熱電廠發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理,事故處理及案例分析

本課程主要學(xué)習(xí)內(nèi)容發(fā)電廠電氣專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院同步發(fā)電機(jī)第一講基本教學(xué)要求1.理解同步電機(jī)的基本工作原理；2.掌握基本結(jié)構(gòu)各部件的特點和作用；3.了解冷卻方式、掌握同步發(fā)電機(jī)的銘牌；4.知道同步發(fā)電機(jī)的勵磁方式及勵磁系統(tǒng)的作用與要求。本章重點和難點重點：1.同步發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和基本工作原理；2.主要結(jié)構(gòu)部件特點和作用；3.勵磁系統(tǒng)的作用與要求。難點：1.同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理；2.勵同步發(fā)電機(jī)的磁系統(tǒng)。第一講：同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速時而得名?，F(xiàn)代發(fā)電廠中所發(fā)出的交流電能幾乎都是同步發(fā)電機(jī)的。對于有恒速要求的生產(chǎn)機(jī)械，可采用同步電動機(jī)作為動力，同步電機(jī)也可作為調(diào)相機(jī)用，向電力系統(tǒng)發(fā)出感性或容性無功功率，用于改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)及調(diào)整電網(wǎng)電壓。同步電機(jī)無論作發(fā)電機(jī)、電動機(jī)或調(diào)相機(jī)，其基本原理及結(jié)構(gòu)是相同的，只是運行方式不同而已。本章基本要求：⒈同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理；⒉同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)；⒊同步發(fā)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。第一講：同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)第一節(jié)同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理定子轉(zhuǎn)子滑環(huán)

同步發(fā)電機(jī)基本原理工作是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢工作的。因此，同步發(fā)電機(jī)應(yīng)有產(chǎn)生磁力線的磁場和切割該磁場的導(dǎo)體。一、基本結(jié)構(gòu)模型，如圖所示:氣隙

圖中給出了最常用的轉(zhuǎn)場式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。1.定子2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，當(dāng)通過電刷和滑環(huán)通以直流電流時，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場)。主磁場由N極出來經(jīng)過氣隙、定子鐵芯，再經(jīng)過氣隙進(jìn)入S極而構(gòu)成主磁路。如圖中虛線所示(圖中p=1)。3.氣隙

氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。

除了轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。二、同步發(fā)電機(jī)的工作原理

如圖所示，外部直流電源通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n按圖示方向作恒向旋轉(zhuǎn)。

定子中三相繞組的導(dǎo)體依次切割磁力線，三相繞組便感應(yīng)產(chǎn)生各相大小相等、相位彼此相差1200的交流電動勢。若氣隙磁通密度按正弦波分布，則三相繞組感應(yīng)電動勢波形如圖所示，且相序為A→B→C。1.交變感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生每相感應(yīng)電勢有效值:2.感應(yīng)電勢的頻率

交流電動勢的頻率f可這樣確定:當(dāng)轉(zhuǎn)子為1對極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電動勢變化一個周期；當(dāng)同步發(fā)電機(jī)具有p對極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電動勢就交變p個周期；當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為每分鐘n轉(zhuǎn)時，則交變電動勢的頻率為:轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/min)

由上式可知:同步發(fā)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率取決于它的極對數(shù)p和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，定子繞組感應(yīng)電勢E0的頻率越高。即n↑→f↑?？梢?，同步發(fā)電機(jī)極對數(shù)p一定時，轉(zhuǎn)速n與電樞電動勢的頻率f之間具有嚴(yán)格不變的關(guān)系。說明:

如果發(fā)電機(jī)作為電源單獨給負(fù)載供電，對電源頻率的要求并不十分嚴(yán)格，對原動機(jī)的轉(zhuǎn)速要求也不很嚴(yán)格。3.同步轉(zhuǎn)速

現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)，絕大多數(shù)都是向大電網(wǎng)并網(wǎng)供電，這就對同步發(fā)電機(jī)的頻率要求嚴(yán)格了，我國電網(wǎng)頻率為50HZ，所以發(fā)電機(jī)發(fā)出的電動勢頻率也必須為50HZ，如果發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率不等將會造成嚴(yán)重事故。同步轉(zhuǎn)速從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz，故有：要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，依次類推。只有運行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。同步電機(jī)的特點4.電磁過程

轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速,汽輪發(fā)電3000r/min

→轉(zhuǎn)子繞組加勵磁電流(直流)→產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場→定子繞組切割磁力線產(chǎn)生三相對稱感應(yīng)電勢→發(fā)電機(jī)出線端三相對稱電壓。

5.電勢的調(diào)節(jié)

根據(jù)E0=4.44fNkw1Φ0

和If→Φ0可知，調(diào)節(jié)勵磁電流If，可改變磁通Φ0，從而改變定子繞組感應(yīng)電勢E0。即If↑→E0↑；If↓→E0↓。6.相序

相序決定于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。從勵磁端看，汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向為逆時針方向。

同步發(fā)電機(jī)原理小結(jié):外部直流電源通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極磁場切割三相定子繞組，感應(yīng)三相交流電。第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)分類：旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機(jī)，實用少。旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式。同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁極式隱極式轉(zhuǎn)子：不計齒槽時氣隙均勻；機(jī)械強(qiáng)度高，適用于高轉(zhuǎn)速；一般用于汽輪發(fā)電機(jī)；外形細(xì)長。凸極式轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機(jī)械強(qiáng)度比隱極機(jī)低，適用于低轉(zhuǎn)速；一般用于水輪發(fā)電機(jī)，外形扁盤形。二、隱極同步發(fā)電機(jī)（只有臥式支撐）的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)與直流勵磁機(jī)配套而成的汽輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖1-定子機(jī)座2-定子鐵芯3-外殼4-吊起定子設(shè)備5-防水導(dǎo)水管6-定子繞組7-定子壓緊環(huán)8-外護(hù)板10-通風(fēng)壁11-導(dǎo)風(fēng)屏12-電刷架9-里護(hù)板13、14-電刷15-軸承座16-軸承襯17-油封口18-汽輪機(jī)的油封口19-基礎(chǔ)板20-轉(zhuǎn)子21-端線22-勵磁機(jī)一對極隱極式轉(zhuǎn)子示意圖1.隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：主要由鐵芯、勵磁繞組、阻尼繞組、緊固件和風(fēng)扇組成。它是汽輪發(fā)電機(jī)的重要部件，如圖所示。(1)轉(zhuǎn)子鐵芯

隱極式轉(zhuǎn)子鐵芯應(yīng)具有良好的導(dǎo)磁性能，并能承受很大的離心力作用。隱極式轉(zhuǎn)子鐵芯通常與轉(zhuǎn)軸鍛造成一體，一般所用材料是具有高強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能良好的含鉻、鎳和鉬的合金鋼。汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯橫剖面如圖示:(a)輻射形排列(b)平形排列

隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極，沿轉(zhuǎn)子鐵芯外圓表面銑出許多槽，槽中嵌放勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)即主磁極。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)N極和S極。汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽分類圖示:(2)勵磁繞組

勵磁繞組是由矩形的絕緣扁銅線繞成同心線圈，兩線圈邊分別放置在大齒兩側(cè)所開出的槽內(nèi)，所有線圈串聯(lián)組成勵磁繞組，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的直流電路。勵磁繞組引出的兩個線端接在滑環(huán)上，并通過電刷與外電路直流電源相連接。注意:勵磁繞組的各線匝間需墊有絕緣材料，同時，線圈和鐵芯之間也需有可靠的“對地絕緣”。勵磁繞組放置在槽內(nèi)后，需用非導(dǎo)磁材料、高強(qiáng)度的硬鋁或鋁青銅制成的槽楔來壓緊，如圖所示。轉(zhuǎn)子槽部剖面圖槽楔楔下墊條匝間絕緣扁銅線槽絕緣(3)阻尼繞組

某些大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有阻尼繞組，它是一種短路繞組，由放在槽楔下的銅條和轉(zhuǎn)子兩端的銅環(huán)焊接成閉合回路。阻尼繞組的主要作用是:在同步發(fā)電機(jī)短路或不對稱運行時，利用其感應(yīng)電流來削弱負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場的作用，以及同步發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩時起阻尼的作用，使振蕩衰減。嵌裝完勵磁繞組后的轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接圖(4)緊固件

轉(zhuǎn)子緊固件包括護(hù)環(huán)和中心環(huán)。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，繞組端部受到很大的離心力，所以必須采用護(hù)環(huán)和中心環(huán)來可靠地固定，如圖所示。護(hù)環(huán)把轉(zhuǎn)子勵磁繞組的端部套緊，以防繞組端部甩出。中心環(huán)用來支持護(hù)環(huán)和防止轉(zhuǎn)子繞組端部的軸向位移。為了減少端部漏磁場，護(hù)環(huán)采用非導(dǎo)磁合金鋼材料。作用：保護(hù)轉(zhuǎn)子繞組端部(5)滑環(huán)

直流電流通過截止的正負(fù)極性的電刷、兩互相絕緣且套在轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的滑環(huán)引入轉(zhuǎn)子勵磁繞組。(6)風(fēng)扇

汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子細(xì)長，通風(fēng)冷卻比較困難，故轉(zhuǎn)子的兩端一般裝有軸流式或離心式風(fēng)扇，用以改善冷卻條件。隱極式轉(zhuǎn)子特點：在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá)170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做成細(xì)長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。轉(zhuǎn)子長度/直徑=2.0～6.5，且容量愈大比值愈大?；h(huán)風(fēng)扇2.隱極式定子結(jié)構(gòu)：定子又稱為電樞，主要由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、端蓋等部件組成。它是同步發(fā)電機(jī)用以產(chǎn)生三相交流電能，實現(xiàn)機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換的重要部件，如圖所示。(1)定子鐵芯

定子鐵芯是主磁路的一部分,嵌放定子繞組。一般由厚0.5mm或0.35mm的硅鋼片疊成，沿軸向疊成多段形式，每段疊片厚為30-60mm。各段疊片之間留有寬約10mm的通風(fēng)槽，以改善定子鐵芯的散熱條件，如圖所示。

為減少漏磁防止渦流引起過熱，在定子鐵芯的兩端用非磁性材料制成的壓板將其夾緊，整個鐵芯固定在定子機(jī)座上，如圖所示。沿定子鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)放置三相定子繞組。定子鐵芯壓緊(a)無磁性壓板(b)定子鐵芯剖面(2)定子繞組

汽輪發(fā)電機(jī)的定子繞組一般采用三相雙層短距疊繞組，Y連接或YY連接，構(gòu)成定子三相交流電路。作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢。(1)定子繞組(2)端部連接線(4)通風(fēng)孔(3)機(jī)殼(5)機(jī)座

由于定子電流較大，每槽一般只嵌放兩個有效導(dǎo)體(線棒)，為減少渦流損耗，同時也為了減少繞組導(dǎo)體中集膚效應(yīng)引起的附加損耗，每根導(dǎo)體常由許多相互絕緣的15mm2以下的扁銅線并聯(lián)多股線組成，在槽內(nèi)線圈的直線部分還應(yīng)進(jìn)行編織換位，如圖所示。

三相定子繞組對鐵芯絕緣強(qiáng)度的要求，取決于電機(jī)額定電壓的高低。為了防止電暈，6.3kV及以上的定子繞組經(jīng)絕緣處理后還要涂以半導(dǎo)體漆。定子的每一槽內(nèi)放置上、下兩線圈邊，并墊以層間絕緣，線圈放入槽中，采用槽楔固定，如圖所示。剖面示意圖

為了能承受住突然短路等過渡過程產(chǎn)生的巨大的電磁力而引起的端部變形，以及正常運行時不致于產(chǎn)生較大的振動，定子繞組端接部分需用線繩綁緊或壓板夾緊在非磁性鋼做成的端箍上，如圖所示。定子繞組端部加工中的定子繞組水電接頭定子繞組水電接頭

(3)機(jī)座

機(jī)座是用來支撐和固定定子鐵芯和端蓋的，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，機(jī)座與定子鐵芯之間需要留有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)道，以利于電機(jī)的冷卻，如圖所示。定位筋

端蓋

(1)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)三、凸極同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

凸極同步電機(jī)通常分立式和臥式結(jié)構(gòu)兩類，大中型容量的水輪發(fā)電機(jī)一般采用立式結(jié)構(gòu)，如圖所示。

由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，為了得到額定頻率，發(fā)電機(jī)的極數(shù)就需要相應(yīng)的增加，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑則需加大。在容量一定的情況下，發(fā)電機(jī)的總長度便可縮短，故水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子長度L和定子內(nèi)徑D之比為的0.125-0.07，如圖所示。

立式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)又分為懸式和傘式兩種，如圖所示。懸式傘式懸式的推力軸承是安裝在轉(zhuǎn)子的上部，整個轉(zhuǎn)子懸吊在機(jī)架上，這種結(jié)構(gòu)運行時穩(wěn)定性較好，只適用于轉(zhuǎn)速較高的發(fā)電機(jī)(150r/min以上)。傘式的推力軸承是安裝轉(zhuǎn)子下部，整個轉(zhuǎn)子形同被撐開的雨傘，這種結(jié)構(gòu)運行時穩(wěn)定性較差，只適用于轉(zhuǎn)速較低的發(fā)電機(jī)(125r/min以下)，如圖所示。推力軸承1.定子

水輪發(fā)電機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、定子和機(jī)架和推力軸承等部件組成。由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組等主要部件組成。(1)機(jī)座

機(jī)座用來支撐定子鐵芯、軸承和端蓋等，并構(gòu)成冷卻風(fēng)路。直徑大于4m的機(jī)座可分成若干瓣，安裝時再拼接成一體。例:三峽左岸電站定子機(jī)座由定子鐵芯支撐環(huán)、20個垂直的斜元件、垂直筋板以及機(jī)座外壁等組成。機(jī)座分6瓣，現(xiàn)場組裝，如圖所示。(2)定子鐵芯

定子鐵芯的基本結(jié)構(gòu)與汽輪機(jī)相同，大容量的水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯由扇形硅鋼片疊成，留有通風(fēng)溝。沿鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)放置三相定子繞組，并用槽楔壓緊。例:三峽左岸電站定子鐵芯由硅鋼片、齒壓板、壓指、壓緊螺栓等組成。硅鋼片厚度為0.5mm，兩面均涂有F級絕緣漆，疊成總高度為3130mm，共46段疊片堆，47個通風(fēng)槽；鐵芯拉緊螺栓位于鐵芯疊片中部，用絕緣套管與鐵芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的位于鐵芯疊片尾部相比拉緊效果好，有利于防止疊片翹曲變形和運行過程中松動，如圖所示。(3)定子繞組

大中型水輪發(fā)電機(jī)的極數(shù)較多，定子繞組多采用雙層波繞組，可節(jié)省極間接線，并多采用分?jǐn)?shù)槽繞組以便改善電動勢的波形。例:三峽左岸電站定子繞組設(shè)計為三相雙層波形繞組，每相5支路并聯(lián)，共1080根羅貝爾線棒組成。繞組輪換數(shù)為1—8—14，每極每相槽數(shù)為9/4，節(jié)距為13，如圖所示。由中心導(dǎo)體、水冷部件、主絕緣、電暈保護(hù)層等組成

羅貝爾線棒

兩種發(fā)電機(jī)采用的是羅貝爾360度換位線棒，線棒由中心導(dǎo)體、水冷部件、主絕緣、電暈保護(hù)層等組成。線棒結(jié)構(gòu)簡介(1)ALSTOM發(fā)電機(jī)線棒中心導(dǎo)體部分由42根銅股線，單根銅股線表面噴有絕緣漆，層與層之間有一預(yù)浸漬環(huán)氧漆的墊條作為一層額外絕緣，以防層間短路。銅股線換位后留下的空隙用環(huán)氧云母膠填充，外面再加一層內(nèi)部半導(dǎo)體防電暈保護(hù)層；

VGS發(fā)電機(jī)線棒中心導(dǎo)體部分由24根銅股線，線棒的股間絕緣采用玻璃纖維和優(yōu)質(zhì)云母材料。(2)ALSTOM發(fā)電機(jī)水冷部件由6根不銹鋼空心導(dǎo)管和2個水箱組成；VGS發(fā)電機(jī)水冷部件由6根銅空心導(dǎo)管，作為中心導(dǎo)體的一部分。(3)ALSTOM發(fā)電機(jī)線棒的主絕緣采用的是MICADURF級絕緣系統(tǒng)，它是由真空浸漬的合成樹脂絕緣帶和在無溶劑環(huán)氧樹脂中浸漬的高品質(zhì)云母玻璃纖維帶組成。整根線棒由19層此絕緣帶連續(xù)半疊繞構(gòu)成，形成后的線棒直線段主絕緣厚度為4.6mm，斜線段主絕緣厚度為3.7mm。VGS發(fā)電機(jī)線棒的主絕緣也采用的是MICADURF級絕緣系統(tǒng)，由優(yōu)質(zhì)云母和混合環(huán)氧樹脂組成主絕緣厚度為4.6mm。(4)ALSTOM發(fā)電機(jī)防電暈保護(hù)層分兩部分，線棒直線段是浸有半導(dǎo)體漆LL17的聚胺脂帶子纏繞，厚度約為0.15mm，表面接觸電阻變化范圍為0.8-8千歐/平方毫米，線棒端部彎曲段采用高阻防暈層，厚度約為0.9mm。ALSTOM發(fā)電機(jī)線棒結(jié)構(gòu)

線棒直線段截面圖

線棒彎曲段截面圖2.轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極等主要部件組成。

轉(zhuǎn)軸一般采用高強(qiáng)度鋼鍛造而成。大中型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸是空心的，在用鋼量相同的情況下，強(qiáng)度可相應(yīng)增加。(1)轉(zhuǎn)軸(2)磁極

磁極采用1-1.5mm厚的鋼板沖片疊成，在磁極的兩端面加上磁極壓板，用鉚釘鉚成整體。(3)勵磁繞組

勵磁繞組多采用絕緣扁銅線繞制而成，而后經(jīng)浸膠熱處理，套在磁極上，如圖所示。(4)阻尼繞組

在水輪發(fā)電機(jī)中，極靴部位一般裝有阻尼繞組，用以減少并聯(lián)運行時轉(zhuǎn)子振蕩的振幅。整個阻尼繞組由插入極靴阻尼孔中的銅條和端部銅環(huán)焊接而成。某些中小型容量凸極同步發(fā)電機(jī)，磁極鐵芯是整體的，一般不另裝阻尼繞組。高品質(zhì)云母玻璃纖維絕緣框極繞組支撐壓板T形尾磁極壓板極繞組端部極繞組(5)磁軛與轉(zhuǎn)子支架

磁軛由高強(qiáng)度經(jīng)鈍化處理的冷軋薄鋼板組裝成的堅實結(jié)構(gòu)，它是磁路的一部分，磁極固定在其圓柱表面。磁軛和轉(zhuǎn)子之間用轉(zhuǎn)子支架支撐著。轉(zhuǎn)子支架固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子支架為圓盤式結(jié)構(gòu)，在工地進(jìn)行組裝焊接，且設(shè)有足夠數(shù)量的孔洞，以滿足發(fā)電機(jī)通風(fēng)的要求和具有良好的導(dǎo)風(fēng)性能。停機(jī)時，為了避免長時間低速損壞軸瓦，一般在磁軛底部裝有制動環(huán)。10MW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子三峽左岸電站24MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在吊裝3.

軸承

水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的軸承有導(dǎo)軸承和推力軸承兩種。導(dǎo)軸承的作用是約束軸線位移和防止軸擺動，主要承受徑向力。推力軸承承受水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分(包括電機(jī)轉(zhuǎn)子和水輪)的全部重量及軸向水推力，是水輪發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵部件。三、同步發(fā)電機(jī)的冷卻問題簡介

同步發(fā)電機(jī)在運行中產(chǎn)生各種損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁褂嘘P(guān)部件的溫度升高。溫升太高將加速電機(jī)絕緣材料老化，從而縮短電機(jī)的使用壽命，甚至危及電機(jī)的運行安全。所以改善發(fā)電機(jī)的冷卻條件，對提高發(fā)電機(jī)的輸出功率起著關(guān)鍵性的作用。

水輪發(fā)電機(jī)由于直徑大，軸向長度短，體積大，冷卻問題不突出。中小型汽輪發(fā)電機(jī)單位體積的發(fā)熱量較小，冷卻方式多采用風(fēng)冷。

在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)的容量很大時，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。

對于大型汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)熱和冷卻問題就比較突出了。汽輪發(fā)電機(jī)直徑小、長度長，中部的熱量不易散出，需要采取提高冷卻效果的措施。

此外，純凈的水不但電導(dǎo)率低，化學(xué)性能穩(wěn)定，流動性好，而且具有較高的導(dǎo)熱特性。目前，在更大容量的大型汽輪發(fā)電機(jī)廣泛采用轉(zhuǎn)子氫冷，定子水內(nèi)冷，也有采用定、轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷的冷卻方式。雙水內(nèi)冷電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的導(dǎo)線是空心的，起到導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻的作用。例如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機(jī)的溫升，所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣及水等。

在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，例50MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)，冷卻介質(zhì)用氫氣代替空氣。由于氫氣的導(dǎo)熱率較空氣大7倍，比重僅為空氣的1/14，故氫冷發(fā)電機(jī)損耗較小，冷卻效果較好。但氫氣與氧氣不能混合，若混合成一定比例時有爆炸的危險。因此，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機(jī)內(nèi)部，同時防止氫氣外泄和保持氫氣純度，就要采取密封措施，兩個軸伸端應(yīng)有特殊的油封系統(tǒng)。除了熱源容量大以外，大型汽輪發(fā)電機(jī)的散熱比較困難是其另一個不利因素。電機(jī)容量大，必然體積也大。體積大增大了散熱表面是有利的，但同時帶來了散熱途徑增長的缺點，使電機(jī)內(nèi)部溫度不均勻，容易發(fā)生局部過熱而燒壞電機(jī)。大型電機(jī)繞組電壓高，相應(yīng)地定子組絕緣也就厚，絕緣材料的熱阻很大，又增加了散熱的困難。電機(jī)散熱一般主要靠對流作用，汽輪發(fā)電機(jī)軸向長度很長，空氣對流所受阻力大，空氣和轉(zhuǎn)子摩擦還要引起損耗，這些均增加r散熱的困難。為此，同步發(fā)電機(jī)特別是大容量汽輪發(fā)電機(jī)，必須有有效的冷卻系統(tǒng)，才能保證它正常運行。冷卻系統(tǒng)(1)同步發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)有空氣、氫氣和水三種，按散熱方式主要分為外冷（表面冷卻）和內(nèi)冷（直接冷卻發(fā)熱體），也有兩種兼用的方式。

(1)空氣冷卻空氣由轉(zhuǎn)子兩側(cè)的風(fēng)扇吸人，通過所設(shè)計的風(fēng)道后，排出機(jī)外，將熱量帶走。熱空氣經(jīng)機(jī)外的空氣冷卻器冷卻后再送入機(jī)內(nèi)重復(fù)利用。這樣的空氣封閉系統(tǒng)可以防止水分和灰塵等隨空氣進(jìn)入機(jī)內(nèi)，引起絕緣性能下降、風(fēng)道堵塞等弊病。如圖所示為一機(jī)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的示意圖。冷卻系統(tǒng)(2)機(jī)內(nèi)通風(fēng)情況示意圖

1一進(jìn)風(fēng)區(qū)2一出風(fēng)區(qū)3一繞組端接4一風(fēng)扇5一轉(zhuǎn)子6—定子鐵心7一端蓋空冷方式結(jié)構(gòu)簡單，運行維護(hù)都方便。但空氣的傳熱系數(shù)相對較小，冷卻效果不理想。此外，加大通風(fēng)量來提高散熱作用，又會增大轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的鼓風(fēng)損耗和空氣和轉(zhuǎn)子間的風(fēng)摩擦損耗。因此，空冷汽輪發(fā)電機(jī)的容景最大不超過50MW。冷卻系統(tǒng)(3)(2)氫氣冷卻以氫氣代替空氣作為冷卻介質(zhì)。其系統(tǒng)基本與空冷相同，但氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大6～7倍。用同樣體積氫氣和空氣，前者可帶走的熱量遠(yuǎn)大于后者。氫氣比重較空氣輕十多倍，又可以大大減少通風(fēng)和風(fēng)摩擦損耗。此外，氫冷可防止絕緣材料氧化；氫氣不助燃，當(dāng)機(jī)內(nèi)發(fā)生短路故障時，不會引起火災(zāi)。采取氫冷必須保持機(jī)內(nèi)為正壓力，機(jī)內(nèi)氫氣表壓力應(yīng)為1.05×106Pa，以防止空氣滲入機(jī)內(nèi)。因為氫氣和空氣混合是危險的，達(dá)到一定比例時可能發(fā)生爆炸。氫冷汽輪發(fā)電機(jī)容量可達(dá)50～150MW左右。(3)內(nèi)冷上述為表面冷卻，而內(nèi)冷是使冷卻介質(zhì)直接接觸繞組導(dǎo)體，使導(dǎo)體的熱量不用再穿過絕緣層，就直接被介質(zhì)帶走。這就大大提高了冷卻效果，改善了電機(jī)中最怕高溫的絕緣材料的工作條件。內(nèi)冷的冷卻介質(zhì)可以是氫氣，亦可以是水。現(xiàn)有電機(jī)所應(yīng)用的冷卻介質(zhì)中，以水的冷卻能力最強(qiáng)，約為空氣的50倍。內(nèi)冷用氫氣作為介質(zhì)時，可在繞組導(dǎo)體間夾置幾個內(nèi)部通氫氣的管子。轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷時，轉(zhuǎn)子繞組和槽楔上鉆有與槽底通風(fēng)槽相通的小孔，氫氣自槽底通風(fēng)槽進(jìn)入，冷卻轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后再由小孔徑向流入空氣隙。氫氣的流動性好，容易吹過細(xì)孔是其一大優(yōu)點。當(dāng)內(nèi)冷用水作介質(zhì)時，繞組采用空心導(dǎo)體，冷卻水沿著導(dǎo)體內(nèi)孔流通，直接將導(dǎo)體熱量帶走。冷卻系統(tǒng)(4)定子繞組是靜止的，所以冷卻水系統(tǒng)比較簡單。繞組是帶電體，冷卻水必須通過一段絕緣水管才能引到繞組導(dǎo)體孔中去。下圖表示定子冷卻水進(jìn)出的示意圖，冷卻水進(jìn)入環(huán)形總進(jìn)水管，經(jīng)過絕緣水管和水電接頭分配到管形導(dǎo)體中去。流過繞組，冷卻水變熱后，同樣須經(jīng)過水電接頭，絕緣水管匯集到環(huán)形總出水管，再從機(jī)內(nèi)排出到機(jī)外冷卻器中，冷卻后再重復(fù)利用。冷卻系統(tǒng)(5)水內(nèi)冷進(jìn)出水原理圖及水電接頭圖

a）單邊進(jìn)出水b）雙邊進(jìn)出水c）二種水電接頭

1一空心導(dǎo)體2一水電接頭3一絕緣水管4一總出水管5一總進(jìn)水管轉(zhuǎn)子繞組隨著轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，它用水內(nèi)冷就比較復(fù)雜。常用的進(jìn)出水結(jié)構(gòu)為中心孔進(jìn)水、表面出水的方式。冷卻水經(jīng)外部管道通過轉(zhuǎn)軸中心孔進(jìn)入位于轉(zhuǎn)子上的環(huán)狀進(jìn)水箱。冷卻水經(jīng)水箱軸向孔洞、絕緣水管分配到轉(zhuǎn)子繞組的空心導(dǎo)體。冷卻導(dǎo)體后，冷卻水經(jīng)同樣的絕緣水管進(jìn)入出水箱，最后由離心力作用由水箱輻向孔匯集到出水支座排出機(jī)外。圖轉(zhuǎn)子進(jìn)水結(jié)構(gòu)的示意圖。轉(zhuǎn)子進(jìn)水裝置1一轉(zhuǎn)子線圈2一護(hù)環(huán)3一中心環(huán)4一絕緣水管和進(jìn)水管接頭5一木墊塊6—進(jìn)水箱7—絕緣引水管8一轉(zhuǎn)軸9一小護(hù)環(huán)冷卻系統(tǒng)(6)定子鐵心如要采用水內(nèi)冷，則可在鐵心疊片間設(shè)置幾處冷卻水管通以冷卻水以降低鐵心溫升。對冷卻水的水質(zhì)有一定要求，一般未經(jīng)處理的水，電導(dǎo)率較大含有雜質(zhì)，不能作冷卻水用，否則將引起導(dǎo)體電解腐蝕；堵塞導(dǎo)體內(nèi)孔，引起局部過熱等嚴(yán)重問題。在火電廠中汽輪機(jī)的凝結(jié)水水質(zhì)較好，一般就用它作冷卻水。定、轉(zhuǎn)子均采用水內(nèi)冷，稱為“雙水內(nèi)汽”也稱為“水、水、空”冷卻方式，這種方式是我國于1958年首先研制成功的，其容量已制成125MW，200MW，300MW。有時為了避免轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也采用定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、機(jī)內(nèi)用氫氣作介質(zhì)進(jìn)行表面冷卻的方式，稱為“水、氫、氫”冷卻方式，其容量可達(dá)300MW、600MW。水輪發(fā)電機(jī)由于直徑大，軸向長度短，冷卻條件較好，大都采用空氣表面冷卻方式。冷卻系統(tǒng)(7)定子水路

用冷凝水通入導(dǎo)線的內(nèi)孔直接冷卻導(dǎo)線，較之空氣或氫氣冷卻的效果要好的多，導(dǎo)線的電流密度可大為提高。例如50MW空氣冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)與100MW雙水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī)所用材料相近。轉(zhuǎn)子風(fēng)斗第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

在同步發(fā)電機(jī)的醒目部位裝有銘牌。電機(jī)的額定值標(biāo)在銘牌上，主要有如下幾種。1.額定容量SN或額定功率PN

額定容量SN是指發(fā)電機(jī)在額定運行時出線端的額定視在功率，一般用kW（kVA）或MW（MVA）為單位；而額定功率PN是指發(fā)電機(jī)在額定運行時輸出的額定有功功率，一般用kW或MW為單位。對于同步調(diào)相機(jī)，則用出線端的額定無功功率來表示其容量，以kW（kvar）或MW（Mvar）為單位。2.額定電流IN

額定電流IN是指發(fā)電機(jī)在額定運行時流過三相定子繞組的線電流，單位為A或kA。3.額定電壓UN

額定電壓UN是指發(fā)電機(jī)在額定運行時三相定子繞組的線電壓，單位為V或kV。一、額定值4.額定功率因數(shù)cosψN

額定功率因數(shù)cosψN是指發(fā)電機(jī)在額定運行時的功率因數(shù)，即額定有功功率與額定視在功率之比，cosψN=PN/SN。電機(jī)銘牌上通常標(biāo)有PN和cosψN或SN和cosψN。5.額定效率ηN額定效率ηN是指發(fā)電機(jī)額定運行時的效率。同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：

銘牌上還標(biāo)明同步發(fā)電機(jī)的型號和類型，下面介紹幾種同步發(fā)電機(jī)的型號。二、型號和類型1.氫冷汽輪發(fā)電機(jī)2.空冷水輪發(fā)電機(jī)例1：一臺汽輪發(fā)電機(jī)的型號為QFSN-300-2QF——汽輪發(fā)電機(jī)；SN——水內(nèi)冷，表示發(fā)電機(jī)的冷卻方式為水氫氫；300——發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率，單位為MW；2——發(fā)電機(jī)的磁極個數(shù)。T——同步；S——水輪發(fā)電機(jī)，900定子鐵心外徑，單位為cm；135——定子鐵心長度，單位為cm；56——磁極個數(shù)。例2：一臺水輪發(fā)電機(jī)的型號為:TS—900/135—56例3:東方電機(jī)廠的QFSN-300-2型電機(jī)PN=300MW，UN=20kV，IN=10190A，cosφN=0.85，nN=3000r/min，fN=50HZ。3.同步電機(jī)的分類①按運行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)同步調(diào)相機(jī)②按結(jié)構(gòu)分 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式(小容量)③按磁極的形狀分： 隱極機(jī)凸極機(jī)④按原動機(jī)的類別分：汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī)燃汽輪發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速高、離心力大(p=1,p=2)——隱極式水輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多——凸極式同步發(fā)電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)思考題1、同步電機(jī)同所有旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，其運行是可逆的，它即可作

，又可作

，還可作

，答:發(fā)電機(jī)運行

電動機(jī)運行

調(diào)相機(jī)運行2、同步發(fā)電機(jī)三相電動勢的相序由

決定，當(dāng)磁極對數(shù)一定時，其感應(yīng)電動勢的頻率由

決定。答:轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速3、同步發(fā)電機(jī)主磁極的極對數(shù)一定時，其

與

之間有著嚴(yán)格不變的關(guān)系。答:感應(yīng)電動勢的頻率

電機(jī)的轉(zhuǎn)速4、一臺同步發(fā)電機(jī)的電動勢頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為600r/min，其極對數(shù)為

。

（A）

2；

（B）

5；（C）

10；（D）

20；答:（B）5、同步發(fā)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場具有的特點為

。（A）其磁極數(shù)和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子同，但轉(zhuǎn)向不同；（B）其磁極數(shù)和轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子同，但轉(zhuǎn)速不同；（C）其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子同，而磁極對數(shù)也同。答:（C）6、什么叫同步電機(jī)？它的頻率、極數(shù)和同步速之間有什么關(guān)系？答：同步電機(jī)是指轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同的電機(jī)，即滿足以下關(guān)系

。7、如果將同步發(fā)電機(jī)的電樞置于轉(zhuǎn)子,而磁極固定不動,在原理上是否可以,為什么?答:從原理上可以,因為

=

。

由電磁感應(yīng)原理知,只有電樞置于與磁極之間有相對運動(導(dǎo)體切割磁力線)便可在繞組(導(dǎo)體)中感應(yīng)電動勢,它與電樞置于定子還是轉(zhuǎn)子和磁極置于轉(zhuǎn)子還是定子無關(guān)。一般大容量同步發(fā)電機(jī)均做成旋轉(zhuǎn)磁極式的，既把電樞置于定子，這便于電樞繞組引出高壓電壓大電流即大功率。8、如果將勵磁繞組所連接的集電環(huán)極性互換，即將原來接直電流的正極該為負(fù)極，是否會影響定子三相交流電動勢的相序？答:三相交流電動勢的相序由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向決定（與相序一致），而與其他因素?zé)o關(guān)，故集電環(huán)極性互換，不影響三相電動勢相序。思考題為什么同步電機(jī)不能有任意的轉(zhuǎn)速？如何從外形上區(qū)分汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)？定子電樞繞組安排的基本要求——各相繞組感應(yīng)電勢對稱。同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)小結(jié)(1)同步發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律這一基本原理工作的，在電力系統(tǒng)運行的同步發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電力系統(tǒng)頻率f之間有嚴(yán)格不變的關(guān)系，即當(dāng)電力系統(tǒng)頻率f一定時，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f/p為一恒值。同步發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與極對數(shù)p成反比，這是引起水輪發(fā)動機(jī)和汽輪發(fā)動機(jī)極對數(shù)差異的根源。(2)同步發(fā)電機(jī)的發(fā)展方向是：單機(jī)容量不斷增大，冷卻方式、冷卻介質(zhì)和電機(jī)所用材料也不斷得到改善。(3)凸極同步發(fā)電機(jī)與隱極同步發(fā)電機(jī)，由于原動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不同，極數(shù)差異也較大，因而結(jié)構(gòu)上有各自的特點，如凸極同步發(fā)電機(jī)D/L值較大，隱極同步發(fā)電機(jī)D/L值較小。作業(yè)布置教材P162:

第一題、第二題、第三題發(fā)電機(jī)在運行過程中，由于外界、內(nèi)部及誤操作原因，可能引起發(fā)電機(jī)各種故障或不正常狀態(tài)，常見的故障有以下幾種:(1)定子故障:繞組相間短路、匝間短路、單相接地等。

(2)轉(zhuǎn)子繞組故障:轉(zhuǎn)子兩點接地、轉(zhuǎn)子失去勵磁功能等。(3)異常故障（指發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁、過電壓、過勵磁、過負(fù)荷、失步、頻率變化等事故中的任何一種造成保護(hù)裝置動作跳閘的故障）。(4)外部故障（指外部單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路、接地等故障）。注：外部故障范圍：指差動保護(hù)范圍內(nèi)、發(fā)電機(jī)變壓器組差動保護(hù)范圍內(nèi)的斷路器、電流互感器、電壓互感器、隔離開關(guān)、外部引線（封閉母線）等。其他方面的故障:發(fā)電機(jī)著火、發(fā)電機(jī)變成電動機(jī)運行、發(fā)電機(jī)漏水漏氫、發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩或失去同期、發(fā)電機(jī)非同期并列等。這些故障的發(fā)生導(dǎo)致發(fā)電機(jī)退出系統(tǒng)，更甚者燒毀某些設(shè)備，所以在日常運行維護(hù)時要特別小心，以免事故發(fā)生。第三講：發(fā)電機(jī)事故類型及故障處理理論故障現(xiàn)實運行中出現(xiàn)的問題

近年來我國電力工業(yè)發(fā)展非常迅速,一些在老電廠已基本解決了的問題,在新廠中卻頻繁迭出;一些故障修復(fù)后不久又再次發(fā)生;分析歷年的發(fā)電機(jī)事故示例,同一臺機(jī)不同時間、同樣事故的情況時有出現(xiàn)。上述現(xiàn)象說明在第一次分析故障原因時不徹底不完全,只解決了表面問題,沒有找到故障形成的關(guān)鍵因素。可見,系統(tǒng)地研究發(fā)電機(jī)故障分析方法對保證機(jī)組安全運行、減少資源重復(fù)浪費是非常必要的。說明發(fā)電機(jī)組和輔助系統(tǒng)檢修存在問題發(fā)電機(jī)組和輔助系統(tǒng)檢修的傳統(tǒng)方法是采用定期檢查、維修的方式。雖然對降低設(shè)備故障率、保證系統(tǒng)的安全運行有一定作用,但因維修存在一定的盲目性而造成很大的浪費。盲目的根本原因:一是缺乏良好的工況監(jiān)視,二是缺乏對設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)而有效的診斷技術(shù)。鑒于此,國內(nèi)的大部分電力公司和電廠正逐步由采用傳統(tǒng)的預(yù)防性維修過渡到狀態(tài)檢修,然收效不大。第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理為了使我們對發(fā)電機(jī)的診斷系統(tǒng)化、科學(xué)化,彌補(bǔ)在線監(jiān)測判據(jù)的不足。眾所周知,發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是一個非常重要而復(fù)雜的系統(tǒng)。為了確保該系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行,世界各國都在積極開展發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測的研究。如發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測,發(fā)電機(jī)漏水在線監(jiān)測,發(fā)電機(jī)過熱在線監(jiān)測等等。研究故障分析的主要目的這些監(jiān)測方法的研究雖取得了一定的成果,但至今仍未形成有效的診斷判據(jù)。其原因約有以下幾個方面。

發(fā)電機(jī)故障的復(fù)雜性發(fā)電機(jī)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。一些發(fā)電機(jī)的故障或故障趨勢是不可能簡單用盤表或監(jiān)測儀器是否指示正常來反映,還需要專家的綜合分析。例如,發(fā)電機(jī)水冷系統(tǒng)滲水、漏水對水冷發(fā)電機(jī)的影響是非常大的,而現(xiàn)有監(jiān)視儀表和監(jiān)測裝置還不能完全檢測出這種狀況,不能判斷出是否真需要立即停機(jī)。解決這一問題需綜合經(jīng)驗和知識,需靠專家通過分析水中含氫量的變化情況以及氫中含水量的變化與運行工況之間的關(guān)系才能有效解決。第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理2發(fā)電機(jī)故障分析第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理主要部件所用材料故障模式故障機(jī)理1轉(zhuǎn)子端部線圈冷拉銅錢或銅銀合金直流電阻大2發(fā)電機(jī)過熱匝間短路導(dǎo)線接觸不良;3通風(fēng)不良;轉(zhuǎn)子水冷機(jī)組水流不暢;4制造工藝不良;負(fù)荷變化大;5頻繁啟動;有異物轉(zhuǎn)子槽部線圈同上過熱匝間短路6風(fēng)道堵塞;銅導(dǎo)線毛刺刺破絕緣;銅線與匝間絕緣的7熱膨脹系數(shù)不同,無滑移層頻繁啟動造成故障轉(zhuǎn)子槽楔銅、鋁合金負(fù)序電流灼傷槽楔的搭接部位接觸不良,負(fù)序電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子本體表面轉(zhuǎn)子絕緣環(huán)氧玻璃絲層壓板接88地匝間短路轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣或匝間絕緣損壞發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)Mn、Cr合金護(hù)環(huán)表面出現(xiàn)裂紋、搭接面燒傷，機(jī)內(nèi)濕度大及應(yīng)力腐蝕,負(fù)序電流流經(jīng)搭接面護(hù)環(huán)下扇形瓦環(huán)氧樹脂絕緣材料扇形瓦燒損兩層扇形瓦的接縫處重疊,扇形瓦下有異物,磨損導(dǎo)電螺釘硅銅漏氫或者漏水。9過熱燒損接地密封墊老化;檢修工藝不良;接觸不良;氫氣濕度大,在導(dǎo)電螺釘處積水,或密封墊絕緣損壞形成放電通路。第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理2發(fā)電機(jī)故障分析10(水冷)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水流不暢造成轉(zhuǎn)子絕緣過熱,導(dǎo)致接地或匝間短路;11轉(zhuǎn)子槽內(nèi)主絕緣有缺陷;12油污在護(hù)環(huán)下或槽口形成短路橋;13設(shè)計不當(dāng),通風(fēng)不良,端部線圈變形;14層間墊條位移堵塞風(fēng)道;15使用銅材料不當(dāng),經(jīng)不住熱變形;16轉(zhuǎn)子風(fēng)道堵塞,絕緣過熱;17轉(zhuǎn)子頻繁啟動,導(dǎo)線和絕緣的膨脹程度不在槽口造成匝間短路或接地,或在端部線圈之間短路或接地;18有異物磨損絕緣形成接地或短路(槽內(nèi)或護(hù)環(huán)下面);19護(hù)環(huán)下絕緣扇形瓦有缺陷;20頻繁啟動使線匝疲勞斷裂,線圈過熱,燒損絕緣;21銅導(dǎo)線上有毛刺,刺破絕緣形成短路或接地;22因碳粉油污堆積,集電環(huán)接地;23勵磁回路故障(主要是指機(jī)外勵磁系統(tǒng))2發(fā)電機(jī)故障分析第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理2發(fā)電機(jī)故障分析第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例1

一起負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)故障處理1．故障經(jīng)過一臺3MW全冷凝式余熱汽輪發(fā)電機(jī)組(發(fā)電機(jī)電壓等級為6kV)在一次上級35kV變配電站外部架空供電線路斷線故障后，相間電壓降到5.5kV以下，Ubc和Uac較Uab更低，三相電流出現(xiàn)明顯不平衡，電壓和電流不停波動。通過調(diào)整不起作用。隨后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)軸承壓蓋上的油氣孔有油煙冒出，發(fā)電機(jī)周圍有燒焦氣味，立即實施破真空緊急停機(jī)，線路故障期間，機(jī)組并網(wǎng)運行時間約為13s。汽輪機(jī)惰走期間，機(jī)組轉(zhuǎn)速在2000～1200dmin曾出現(xiàn)一段較強(qiáng)振動，表明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子平衡或機(jī)械傳動方面出現(xiàn)問題。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)前后軸瓦的瓦面已燒傷和拖傷，發(fā)電機(jī)支撐軸頸表面出現(xiàn)劃傷痕跡。更換軸瓦并用百分表測量轉(zhuǎn)子中心軸A點的瓢偏度為0.06mm，大于標(biāo)準(zhǔn)值，判定轉(zhuǎn)子中心軸已出現(xiàn)一定變形彎曲。對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行抽芯檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的護(hù)環(huán)(靠轉(zhuǎn)子接線端)表面有分散的因高溫.第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理3事故處理案例一起負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)故障處理

故障分析電力系統(tǒng)發(fā)生三相不對稱短路或負(fù)荷三相不對稱時，在發(fā)電機(jī)定子繞組中就流過負(fù)序電流，負(fù)序電流感應(yīng)出的倍頻電流會造成轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)、槽鍥等部位局部灼傷，損壞發(fā)電機(jī)。綜合分析、判斷發(fā)電機(jī)燒傷原因是受外線斷線故障影響，出現(xiàn)三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱運行，導(dǎo)致負(fù)序電流產(chǎn)生并過負(fù)荷，在此狀態(tài)下，機(jī)組運行時間長達(dá)13s左右，最終造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子燒傷第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例1一起負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)故障處理

故障分析電力系統(tǒng)發(fā)生三相不對稱短路或負(fù)荷三相不對稱時，在發(fā)電機(jī)定子繞組中就流過負(fù)序電流，負(fù)序電流感應(yīng)出的倍頻電流會造成轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)、槽鍥等部位局部灼傷，損壞發(fā)電機(jī)。綜合分析、判斷發(fā)電機(jī)燒傷原因是受外線斷線故障影響，出現(xiàn)三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱運行，導(dǎo)致負(fù)序電流產(chǎn)生并過負(fù)荷，在此狀態(tài)下，機(jī)組運行時間長達(dá)13s左右，最終造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子燒傷第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理3事故處理案例一起負(fù)序電流引起的發(fā)電機(jī)故障處理

處理措施(1)修復(fù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。重新焊接繞組兩端接線，包扎絕緣。處理轉(zhuǎn)子中心軸偏離時，首先進(jìn)行中心再定位，再加工前支撐軸面的軸頸(軸徑最終尺寸比原直徑減小lmm)。對發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的端面和外圓進(jìn)行適當(dāng)車加工，以滿足聯(lián)軸器中心對接安裝的要求。該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子最終通過了動平衡等各項試驗測試。第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理事故處理案例2韶關(guān)電廠一起直流勵磁機(jī)換向火花形成的原因分析及處理過程1．故障經(jīng)過韶關(guān)電廠#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)（型號：ZL-170，功率：170KW，電流：530A，激磁方式：自并激）運行中電刷和換向器之間出現(xiàn)換向火花，電刷滑入邊火舌拖出較長，并伴有火星飛越現(xiàn)象，運行人員采用更換過短電刷，調(diào)整彈簧壓力等方法進(jìn)行處理，但火花程度并未見減輕，被迫將#4電機(jī)勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)由備用勵磁機(jī)運行，后經(jīng)多次分析、試驗、處理，才使問題得到了徹底解決。事故分析：發(fā)電機(jī)直流電機(jī)換向不好，在電刷和換向器之間引起火花，火花超過一定限度，將加速電刷和換向片的損壞，影響電機(jī)的正常工作。第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例2直流電機(jī)換向火花形成的原因：直流電機(jī)運行時電刷和換向片間引起火花是換向不良的外征表象，引起火花的原因很多，大致可以分為電磁方面、機(jī)械方面、電化學(xué)方面三類原因。（1）.電磁原因：這是引起火花的重要原因，由于換向不良引起局部電刷電流密度過大，發(fā)生過熱現(xiàn)象，并引起火花，前已述及，延遲換向或超越換向均會產(chǎn)生火花。（2）.機(jī)械原因：當(dāng)電機(jī)換向片偏心，某些換向片間的絕緣突出，電刷上的壓力不適當(dāng)，電刷與換向器接觸不良而產(chǎn)生火花，各個刷握在換向器上分布不均都可能產(chǎn)生換向火花。（3）.電化學(xué)原因：電機(jī)正常工作時，由于電刷和換向器表面的水汽和氧在電流作用下電解在換向器表面形成一層氧化亞銅薄膜，這層薄膜的電阻很大，可以抑制換向電流，有利于換向，如電刷壓力過大，周圍缺乏水汽和氧都會使換向器表面的氧化膜遭到破壞或不能形成，就容易產(chǎn)生火花。韶關(guān)電廠一起直流勵磁機(jī)換向火花形成的原因分析及處理過程第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例2區(qū)分直流勵磁機(jī)換向火花產(chǎn)生的原因前已提及，引起直流電機(jī)換向不良的原因是多方面的，但不同換向不良的因素卻在電機(jī)運行時表現(xiàn)出同相的故障征象，所以直流電機(jī)換向火花的處理是一項很復(fù)雜的工作，如果不首先找出換向火花形成的主要原因，不找出故障問題之所在，各種原因混淆不清，就會浪費時間和人力，不能使故障得到及時排除。首先對#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)換向器表面進(jìn)行了仔細(xì)檢查，換向器表面沒有生成條痕燒痕和槽痕，表面氧化膜呈灰色，色調(diào)均勻，這說明換向器表面狀態(tài)是正常的，因此就排除了電化學(xué)原因產(chǎn)生換向火花。由于火花產(chǎn)生的電磁原因中電抗電勢er與換向電勢ek起決定作用，而er主要跟電機(jī)主極磁場、電樞繞組的制造尺寸和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，而ek主要跟電機(jī)的換向極磁通有關(guān)，以上各量一般情況下是固定不變的，因此由電磁原因引起的換向火花當(dāng)電機(jī)的工作條件和負(fù)載條件改變時，火花的大小和亮度也隨著有明顯的改變，而由機(jī)械原因引起的換向火花在電機(jī)工作狀態(tài)和負(fù)載條件改變時，火花反應(yīng)不敏感。根據(jù)以上分析，即可區(qū)分#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)是由電磁原因還是由機(jī)械原因造成的換向火花。當(dāng)#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)帶一定負(fù)載工作時，我們對負(fù)載電流在允許范圍內(nèi)進(jìn)行了大幅度的增加和減少的調(diào)整，并同時觀察換向火花的變化情況，結(jié)果是火花基本保持原樣不變，并具有一定的穩(wěn)定性，由此可判斷換向火花是由機(jī)械性原因引起的。韶關(guān)電廠#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)換向火花形成的原因分析及處理過程第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例2換向火花的處理過程①#4發(fā)電機(jī)組第一次停運時的檢查處理工作a.更換全部刷握。檢查發(fā)現(xiàn)部分刷握有生銹及飛弧引起的損壞現(xiàn)象，壓力彈簧也有部分變形，導(dǎo)致了施加于電刷上的壓力下降或加壓不均，影響了電刷與換向器的滑動接觸，因此對全部刷握進(jìn)行了更換。b.更換全部電刷。選用比電阻較大的電刷，可以增加換向回路的總電阻，從而改善換向性能，因此將全部電刷由D172型更換為比電阻較大的D202型石墨電刷。c.等分調(diào)整電刷刷距。用軟皮尺沿?fù)Q向器表面對刷距重新進(jìn)行測量等分，并根據(jù)測量結(jié)果對四組電刷刷桿進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，使各組電刷等距分布。韶關(guān)電廠#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)換向火花形成的原因分析及處理過程第三講：發(fā)電機(jī)的故障原因及事故處理

事故處理案例2換向火花的處理過程d.確定電刷幾何中性線位置。確定電刷幾何中性線位置方法如圖5所示。圖5確定電刷幾何中性線提起全部電刷，并把刷架附近的換向片標(biāo)上記號，并在電機(jī)主極上加一勵磁電源，用一開關(guān)瞬時合上和切斷勵磁電源，同時用毫伏表依次測量相隔一個極距的兩換向片，當(dāng)毫伏表讀數(shù)為最小時，這一位置即為電刷中性線位置，并將四組電刷順電機(jī)轉(zhuǎn)向整體調(diào)整至已確定的電刷中性線位置。韶關(guān)電廠#4發(fā)電機(jī)直流勵磁機(jī)換向火花形成的原因分析及處理過程經(jīng)上述處理后，#4發(fā)電機(jī)開機(jī)時直流勵磁機(jī)空載和正常負(fù)載時電刷均未出現(xiàn)火花，負(fù)載時對電流進(jìn)行大幅調(diào)整，也未出現(xiàn)火花。故障處理完畢電廠電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)（ECS）第7講發(fā)電廠電氣自動化構(gòu)成發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)或產(chǎn)品可以分成以下幾個主要部分：

1發(fā)變組保護(hù)：含發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器（含主變、高廠變、高備變）保護(hù)，在大中型機(jī)組中，通常以發(fā)電機(jī)－變壓器組保護(hù)或發(fā)電機(jī)－變壓器－線路組保護(hù)的形式出現(xiàn)。

2發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AVR）：含勵磁調(diào)節(jié)裝置、功率單元、機(jī)端變等.

3發(fā)電廠升壓站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（NCS）：含高壓線路保護(hù)、母線保護(hù)、低壓線路保護(hù)測控裝置、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、“五防”、RTU等。

4發(fā)電廠廠用電氣自動化系統(tǒng)（ECS）：含廠用中壓6KV/10KV和低壓400V系統(tǒng)的保護(hù)測控裝置、安全自動裝置、網(wǎng)絡(luò)通信及后臺監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)。電廠電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)（ECS）ECS的概念：電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ElectricControlSystem），是將原來的DCS系統(tǒng)中的電氣部分獨立出來進(jìn)行專業(yè)管理，實現(xiàn)廠用電中低壓電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測量、控制、分析等綜合功能。協(xié)調(diào)發(fā)電廠熱控與電氣自動化的同步發(fā)展，全面提高發(fā)電廠的自動化水平和廠用控制管理水平，保證發(fā)電廠運行的安全性和可靠性，增強(qiáng)發(fā)電廠在當(dāng)前電力市場經(jīng)濟(jì)運行的優(yōu)勢和競爭能力。作為DCS的一個子集，為SIS（廠級監(jiān)控系統(tǒng)）和MIS（電廠管理信息系統(tǒng)）提供更為豐富的信息。ECS是應(yīng)電力系統(tǒng)自動化水平的進(jìn)一步提高而提出的。

ECS是發(fā)電廠自動化領(lǐng)域近年來興起的一個新的熱點。發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）側(cè)重于熱工系統(tǒng)的監(jiān)控，ECS側(cè)重于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的監(jiān)控；與發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（NCS）側(cè)重于發(fā)電廠接入電網(wǎng)部分的電氣監(jiān)控相對比，ECS側(cè)重于發(fā)電廠內(nèi)部，實現(xiàn)廠用電中低壓電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測量、計量、控制、分析等綜合功能。。與DCSNCS的差別電廠電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)（ECS）發(fā)展的趨勢傳統(tǒng)DCS技術(shù)應(yīng)用于廠用電氣自動化系統(tǒng)時，存在著以下的障礙：

①

在電氣自動化系統(tǒng)中，電氣系統(tǒng)的電流電壓等早已實現(xiàn)了直接交流采樣，精度高、速度快、數(shù)字化；而DCS對電壓電流等需要通過變送器轉(zhuǎn)換后接入DCS，二次接線復(fù)雜，造價高，抗干擾性能差；

②

電氣暫態(tài)過程快，繼電保護(hù)、廠用電快速切換等通常要求處理的時間為毫秒級，而DCS的反應(yīng)時間通常為秒級。

③

DCS是論“點”收費的，對一個信息“點”，如溫度、壓力或電流量，一方面需要提供一路專用電纜芯，上萬個點就要上萬路芯線，既耗費大量控制電纜，又浪費大量空間、施工時間；另一方面，在DCS設(shè)備中，設(shè)備卡件也是按“點”收費。而電氣自動化系統(tǒng)中，一根通信電纜可以傳送成百上千個“點”。