水轮发电机组轴向负荷和部分径向负荷，上机架中心油盆内安装了上导轴承和推力轴承。下机架用来支撑下导轴承和制动器，下机架中心油盆内安装了下导轴承，在顶转子时，下机架要承受机组转动部分的重量。,空气冷却系统,发电机采用双路自循环密闭通风空气冷却方式，在转子两端装有螺旋桨式风扇，旋转时向转子磁轭内送风，由离心作用通过磁极、气隙和定子通风沟，再通过空气冷却器，将机组运行中产生的热量带走，热空气被冷却后再进入循环风路中。发电机定子机座外均匀装设了4个空气冷却器，运行过程中，在定子温度不超限的前提下，可退出一个。,制动系统,发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了4只具有复位功
3、能的制动器，每个制动器上均安装了复位信号发送装置，制动器也作为发电机顶起装置的一部分。,集电环和碳刷,发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。,灭火系统,发电机采用水喷雾灭火系统，机组内设置感温感烟式探测器及专用喷雾头，并配有专门的自动报警装置，当自动报警装置报警时，电站工作人员确认发电机已失火后，打开灭火装置水管进行灭火，使用水压为0.2-0.25MPa。,下风罩,下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下风罩也作为发电机的安装平台，及水轮机吊车的支撑体。下风罩上装设大轴接地碳刷，和顶转子限位装置，防止轴电流经瓦面接地造成烧瓦和顶转子过高造成
4、设备损坏。,二.运行操作,机组开停机操作闸门操作蝶阀操作调速器操作,三.水轮发电机,水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50HZ的交流电，水轮发电机采用多对磁极结构，对于每分钟120转的水轮发电机，转子为25对磁极（n=60f/p）。三峡水电站单机容量为700MW，转子转速为75r/min，使用40对磁极。,水轮发电机的转子采用凸极式结构，下图是发电机的磁轭和磁极，磁轭是磁极磁力线的通路，如图所示发电机有南北相间的24个磁极，在磁轭外圆周开有T形槽，磁极通过T形榫头，固定在磁轭上。图1是转子铁芯，图中是两个没有安装的磁极。,图1-水轮发电机转子有多对磁极,每个磁极上都绕有励磁线圈
5、，磁极电源由安装在主轴端头的励磁发电机提供，或由外部的励磁电源系统提供（由集电环向励磁线圈供电）。24个励磁线圈连接组成南北相间的12对磁极。,图2-有励磁绕组的转子铁芯,磁轭安装在转子支架上，在转子支架中心安有发电机主轴，在主轴的上端头安装有励磁发电机或集电环，励磁绕组的引出线连接到集电环，轴下端有连接水轮机的法兰，见图3。,图3-水轮发电机转子,定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图4。,图4-水轮发电机定子铁芯,定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图5。,图5-水轮发电机定子绕组,大型水轮发电机极数、
6、槽数很多，电流大，较多采用波绕组，图6是双层波绕组示意图。,图6-水轮发电机定子绕组,水轮发电机安装在由混凝土绕筑的机墩上，在机墩上安装机座，机座是定子铁芯的安装基准，也是水轮发电机的外壳，在机座外壳安装有散热装置，降低发电机冷却空气的温度。在机墩上还安装下机架，下机架有推力轴承，用来安装发电机转子，推力轴承可承受转子的重量与振动、冲击等力，见图7.,图7-水轮发电机机墩、机座、下机架,在机座上安装定子铁芯和定子线圈，见图8,图8-水轮发电机的定子,转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架的推力轴承支撑，可以自由旋转，见图9。,图9-转子安装在下机架上,安装上机架，上机架中心安装有导轴
7、承，防止发电机主轴晃动，使它稳定处于中心位置。,图10-水轮发电机未盖地板,铺好上层平台地板，装好电刷装置或励磁电机，一台水轮发电机就安装好了。,图11-水轮发电机,水轮发电机常见故障及处理方法,（一）发电机过负荷 一般来说，小型发电机在并入大电网运行时，是无过负荷现象的，可能出现过负荷运行的情况有： （1）电网高压线路某处发生事故，线路电压大幅度下降。 （2）机组运行于独立小电网时，供电负荷过大；机组并网运行于用户线路，因为该线路突然停电，导致用户的负荷接近于机组供电负荷，导致并网机组过负荷运行。,从水轮发电机组在正常运行的角度上看，过负荷现象是应该坚决杜绝的。当然根据实际的情况，在运行规程
8、规定框架内，当几组发生特殊的事故情况时，发电机可以承载短时过负荷。这是因为发电机对温升和绝缘材料的耐温能力有一定的裕度，所以短时间过负荷不会对绝缘材料的寿命产生太大的影响。同时，绕组绝缘老化需要一定的时间，质损耗增大，绝缘材料变脆，介耐受击穿电压强度降低等，也都需要经过一定时间的高温作用。高温作用时间短，绝缘材料的损害程度就轻。,在发生事故或者在特殊情况下，需要发电机组过负荷运行的，一旦发电机定子电流超过允许值，电气值班人员应该马上检查发电机的功率和电压，同时密切观察和记录定子电流超过允许值所经历的时间，接着按照相关的规定通过减少励磁电流，降低定子电流到额定电流值。在这过程中需要注意的是，避免
9、出现功率因数过高和定子电压过低的情况。如果这种方法没有发挥作用，那就需要马上降低发电机的有功负荷，或者先将一部分负荷切断，使定子电流降到许可值。,（二）发电机运行中欠励磁或失磁 发电机的欠励磁，是指发电机运行中，晶闸管损坏，突然二相运行，使发电机的励磁电流大幅度减少，严重时会使发电机进相运行的现象。发电机转子励磁回路断线、晶闸管励磁开关误跳闸或励磁二相以上整流管损坏，会使发电机失去励磁电流而造成失磁。当发电机欠励磁运行时，可以通过钳形电流表，来对励磁回路三相电流进行检查，如果发现是励磁少一相工作，就应该立即降低有功负荷，解列停机后再有针对性的进行检查处理。,一般来说，并网运行的发电机失磁后，励
10、磁电流表指示降为零；发电机定子电压表指示下降，定子电流出现异常增大的现象，此时过负荷保护动作将会迅速发出信号；这种情况下发电机转速不断升高、功率因数表进相、无功电能表倒转。 当发电机失磁后，会造成发电机同步运行变为异步运行，发电机向电网吸收大量无功功率。,具体的处理方法：为了降低定子电流，值班人员应快速的降低有功功率；手动增加励磁电流或合上励磁开关恢复励磁电流；如仍无效果，说明励磁转子绕组回路有断路故障，应立即解列停机检查处理。,（三）发电机过负荷 现象: 当发电机处于过负荷状态下时，其定子电流会超过额定值，同时其有功、无功及转子电流也会超出额定值，同时定子电流如果超出额定值的1.1倍时，则会
11、导致过负荷保护发出动作，出现过负荷报警信号。 处理:,在水轮发电机组正常运行过程中，需要加强监视，对其电压、频率和电流大小进行进行实时关注。一旦发现电压或是频率升高时，则需要通过降低无功或有功负荷，使定子电流能够降至额定值范围，当调整后状况没有得到有效改善时，则需要采取切实可行的措施将过负荷消除。当电压或是频率降低时，则为了避免过负荷的产生，则可以减小励磁电流，但需要确保母线电压要处于正常值范围内。一旦母线电压降至事故极限值时，这时发电机组仍处于过负荷状态下，这就需要采取限负荷运行，必要时还需要启动备用机组。,（四）发电机转子一点接地 现象: 在发电机出现转子一点接地时，表计指示没有异常情况发
12、生，但无论是警铃、还是转子一点接地信号都会发生报警信号，同时计算机报警信号也会同时反应。 处理:,1）当发生转子一点接地报警时，则需要对转子一点接地信号进行检查，看其是否能够复位，从而判断出是瞬时接地还是永久接地；2）通过转子电压表来对转子正地对和负对地电压值进行测量；3）通过励磁回路的检查来对接地的性质和部位进行判明；4）无论是金属性接地还是非金属性接地，都需要及时报告调度做好停机准确，但对于金属性接地，则需要还做启用备用机组的准备。4）当发生转子一点接时，检查处理时间通常都是在二个小时内完成，如果二个小时内没办法处理的，则需要停机进行处理。,（五）转子回路两点接地 现象： 1）警铃响，机旁
13、发“转子接地”信号，计算机有报警信号；2）转子电流异常增大，转子电压降低；3）无功功率表指示降低，功率因数可能进相，有功负荷可能降低；4）由于磁场不平衡，机组有剧烈振动声；5）严重时，失磁保护有可能动作。,处理： 由于转子两点接地时，由于转子电流增大，可能使励磁回路设备损坏；若接地发生在转子绕组内部，则转子绕组过热；机组剧烈振动损坏设备，因此立即紧急停机，并报告调度。,（六）发电机温度过高 现象： 1）上位机发对应“机组温度过高”信号；2）发电机定子线圈、定子铁芯或冷、热风温度高于额定值。 处理： 1）若发电机的有功负荷或定子电流超过了额定值，则调整到额定范围内运行；2）若测温装置异常引起，则
14、退出故障测点，并通知维护专业班组进行处理；,3）若空冷器进、出水阀开度不够，则调节空冷器进、出水阀开度；4）若机组冷却水压不足，则检查供水泵，同时投入机组冷却备用水，调整水压至正常；5）若空冷器堵塞造成水路不通，则短时加压供水或倒换机组冷却水；6）若空冷器进出水阀阀芯脱落在关侧引起，转移机组负荷降低机组出力运行，控制冷、热风温度不致过高；7）在不影响全厂出力和系统的条件下，适当调整各机组的有、无功负荷分配；8）经采取以上措施无效，定子线圈、铁芯温度超过120，则应联系调度停机处理。,（七）发电机转子回路断线 现象： 1）警铃响，发“失磁保护动作”信号，计算机有报警信号；2）发电机转子电流表指针
15、向零方向摆动，励磁电压升高；3）定子电流急剧降低，有功、无功降至零；4）如磁极断线，则风洞内冒烟，有焦臭味，并有很响的哧哧声。处理： 1）立即停机，检查FMK动作情况，并报告调度；2）如有着火现象，应立即进行灭火。,（八）发电机定子接地 发电机定子接地是指发电机定子绕组回路或与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地分为瞬时接地、永久接地、断续接地等。 现象： 1）警铃响，机旁发“定子接地”信号，计算机有报警信号；2）定子三相电压不平衡，定子接地电压表出现零序电压指示。 处理：,1）检测、A、B、C三相对地电压；（真接地时，定子电压表指示接地相对地电压降低或等于零，非接地相对
16、地电压升高，大于相电压小于线电压，且线电压仍平衡。假接地时，相对地电压不会升高，线电压不平衡。这是判断真、假接地关键；2）经检查如系内部接地，报告调度，起动备用机组或转移负荷，尽快解列停机；3）经检查如系外部接地，应查明原因，报告调度，按调度的要求处理；4）在选择接地期间，应监视发电机接地电压，发现消弧线圈故障应立即停机。,（九）发电机冒烟着火 现象： 发电机上部盖板或是密封不严处有烟气冒出，而且风洞内会出现浓烟，还会有绝缘烧焦的气味，严重时还会有火花冒出。 处理：,当值人员发现以上情况时，可以判断发电机着火，这时需要紧急进行停机，并通知值长进行及时处理，查看发电机出口开关，确保出口开关处于跳开的间状态，同时还要确保灭磁开关也处于跳闸的状态，这时可则需要采用消防水进行灭火，在灭火的同时观察水车室的水路是否处于畅通状况，直到火熄灭为止。,
