专业组电气发电机变压器课件Word下载.docx
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水-水-氢(定子、转子水内冷,铁芯氢冷)等。
2.3同步发电机的铭牌
1、型号
一般由三段组成。
如TQN-100-2
第一段
第一个字母表示电机型式:
T——同步电机
Q——汽轮
第二个字母表示电机类别
F——发电机
第三个字母表示电机冷却方式
C——空气外冷
Q——氢气外冷
N——氢气内冷
S或SS——双水内冷
无第三个字母和第三个字母为T的,也是空气外冷,只是磁场不同。
第二段
表示额定容量(MW)
第三段
表示极数
例1:
一台汽轮发电机的型号为QFSN-300—2-20B
QF——汽轮发电机;
S—定子绕组水内冷,N—转子绕组氢内冷300——发电机输出的额定有功功率,单位为MW;
2——发电机的磁极个数。
2、额定值
●额定功率PN(MW)—指额定运行时电机的输出功率
●额定电压UN(kV)—指额定运行时定子的线电压
●额定电流IN(A)—指额定运行时定子的线电流
●
额定功率因数 —指额定运行时电机的功率因数
●额定频率fN(Hz)—指额定运行时电枢的频率
●额定转速nN(r/min)—指额定运行时电机的转速,即为同步转速
3、额定值之间的关系:
三、发电机本体概述
我厂发电机采用东方电机股份有限公司生产的汽轮发电机组,排列方式为室内纵向顺列布置。
发电机冷却采用水-氢-氢冷却方式,定子绕组及出线为水内冷,转子绕组为直接氢冷,转子本体及定子铁芯为氢冷。
发电机励磁采用机端励磁变自并励静止励磁方式。
发电机型号为QFSN-350-2-20B。
发电机额定容量:
412MVA,额定功率:
350MW;
额定功率因数:
0.85(滞后);
最大连续输出功率380MW;
极对数:
2对;
发电机定子额定电压为20kV;
静子额定电流11887A。
额定励磁电压434.63V,额定励磁电流2287.38A;
发电机空载时励磁电压147.3V发电机空载时励磁电流830.2A.
发电机出口母线安装三组电压互感器供发电机测量、计量、保护、励磁调节及同期用。
发电机中性点经一台20/0.23kV干式单相配电变压器接地,二次侧电阻为0.5Ω。
变压器高压侧采用封闭母线与发电机中性点连接。
发电机与励磁变、电压互感器、主变及高压厂用变压器之间采用全连分相封闭母线,设有绝缘子加热和微正压装置,以确保封闭母线内干燥。
发电机旋转方向与汽轮机相一致。
发电机定子绕组出线端子数目为6个,从励磁端向发电机看,从右到左相序排列为A、B、C。
发电机基本参数
额定电压20kV
额定转速3000r/min
周波50Hz
相数3
极数2
定子线圈接法YY
额定氢压0.3MPa(g)
漏氢(保证值)≤8Nm3/24h(在额定氢压下,折算为标准气压下)
效率(保证值)≥98.95%
绝缘等级:
F级(按B级温升考核)
冷却方式:
水—氢—氢
3.1发电机的结构
发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。
定子由机座、定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(有磁扼、磁极绕组)滑环、(又称铜环、集电环)、风扇及转轴等部件组成。
3.1发电机的定子
3.1.1定子铁芯
定子铁芯是构成磁回路并固定定子绕组的重要部件,要求它导磁性能好、损耗低、刚度好、振动小、不易发热等。
因此,定子铁芯通常由硅钢片叠成,沿轴向叠成多段形式,每段叠片厚为30~60mm,各段叠片之间有宽约10mm通风槽,以改善定子铁芯的散热条件,为减少漏磁防止涡流引起过热,在定子铁芯的两端用非磁性材料制成的压板将其夹紧,整个铁芯固定在定子机座上。
定子铁心及绕组端部
3.1.2定子绕组
定子绕组又称电枢绕组,是发电机进行能量转换的心脏部位。
汽轮发电机的定子绕组一般采用三相双层叠绕组,构成定子三相交流回路。
为了减少绕组导线中集肤效应(当导体中通过电流时,在导体的横截面上,电流较集中于导体表面,而导体中心却只有少量带电离子通过)引起的附加损耗。
导线由许多相互绝缘的并联多股线组成,空心导线镶嵌于定子铁芯54个槽中,导线在定子铁芯中纵向分为两排,每排又分为三组,每组由一根通水的空心铜管和四根只导电的实心扁线组成,形成所谓“四实一空”制股线,在槽内线圈的直线部分还应进行换拉,从而构成双YY(双星形)的接法,为防止电晕(在极不均匀电场的气隙中,随着外施电压的提高,在曲率半径小的电极附近将出现浅蓝色的晕光,还伴有吱吱放电声,并产生臭氧),定子绕组经绝缘处理后还要涂以半导体漆。
为了能承受住突然短路时产生的巨大的电磁力而引起的端部变形,以及正常运行时不致产生较大的振动,定子绕组端部接线需用绳线绑紧或压板夹紧在非磁性钢做成的端箍上。
QFSN-300-2型发电机定子槽及其嵌线
(a)线棒断面(b)定子槽嵌线
1--空心导线;
2—实心导线;
3—环养粉云母带绝缘;
4—槽楔
5—弹性波纹板;
6—半导体波纹板:
7—上层线棒;
8—下层线棒
9—适形材料
定子线棒的绝缘主要是起隔离电流、电压的作用。
绝缘材料按耐热能力通常分为7级,即Q、A、E、B、F、H、C、它们对应着不同的最高温度,在最高允许温度之内,发电机可长期运行,超过该温度发电机绝缘寿命将随温度按指数规律缩短,如A级绝缘在高于许可温度8--10°
持续运行,就会使其绝缘寿命缩短一半.
各种等级绝缘材料的最高允许温度
绝缘级别
Q
A
E
B
F
H
C
最高许可温度℃
90
105
120
130
155
180
180以上
发电机定子导体与铁芯间的绝缘称为主绝缘,亦称对地绝缘。
主绝缘是线棒各种绝缘中最重要的一种。
根据端部与槽部是否采用同一结构,主绝缘分为连续绝缘和复合绝缘两种,目前大型发电机多数采用环氧粉云母带连续绝缘。
(3)定子线棒的的电晕,电腐蚀及防止
电晕是一种局部游离放电现象,6KV以上的发电机就有可能出现。
电晕在空气中出现时伴有兰色荧光并产生臭氧(O3)及氮的氧化物(NO,NO3),它们与潮气结合便形成有害的酸性物质,对绝缘材料有腐蚀作用。
电晕通常出现在电场强度较大的出槽口、通风槽、绝缘材料内部气泡以及槽壁间的狭窄气隙内。
消除槽内电晕的基本措施
a..尽量消除槽内绝缘材料的气泡与气隙;
b.使出槽口部分的电场分布均匀化。
削弱铁芯边缘处电场强度的方向有电阻分压法与电容分压法。
一般大型发电机都是都采用电阻分压法,这里就只介绍电阻分压法。
电阻分压法就是在定子线棒表面涂以不同电阻率的半导体漆,用以减少边缘处的电位差,使其空间电场的分布得以均匀。
电腐蚀:
当热固性绝缘表面防晕层与槽壁接触不良或不稳定时,在电磁振动作用下,接触点若即若离,引起槽内间隙火花放电。
这种放电的能量为电晕放电的数百倍以上,可使局部高温达摄氏数XX乃至上千度,使绝缘表面受到严重腐蚀,在短期内即可造成深达1mm以上的麻坑,且腐蚀位置随振动、接触等条件的变化而经常变动,这就是所谓的电腐蚀。
防止电腐蚀的方法是在工艺上采取措施,使线棒和槽壁间保持稳定接触,加强线棒在槽部和端部的机械固定,防止槽楔材料收缩而发生槽楔松动现象。
3.1.3定子机座和端盖
机座
1、固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件,通过机座将整个定子安装、固定在基础上。
2、机座内部有冷却风道。
汽轮发电机机座一般采用钢板焊接而成。
对机座的要求,除了使安装、运输方便外,还需要有足够的强度和刚度。
3、正常和故障时能承受可能发生的最大应力,保证不产生不允许的变形。
端盖
1、保护定子和转子的端部,使电机内形成一个与外界隔绝的风路系统。
2、一般用钢板焊接结构,也可采用灰铸铁或硅铝合金铸件,中等容量的电机端盖也有采用玻璃钢压制的。
有足够的刚度。
4、大型同步电机,由于端部漏磁通较大,所以固定端盖的螺栓宜加以绝缘,以防止漏磁通引起的涡流流过螺栓而使其发热。
3.1.4定子出线和发电机出线盒
定子出线导电杆是装配在出线瓷套管内的,组成了出线瓷套端子。
结构设计使定子出线穿过装在出线盒上的绝缘瓷套管,将定子绕组出线端子引出机座外,并保证不漏氢又不漏水。
出线盒外形像长筒形压力容器由不锈钢板拼焊而成,既“耐爆”又有足够的刚度,可安全地支撑着定子出线瓷套端子及套装在瓷套管外的电流互感器。
每个出线盒亦要通过与机座相同等级的水压及气密试验的严格考核,具有良好的强度、刚度和气密性能。
不锈钢饭为反磁性,故大大减少了主出线导电杆上大电流在其周围的钢板上所产生的涡流损耗。
在出线盒上与机座结合的大平面上开有T型密封槽,用以加压注入液态密封胶,杜绝氢从结合面上的缝隙中渗漏出来的可能性。
3.1.5定子水路
3.1.5.1总进出水汇流管
总进、出水汇流管分别装在励端和汽端的机座内,对地设有绝缘,运行时需接地。
它们的进、出水口及排气管分别放在汇流管上方,这是为了防止绕组在断水情况下失水的措施。
但它们的法兰设在机座的上侧面,便于和机座外部总进出水管相联接。
排放水管口分别放在机座两端的下方,具有特殊设计的结构;
它对机座是密封的但能适应温度变化而产生的变形,对机座和相连接的外部管道都是可靠地绝缘的。
在外部总进、出水管上装有测温及报警元件。
在用水冷专用摇表测量定子绕组绝缘电阻时,要求总进、出水汇流管对地有一定的绝缘电阻,而在做绕组耐电压试验时又要求把它们接地;
为了试验时方便,在接线端子板上各设有接地接线柱,专为变更总进、出水汇流管及出线盒内出水小汇流管对地绝缘或接地之用。
3.1.5.2定子绕组水路
冷却水从励端或集电环端的总进水汇流管通过连接的聚四氟乙烯绝缘引水管流入定子线棒,再从线棒出水接头通过绝缘引水管流入总出水汇流管。
每根上层或下层线棒各自形成一个独立的水支路,共有84个并联的线棒水支路。
另有六路冷却水从励磁机端或集电环端的总进水汇流管进入,也通过绝缘引水管流经绕组引线,即线圈端部连接线,主引线及出线瓷套端子或中性点母线后,进入出线盒中的小汇流管,再从外部管道流入汽端总出水汇流管,然后一起引出到外部总出水管,流回定子水箱。
定子绕组的冷却水从发电机侧面下层用管道引向发电机顶部,进入圆形汇水管水由此分为两路;
一路进入6个有绝缘瓷套管的导电杆和主引线,另一路经绝缘引水管流入半匝线圈,从气端汇水管流出,吸收了这些部位的热量后,再由发电机顶部水管经发电机侧面流入下面。
圆形汇水总管与绕组端部的通路要求只通水不通电。
因而连接用的水管是绝缘的,称为绝缘引水管。
冷却水在定子绕组内部采用并联单流水路,即一个线圈边为一条水路,亦称半匝水路,水从励端圆形汇水管引入端部后分为两个支路并行流向汽端,但一路是从下层线棒流过去,与另一路从上层线棒流过去的水路汇合,再经绝缘引水管到汽端汇水总管。
这种方案水路短,水压降小,水速在1-2米/秒,进水压力低,约为0.2-0.3MPa,冷却效果好。
运行中,励端进水温度为42℃,汽端出水温度为85℃,实心导线散热能力差一些,其温度比空心导线要高2-4℃,定子绕组极限温度为105℃。
冷却水在定子绕组中的流向定子绕组温度分布图
3.1.5.3氢气漏入定子水路问题
由于氢压大于水压,在管道、绝缘引水管、水接头或空心铜线内如存在微、细裂纹或毛细小孔,一般情况下定子水路不会漏水,但氢气会从小孔细纹处漏入定子水系统。
漏入水系统的氢气积蓄在储水箱的顶部,通过安全阀设定在0.035兆帕压力下释放,排入大气。
在储水箱的排气管上装有一只氢气流量表,可以测定氢气漏量。
3.2发电机的转子
发电机转子的作用是传递原动机供给的机械转矩,支撑旋转的励磁线圈,形成良好的磁通路径和转子散热通道。
发电机转子:
转子铁芯、励磁绕组、护环、中心环和阻尼绕组等组成。
转子铁芯分为隐极式和凸极式。
隐极式:
气隙均匀,适于高速旋转,与汽轮机组合;
凸极式:
气隙不均匀,旋转时阻力大,转速低,与水轮机组合;
3.2.1转子铁芯
1、既有良好导磁性能,又有足够机械强度和刚度,最关键部件之一。
2、一般采用优质合金钢锻制,铁心上开有两组对称的槽,槽与槽之间的部分称为齿,有两个齿特别宽称为大齿,其余的叫小齿。
小齿嵌放励磁线圈,大齿形成磁极。
3、大型电机为了加强转子表面冷却,大齿区也开有一些较小的槽并不安放线圈,只作通风用,这种槽称为通风槽。
(a)切削好的转子锻件横断面(b)转子横向月牙槽
3.2.2励磁绕组
励磁绕组由矩形的绝缘扁铜线绕成同心式线圈,两线圈分别放置在主磁极两侧所开出的槽内,每槽轴向冲有双排孔,用于转子绕组内部通风,端部则采用凹型铜排,两根拼在一起,中间形成一个通风风道,所有线圈串联组成励磁绕组,构成转子的直流电路,励磁绕组引出的两个线端,通过转子铁芯轴向中心孔,而接至集电环上,并通过电刷与外电路直流电源相连接。
3.2.3引线及集电环
转子引线是指转子绕组与集电环之间的连接线,有正、负各一条,埋设在转子中心孔内,转子引线是励磁电流经集电环进入转子绕组的唯一连线。
集电环分正、负两个环,装于发电机的励磁机侧轴承外侧。
图:
引线与转子端部绕组的连接
1—引线;
2—引线绝缘;
3—环键;
4—阻尼梳齿片;
5—护环
6—端部连线;
7—绝缘体;
8—中心环;
9—扇叶;
10—引线螺杆
11—扇叶;
12—扇环;
13—导电杆;
14—中心孔
集电环表面运转速度为30-70m/s旋转时接触面的气膜能将碳刷浮起,导致接触不良和电流分布不均,出现火花,电腐蚀加速磨损和电刷发热。
为此,在集电环表面加工一些螺旋沟,用以消除气膜,改善电刷表面的电流分布。
螺旋沟还可以增加集电环的散热面积,帮助排除脱落的碳末。
为了加强集电环的散热,在集电环轴向还开了若干个通风孔,沿集电环圆周均匀分布。
两环之间装有离心式风扇,加强了集电环部位的通风冷却。
图:
引线与转子集电环的连接
1--转子轴;
2--集电环;
3--通风孔;
4--螺旋沟;
5--绝缘套桶
6--励端连轴器;
7--导电杆;
8--导电螺杆;
9--风扇
3.2.4护环和中心环
转子绕组的两个端部外面套有刚环,称为护环,护环的作用是承受转子绕组端部在高速旋转时产生的离心力,保护绕组端部不致沿径向发生位移,变形和偏心。
中心环对护环起固定、支持和保持与轴同心的作用,也有防止端部绕组轴向位移的作用。
3.2.5阻尼绕组
当发电机三相负荷不平衡或发生不对称短路时,定子电流会出现付序电流,因而产生负序旋转磁场,以两倍的同步转速逆转子转向旋转,在转子上感应两倍频率的电流,使转子表面附加损耗增加,温度升高,同时还产生交变力矩,加大振动,定子电压波形也发生畸变。
倍频电流由于频率高,往往集中在转子表面齿、槽楔的表层约几毫米内。
整块结构的转子本体内感应的涡流对定子负序旋转磁场有一定的阻尼作用,但还不够,还需要安装专门的阻尼装置。
东方电机厂的QFSN-300-2型汽轮发电机采用了梳齿型半阻尼系统。
它由若干片带有梳齿的弧段组成,每端两层,梳齿部分伸入槽内的轴向长度为200-300mm压在槽楔下,弧段部分各层交叉搭接,形成一个整圆的端环,压在护环下面。
转子上的梳齿片
3.2.6氢气冷却器
氢气冷却器是用来冷却发电机的氢气的,由许多铜管组成,管内通有冷却水,管外是氢气管内工作水压力一般为0.25MPa,冷却水进水温度一般不超过33℃,出水温度不超过40℃。
300MW汽轮发电机的氢气冷却器采用机座背包式,分别安装在发电机的汽、励两端,机座的顶部。
3.2.7滑环
滑环分正、负两个环,安装于发电机励侧轴承外侧,利用热套法套在大轴的绝缘套筒上,因对其机械强度和耐磨性均有很高要求,所以材料通常选用强度高的合金钢,表面还进行硬度处理。
另外,滑环表面的螺旋沟的作用是消除在高速旋转时表面形成的气膜,改善电刷表面的电流分布,防止引起电刷打火、电腐蚀和电刷发热。
滑环的冷却是靠两环之间装设的离心式风扇和沿滑环周围均匀分布的通风孔进行散热和冷却的。
直流电流是通过静止的正负极电刷和正、负两个随转子转动的滑环(集电环)引入转子绕组。
3.2.8风扇
汽轮发电机转子细长,通风冷却比较困难,故转子的两端,设有离心式风扇,当转子旋转时,两个风扇之内侧形成高压区,外侧为低压区。
当冷氢气通过定、转子端部与本体后,温度升高,通过风扇两侧的压差,将热氢气逼到低压区,再经过氢气冷却器降温后,再打入高压区进行冷却,如此循环不已,达到冷却的目的。
3.2.9碳刷与刷架
电刷是将励磁电流通入高速旋转的转子的关键部件。
为保证发电机在运行时能安全、迅速地更换电刷,采用了盒式刷握结构,每次可更换一组(4个)电刷。
电刷采用天然石墨材料粘结制成,有较低的磨擦系数和一定的自润滑作用。
每个电刷带有两根柔性的铜引线(即刷辫)。
采用恒压式盘簧作为电刷加压弹簧,从而在电刷长度达到其磨损极限之前没必要调整弹簧压力。
螺旋式弹簧恒定地将压力施加在电刷中心上。
刷架采用左右分瓣把合结构,由导电环、刷座及风罩等部件组成,对地绝缘。
发电机的监测系统
发电机的监测包括温度测量、振动测量、对地绝缘电阻测量、漏水测量、氢气湿度测量和机内放电无线电射频监测和发电机局部过热监测等。
测温元件是发电机运行中一个重要的耳目。
监测发电机内部温度的测温元件分两大类即电阻测温元件及热电偶。
它们既可通过温度巡测仪自动显示并记录温度亦有一小部分可与其他参数如氢压、氢气纯度、轴振和出力曲线的监控一起接到汽轮机自动控制ATC,通过电液调速装置DEH自动监测或监控汽轮发电机组运行情况。
氢、油、水系统的一些开关量则从氢油水系统监测柜的端子引出,由ATC报警。
此外,励磁系统的一些开关量参数也通过DEH显示或报警。
监测定子铁芯温度
在定子边段铁心的齿顶和扼中、压指及磁屏蔽上设置热电偶,汽励两端各6个,两端共12个热电偶元件。
铁芯中部两个热风区的齿部和辆部各埋置2个热电偶,两个热风区共4个热电偶元件。
总共16个铜一康铜T分度热电偶监测铁芯温度。
监测定子绕组、主引线及出线瓷套端子温度
在近汽端定子槽部上下层线棒之间埋置电阻测温元件,每槽1个,共4二个Cu5O铜电阻或Pt100铂电阻测温元件、监测线棒层间温度。
在汽端总出水汇流管的上下层线棒出水接头上各装有测温热电偶l个,共有84个铜一康铜T分度热电偶监测回水温度。
在出线盒内出水汇流管的水接头上各装1个热电偶,共有6个铜一康铜T分度热电偶元件监测主引线及六个出线瓷套端子的回水温度。
监测定子绕组冷却水总进出水管水温
在励端总进水管和汽端总出水管上各设1个双支式镍铬一康铜E分度热电偶元件(共2个),其中各有1支接ATC。
监测氢冷却器的氢温
在汽端和励端冷却器罩内冷风侧和热风侧各设置1个双支式铂电阻测温元件,一支显示、另一支可接ATC,两端共4件双支式三线Pt100铂电阻测温元件。
故共有4支接ATC。
在两端的上半端盖上冷氢进风区各有一个温度控制器用于冷氢温度高于上限时报警,温控器有一组触点可直接通往ATC。
发电机两端热氢出口处,各有一个单支电阻测温元件监测热氢温度(显示)。
监测轴承温度
在汽励两端的下半轴承可倾瓦块内各设1个双支式热电偶,其中1支是接到ATC去的。
两端轴承共有2个双支式镍铬一康铜E分度热电偶测温元件。
在汽、励两端的轴承回油管及无刷励磁机轴承(或滑环端轴承)回油管上各设l个双支式镍铬一康铜E分度热电偶监测回油温度,其中l支接ATC。
监测轴系振动
在汽励两端和励磁机的轴承外挡油盖上各设一个非接触式拾振器,测量转子轴颈振动,两端共3只均接至ATC。
监测轴承座、轴承止动销、上半轴瓦绝缘垫块、下半轴瓦绝缘衬块、密封支座、中间环、高压进油管及外档油盖的绝缘电阻
在发电机励端轴承座、轴承止动销、上半轴瓦绝缘垫块、下半轴瓦绝缘衬块、密封支座、中间环、高压进油管及外挡油盖处均设双重绝缘,在这些部件上均接有引出到机外的测量引线,供在发电机运行期间监测其绝缘电阻:
这些测量引线先接到励端下半外档油盖上的接线端子板上。
发电机漏水监测
在发电机出线盒、机座中部、下部、机座顶部冷却器外置的底部及中性当外罩处,均装设法兰或螺孔,用管道与装设在机外的浮子式液位控制器即发电机漏水探测器相连接,以便检测漏水情况,也可从那里排污..
监测机内放电无线射频该装置
无线电频率监视仪是一台对氢冷发电机的在线局部放电监测仪。
该装置通过设置在发电机中心点接地线上的频率变送器来监视发电机线圈或其它带电部件的机内局部电弧放电事故。
其原理是:
当发电机内部发生局部放电时就有高频电流通过发电机中性点的回路,在中性点接地回路中设置一只高频贯穿式电流互感器,其二次侧送至本监测仪,经放大、滤波、限频后,接收其中心频率为1MHz、频宽为5kHz的高频信号,提供指示仪表与报警。
当信号达到更高的整定值时,发出停机报警。
本仪器能辨别区外电气设备的放电及机器内部的高频噪音,正确测出发电机本身的局部放电。
监测机内氢气的含湿量
本型发电机增设了一套在线氢气湿度仪,可直观地反映机内氢气的含湿量,因此可以有效地控制发电机机内氢气的湿度。
接地碳刷
作用:
(1)消除轴电流,把轴电
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