發(fā)電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)第1頁/共54頁01.基本電磁定律

02.同步發(fā)電機(jī)原理

03.陽江發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

04.發(fā)電機(jī)相關(guān)試驗2第2頁/共54頁01基本電磁定律章節(jié)主題,中黑20pt3第3頁/共54頁1.1電磁感應(yīng)定律閉合回路中的磁通量隨時間發(fā)生變化，該線圈中必然有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應(yīng)。線圈中的感應(yīng)電勢將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化。4第4頁/共54頁1.2電動勢和磁通相位關(guān)系

變壓器和電機(jī)的繞組中，磁通的變化可以是磁通隨時間脈動或磁通不變，而線圈在轉(zhuǎn)動。5第5頁/共54頁1.3運動電動勢若磁場恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁鏈隨時間變化，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢——運動電動勢。6感應(yīng)電動勢的方向_右手定則第6頁/共54頁1.4電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用——電磁力。7力的方向_右手定則第7頁/共54頁1.5電磁轉(zhuǎn)矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個力矩（等于力乘轉(zhuǎn)子半徑）——電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。電動機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩——驅(qū)動性質(zhì)（電能——機(jī)械能）發(fā)電機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩——制動性質(zhì)（電能——機(jī)械能）8第8頁/共54頁02同步發(fā)電機(jī)章節(jié)主題,中黑20pt9第9頁/共54頁V1V2W2W1U1U2NS定子+Uf－If轉(zhuǎn)子

勵磁繞組旋轉(zhuǎn)磁場直流磁極●轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：

n=n1=60fp同步勵磁機(jī)→F0旋轉(zhuǎn)的F0和Φ0E0原動機(jī)電樞三相繞組中感應(yīng)●定子：●轉(zhuǎn)子：2.1同步發(fā)電機(jī)基本原理P-磁極對數(shù)第10頁/共54頁2.2主要部件(1)定子（電樞）(2)轉(zhuǎn)子——由硅鋼片疊成——對稱三相繞組定子鐵心定子繞組機(jī)座和端蓋等轉(zhuǎn)子鐵心勵磁繞組——由整塊鑄（鍛）鋼制成——工作時施加直流勵磁第11頁/共54頁(1)直流勵磁機(jī)勵磁勵磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。(2)靜止整流器勵磁交流電→整流→直流電(3)旋轉(zhuǎn)整流器勵磁交流勵磁機(jī)→旋轉(zhuǎn)整流橋→直流電→勵磁繞組電刷集電環(huán)勵磁繞組2.3勵磁方式第12頁/共54頁(1)按能量轉(zhuǎn)換的方式不同：同步發(fā)動機(jī)、同步電動機(jī)。(2)按相數(shù)的不同:三相、單相。(3)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：NS凸極式隱極式+－3~×3~·····×××××+－NS2.4主要分類第13頁/共54頁2.4主要分類轉(zhuǎn)子的不同凸極式14320MW水輪發(fā)電機(jī)三峽電站首臺機(jī)組安裝第14頁/共54頁2.4主要分類轉(zhuǎn)子的不同隱極式15第15頁/共54頁NSSNn1n1θ電動機(jī)狀態(tài)NSSNn1n1理想空載狀態(tài)SNn1NSn1θ發(fā)電機(jī)運行用一對等效磁極表示氣隙合成磁場2.4三相同步電機(jī)的可逆運行

2004年7月10日在一核2號機(jī)大修將近結(jié)束時，錯誤地合上了發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)荷開關(guān)，外部電流倒送倒定子線圈，感應(yīng)生成一個50Hz的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子上的合金鋁槽楔（良導(dǎo)體）切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過兩端護(hù)環(huán)形成回路，電流通過槽楔與護(hù)環(huán)發(fā)熱接觸點或接觸面，結(jié)果損壞了護(hù)環(huán)和槽楔。整個轉(zhuǎn)子不得不運返法國重修。第16頁/共54頁并網(wǎng)運行的條件

相序一致、頻率相同、電壓相等

如果條件不滿足，電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流和在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。2.5同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運行第17頁/共54頁電網(wǎng)容量很大、頻率和電壓基本不受負(fù)載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)的頻率和端電壓受電網(wǎng)的約束，而與電網(wǎng)保持一致。有功功率調(diào)節(jié)

根據(jù)能量守恒，增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，即增加汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)氣量。發(fā)電機(jī)等效電路2.6同步發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)R1jXsE0I1+U1－第18頁/共54頁U1E0I1jXsI1E0'aajXsI1'bbI1''E0"jXsI1"I1""無功功率調(diào)節(jié)

正常勵磁電機(jī)呈電阻性，不輸出無功；欠勵磁電機(jī)吸收電感性無功；過勵磁電機(jī)輸出電感性無功；2.6同步發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos=常數(shù)第19頁/共54頁03陽江發(fā)電機(jī)章節(jié)主題,中黑20pt20第20頁/共54頁3.1陽江1號發(fā)電機(jī)參數(shù)21額定電壓UN：線電壓的額定值=24kV額定電流IN：線電流的額定值=29402A額定功率PN：輸出功率額定值=1100MW三相同步發(fā)電機(jī)：PN

=√3UNINcosN額定轉(zhuǎn)速

nN：1500r/min額定頻率fN

：50Hz勵磁電流If：8199A勵磁電壓Uf：

482V冷卻方式：水-氫-氫（GST和GRH）第21頁/共54頁3.2定子22陽江核電站1、2號發(fā)電機(jī)采用內(nèi)外定子機(jī)座結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外機(jī)座間布置有切向高強(qiáng)度彈簧鋼板隔振裝置，降低運行期間倍頻震動，減輕對廠房和其他設(shè)備的影響第22頁/共54頁3.2定子23制造中的外定子第23頁/共54頁3.2定子24內(nèi)定子（未嵌繞組）第24頁/共54頁3.2定子25內(nèi)定子(嵌繞組)第25頁/共54頁3.2定子26第26頁/共54頁3.2定子27發(fā)電機(jī)端部（未穿轉(zhuǎn)子）匯水環(huán)第27頁/共54頁3.2定子28發(fā)電機(jī)出線箱第28頁/共54頁3.3轉(zhuǎn)子29轉(zhuǎn)子繞組示意圖n=60fpNNSS第29頁/共54頁3.3轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)子（未疊繞組）第30頁/共54頁3.3轉(zhuǎn)子31聯(lián)軸器對輪（與汽機(jī)轉(zhuǎn)子連接）風(fēng)扇護(hù)環(huán)護(hù)環(huán)風(fēng)扇聯(lián)軸器對輪（與勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子連接）勵磁導(dǎo)電桿通風(fēng)槽鋁質(zhì)槽楔前軸頸后軸頸鐵芯在槽楔上的通風(fēng)孔（被膠布臨時覆蓋）轉(zhuǎn)子（大亞灣）第31頁/共54頁3.3轉(zhuǎn)子32轉(zhuǎn)子引線勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿導(dǎo)電桿發(fā)電機(jī)端勵磁機(jī)端第32頁/共54頁3.3轉(zhuǎn)子33穿轉(zhuǎn)子第33頁/共54頁3.4勵磁系統(tǒng)34無刷勵磁系統(tǒng)包括：主勵磁機(jī)（包括旋轉(zhuǎn)整流盤、外罩、冷卻器、底板、底架）永磁機(jī)副勵磁機(jī)

AVR系統(tǒng)副勵磁機(jī)輸出交流電主勵磁機(jī)定子直流電

主勵磁機(jī)輸出交流電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電旋轉(zhuǎn)二極管整流橋AVR電壓控制整流第34頁/共54頁3.4勵磁系統(tǒng)35旋轉(zhuǎn)二極管整流橋永磁機(jī)風(fēng)扇主勵磁機(jī)9號軸瓦發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)：第35頁/共54頁3.4勵磁系統(tǒng)36發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)：

主勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機(jī)的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。第36頁/共54頁3.4勵磁系統(tǒng)37無刷勵磁機(jī)容量5800kW電壓600V電流9667A轉(zhuǎn)速1500rpm整流組件總數(shù)48永磁鐵主勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子整流橋第37頁/共54頁3.4勵磁系統(tǒng)38副勵磁機(jī)電樞繞組旋轉(zhuǎn)整流橋第38頁/共54頁3.5發(fā)電機(jī)輔助監(jiān)測系統(tǒng)391、轉(zhuǎn)子磁場接地監(jiān)測系統(tǒng)2、轉(zhuǎn)子溫度測算系統(tǒng)3、軸電流軸電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)4、發(fā)電機(jī)局放在線監(jiān)測系統(tǒng)5、發(fā)電機(jī)端部振動在線監(jiān)測系統(tǒng)6、發(fā)電機(jī)匝間短路探測系統(tǒng)6、發(fā)電機(jī)中性點接地系統(tǒng)第39頁/共54頁04發(fā)電機(jī)相關(guān)試驗章節(jié)主題,中黑20pt40第40頁/共54頁4.1發(fā)電機(jī)安裝交接試驗41中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GBGB50150－2006<<電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)>>1定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)；2定子繞組的直流電阻；3定子繞組直流耐壓試驗和泄漏電流4定子繞組交流耐壓試驗；5轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻；6轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻；7轉(zhuǎn)子繞組交流耐壓試驗；第41頁/共54頁4.1發(fā)電機(jī)安裝交接試驗428發(fā)電機(jī)或勵磁機(jī)的勵磁回路連同所連接設(shè)備的絕緣電阻，不包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)電樞；9發(fā)電機(jī)或勵磁機(jī)的勵磁回路連同所連接設(shè)備的交流耐壓試驗，不包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)電樞；10發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)的絕緣軸承和轉(zhuǎn)子進(jìn)水支座的絕緣電阻；11埋入式測溫計的檢查；12滅磁電阻器、自同步電阻器的直流電阻；13轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗（無刷勵磁機(jī)組，無測量條件時，可以不測量）；第42頁/共54頁4.1發(fā)電機(jī)安裝交接試驗4314測錄三相短路特性曲線；15測錄空載特性曲線；16測量發(fā)電機(jī)定子開路時的滅磁時間常數(shù)和轉(zhuǎn)子過電壓倍數(shù)；17測量發(fā)電機(jī)自動滅磁裝置分閘后的定子殘壓；18測量相序；19測量軸電壓；20定子繞組端部固有振動頻率測試及模態(tài)分析；21定子繞組端部現(xiàn)包絕緣施加直流電壓測量。第43頁/共54頁4.2定子直流耐壓和泄露電流44在直流耐壓試驗過程中，可以從電壓和電流的對應(yīng)關(guān)系中觀察絕緣狀態(tài)，在大多數(shù)情況下，可以在絕緣尚未擊穿前就能發(fā)現(xiàn)或找出缺陷，直流試驗時，對發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣是按照電阻分壓的，因而能較交流耐壓更有效地發(fā)現(xiàn)端部缺陷和間隙性缺陷，另外擊穿時絕緣的損傷程度較小。直流耐壓試驗的試驗電壓為3Un=72kV，各相泄漏電流值的差別不應(yīng)大于最小值的100%，當(dāng)最大泄漏電流值在20μA以下，各相差值與出廠試驗值比較不應(yīng)有明顯差別第44頁/共54頁4.3定子交流耐壓試驗45交流耐壓試驗電壓和工作電壓的波形、頻率一致，作用于絕緣內(nèi)部的電壓分布及擊穿性能能夠適應(yīng)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，無論從劣化或熱擊穿的觀點來看，交流耐壓試驗對發(fā)電機(jī)主絕緣是比較可靠的檢查考驗方法。要求：

a交流耐壓試驗電壓為：（2Un+1000V）*0.8;b水內(nèi)冷電機(jī)在通水情況下進(jìn)行，水質(zhì)應(yīng)合格，氫冷電機(jī)必須在沖氫前或排氫后且含氫量3%以下時進(jìn)行試驗，嚴(yán)禁在置換過程中進(jìn)行。第45頁/共54頁4.3定子交流耐壓試驗46第46頁/共54頁4.4定子鐵損和溫升47

發(fā)電機(jī)定子鐵芯是由硅鋼片疊合組裝而成的。由于制造和檢修可能存在的質(zhì)量不良，或在運行中，由于熱和機(jī)械力的作用，可能引起片間絕緣損壞，造成短路，在短路區(qū)域形成局部過熱，威脅機(jī)組的安全運行。所以需進(jìn)行定子鐵芯的損耗試驗，一測定子鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測量鐵軛和齒的溫度，檢查各部溫升是否超過規(guī)定值，從而綜合判斷鐵芯片間的絕緣是否良好。第47頁/共54頁4.4定子鐵損和溫升48要求磁通密度B在1T下持續(xù)試驗時間為90min，齒的最高溫升不大于25K