水电站发电机.ppt

一、水轮发电机组简介一、水轮发电机组简介 将将水能转变为旋水能转变为旋转机械能转机械能，从而带，从而带动发电机发出电能动发电机发出电能的一种机械，是水的一种机械，是水电站动力设备之一电站动力设备之一水轮发电机组主要水轮发电机组主要包括水轮机、发电包括水轮机、发电机两大部分机两大部分水轮发电机组•同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置铁芯是固定不动的，称为定子磁力线由磁极产生，装置铁芯是固定不动的，称为定子磁力线由磁极产生，磁极是转动的，称为转子定子和转子是发电机的最基本磁极是转动的，称为转子定子和转子是发电机的最基本部分为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔部分为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔120°120°分别安放三相绕组分别安放三相绕组A A－－X X、、B B－－Y Y、、C C－－Z Z，转子上有励，转子上有励磁绕组（也称转子绕组）磁绕组（也称转子绕组）R R－－L L励磁系统产生的直流电通励磁系统产生的直流电通过电刷和滑环引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场当转过电刷和滑环引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。

当转子被原动机带动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，产生子被原动机带动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，产生感应电动势感应电势的方向可由右手定则来确定由于感应电动势感应电势的方向可由右手定则来确定由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电动势形成交变电势即交流电动势二、同步发电机的基本知识二、同步发电机的基本知识•交流电动势的频率为交流电动势的频率为f f，它决定于转子的磁极对数，它决定于转子的磁极对数P P和机组和机组转速转速n n，其计算公式为，其计算公式为:f=pn/60:f=pn/60（（HzHz），我国规定交流电），我国规定交流电的频率为的频率为50HZ50HZ何为同步呢？当发电机并网带上负荷后，何为同步呢？当发电机并网带上负荷后，三相定子绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转三相定子绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫磁场，该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫““同同步步””。

同步发电机也由此而得名，它的特点是转速与频率同步发电机也由此而得名，它的特点是转速与频率之间有严格的关系，即之间有严格的关系，即 n n0 0为同步转速，若：为同步转速，若：p=11p=11，则，则n=272.7r/minn=272.7r/min 二、同步发电机的基本知识二、同步发电机的基本知识三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数 按照水轮发电机组的布置方式，水轮发电机有立式装置、卧式装置和斜式装置三种1、立式水轮发电机的分类 立式（竖轴）装置的水轮发电机，按其推力轴承装设的位置不同分为悬式和伞式两大类 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导的称为全伞式，有上导的称为半伞式 根据水轮发电机按冷却方式不同，可分为空气冷却和水冷却两种三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数2、发电机型号：三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•①①额定电流额定电流In:In:指一台水轮发电机正常连续运行时定子最指一台水轮发电机正常连续运行时定子最大工作线电流，单位是大工作线电流，单位是A A或或KAKA。

•②②额定电压额定电压Un :Un :指一台水轮发电机长期安全工作时定子最指一台水轮发电机长期安全工作时定子最高三相线电压，单位是高三相线电压，单位是kVkV•③③额定容量额定容量Sn :Sn :指一台水轮发电机长期安全运行时定子最指一台水轮发电机长期安全运行时定子最大允许输出视在功率大允许输出视在功率•由于发电机发出的是三相交流电，所以分为视在功率、有由于发电机发出的是三相交流电，所以分为视在功率、有功功率、无功功率功功率、无功功率•视在功率：视在功率： Sn= Sn=√√3UnIn 3UnIn （（KVA,MVAKVA,MVA））•有功功率：有功功率： Pn=Pn=√√3UnIncosΨ  (KW,MW)3UnIncosΨ  (KW,MW)•无功功率：无功功率：Qn=Qn=√√3UnInsinΨ  (kvar,Mvar)3UnInsinΨ  (kvar,Mvar)三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•④④额定功率因素：额定功率因素： cosΨcosΨ，，cosΨ = Pn/ SncosΨ = Pn/ Sn•⑤⑤额定转速：额定转速：n n n n =60f/P=3000/P =60f/P=3000/P • n n n n --- ---水轮发电机额定转速水轮发电机额定转速 , r/min , r/min。

• f----- f-----我国交流电标准频率我国交流电标准频率,f=50HZ ,f=50HZ • P----- P-----水轮发电机转子磁极对数水轮发电机转子磁极对数•⑥⑥飞逸转速飞逸转速n f:n f:当一台水轮发电机组在最高水头当一台水轮发电机组在最高水头HmaxHmax下，下，带满负荷又突然甩去满负荷，又逢调速系统失灵，导叶位于带满负荷又突然甩去满负荷，又逢调速系统失灵，导叶位于最大开度最大开度 a a0max0max下，机组达到最高转速，称为机组飞逸转速下，机组达到最高转速，称为机组飞逸转速水轮机转轮，发电机转子以及其它转动部件机械强度，即按水轮机转轮，发电机转子以及其它转动部件机械强度，即按飞逸转速校核一般制造厂家设计标准保证机组在飞逸工况飞逸转速校核一般制造厂家设计标准保证机组在飞逸工况下允许运行下允许运行2min2min不破坏三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•⑦⑦转动惯量：转动惯量：J J是指转子刚体内各质点的质量与其到旋转是指转子刚体内各质点的质量与其到旋转轴距离平方的乘积之总和轴距离平方的乘积之总和•GDGD2 2: :是水轮发电机转子力矩（飞轮力矩），它是水轮发电是水轮发电机转子力矩（飞轮力矩），它是水轮发电机转子部分重量与其惯性直径的乘积。

不等于它的转动惯量机转子部分重量与其惯性直径的乘积不等于它的转动惯量J J，但它们之间存在一定的关系，即，但它们之间存在一定的关系，即GDGD2 2＝＝4gJ 4gJ •GDGD2 2＝＝4gJ 4gJ 由于它们之间只差一个常数，所以在工程中往由于它们之间只差一个常数，所以在工程中往往用水轮机飞轮力矩往用水轮机飞轮力矩GDGD2 2来表示发电机的转动惯量来表示发电机的转动惯量J J，又由于，又由于转子所具有飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩转子所具有飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩9090％，因此，所％，因此，所谓水轮发电机的飞轮力矩，一般指转子的飞轮力矩谓水轮发电机的飞轮力矩，一般指转子的飞轮力矩•G---G---水轮发电机转子总重量，水轮发电机转子总重量，kg kg •D---D---水轮发电机转子惯性直径，水轮发电机转子惯性直径，m m三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•飞轮力矩飞轮力矩GDGD2 2反映了水轮发电机转子惯性和机组转动部分反映了水轮发电机转子惯性和机组转动部分保持原有运动状态能力，转动惯量影响水轮发电机组以及保持原有运动状态能力，转动惯量影响水轮发电机组以及电力系统稳定性。

电力系统稳定性•J J与额定容量与额定容量SnSn成正比，与额定转速平方成正比，与额定转速平方n n n n 2 2成反比•GDGD2 2越大，越大，SnSn越大，越大， n n n n越小•⑧⑧效率效率η:η:它与能量损失有关它与能量损失有关•水轮发电机损耗：电磁损耗和机械损耗水轮发电机损耗：电磁损耗和机械损耗•其中电磁损耗又分为基本损耗和附加损耗两种其中电磁损耗又分为基本损耗和附加损耗两种•基本损耗：有铜损、铁损、励磁损耗基本损耗：有铜损、铁损、励磁损耗•附加损耗：附加铜损、附加铁损附加损耗：附加铜损、附加铁损•机械损耗：通风损耗、风摩损耗、滑环损耗、轴承损耗机械损耗：通风损耗、风摩损耗、滑环损耗、轴承损耗三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数 水轮发电机的效率水轮发电机的效率ηη为发电机向电网输送有功功率与输入为发电机向电网输送有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比到发电机的水轮机轴功率之比 η=(P η=(P／／P PS S)×100%=)×100%=［［ P P／（／（P+P+∑△∑△P P）］）］×100%×100% = =［［1 1－－∑△∑△P P／（／（P+P+∑△∑△P P）］）］×100%×100%式中式中•P---P---发电机向电网输送有功功率，发电机向电网输送有功功率，kWkW•P PS S------输入到发电机的水轮机轴出力，输入到发电机的水轮机轴出力，kWkW•∑△∑△P---P---水轮发电机总损耗，水轮发电机总损耗，kWkW 水轮发电机的效率高，说明它的内部损耗少；效率低，水轮发电机的效率高，说明它的内部损耗少；效率低，说明它的内部损耗多。

说明它的内部损耗多三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•电气参数•发电机型式 ：三相、悬式、密闭自循环空冷、同步发电机•发电机型号：SF90-22/6500 •额定容量Sn：100 /90 MVA/MW•额定电压Un：13.8 KV•额定电流In： 4183.7 A•额定功率因数cosφn ： 0.9 （滞后）•额定频率fn： 50 Hz•额定转速n n n n ： 272.7 r/min三、发电机的类型及基本参数三、发电机的类型及基本参数3、发电机的基本参数•电气参数•飞逸转速nf ：491 r/min•相数：3•定子、转子绝缘耐热等级：F级•旋转方向：俯视顺时针•励磁方式： 可控硅静止励磁•额定励磁电压: 211 V•额定励磁电流: 1205 A•测速装置： 残压加齿盘测速 四、发电机的结构四、发电机的结构发电机主要部件及作用 基本结构部件由定子，转子，上下机架，推力轴承，导轴承，通风冷却系统，制动系统、励磁系统等部件组成•1 1、定子、定子•定子是水轮发电机的固定部件之一它主要由机座、铁芯、定子是水轮发电机的固定部件之一。

它主要由机座、铁芯、定子绕组、上下齿压板、端箍支架、端箍、基础板及引出线定子绕组、上下齿压板、端箍支架、端箍、基础板及引出线等部件组成等部件组成四、发电机的结构四、发电机的结构•1 1、定子、定子•1 1）定子机座：定子机座俗称定子外壳它的主要作用是）定子机座：定子机座俗称定子外壳它的主要作用是承受定子自重，上机架以及装置在机架上其它部件的重力，承受定子自重，上机架以及装置在机架上其它部件的重力，承受电磁扭矩和不平衡磁拉力，承受绕组短路时切向剪力承受电磁扭矩和不平衡磁拉力，承受绕组短路时切向剪力因此，定子机座必须具有足够的强度，防止定子变形和振因此，定子机座必须具有足够的强度，防止定子变形和振动•2 2）定子铁芯：铁芯固定在机座上，是同步发电机的主磁）定子铁芯：铁芯固定在机座上，是同步发电机的主磁通磁路的一部分，一般由导磁性能较好的通磁路的一部分，一般由导磁性能较好的0.5mm0.5mm厚且冲有厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成定子铁芯由扇形冲片，通风一定槽形的硅钢片叠压而成定子铁芯由扇形冲片，通风槽片，上下齿压板，定位筋托板，拉紧螺杆等零部件装压槽片，上下齿压板，定位筋托板，拉紧螺杆等零部件装压而成。

而成 四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯叠片组装定子机座1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯现场叠片1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构定子铁芯完成叠片1 1、定子、定子四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子•3 3）定子绕组：三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内；当交）定子绕组：三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内；当交变磁场切割绕组时，在绕组中产生交变电动势和交变电流，变磁场切割绕组时，在绕组中产生交变电动势和交变电流，从而完成水能从而完成水能→→机械能机械能→→电能的最终转换我厂定子绕组电能的最终转换我厂定子绕组为条形波绕组，每极每相槽数为为条形波绕组，每极每相槽数为4+4/114+4/11，线圈由，线圈由 2.4X7.1/2.6X7.32.4X7.1/2.6X7.3双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线绕制而成双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线绕制而成绕组主绝缘采用绕组主绝缘采用F F级高场强绝缘系统，并进行防晕处理，级高场强绝缘系统，并进行防晕处理，具有良好的电气性能定子绕组为具有良好的电气性能定子绕组为2 2支路支路Y Y形连接，定子绕形连接，定子绕组的并头及引线连接均采用银铜焊工艺，焊接性能良好。

组的并头及引线连接均采用银铜焊工艺，焊接性能良好四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子下线四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子打完槽楔四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、定子定子安装完成四、发电机的结构四、发电机的结构•2 2、转子、转子•转子是水轮发电机的旋转部件，位于定子里面，与定子之转子是水轮发电机的旋转部件，位于定子里面，与定子之间保持一定的空气间隙间保持一定的空气间隙转子通过主轴与下面的水轮机连转子通过主轴与下面的水轮机连接它的作用是产生磁场并通过与定子的相互作用，将水接它的作用是产生磁场并通过与定子的相互作用，将水轮机产生的机械能转换成电能，由定子绕组输出它由主轮机产生的机械能转换成电能，由定子绕组输出它由主轴、转子支架、磁轭和磁极等部分组成轴、转子支架、磁轭和磁极等部分组成 四、发电机的结构四、发电机的结构•2 2、转子、转子1)1)主轴主轴 主轴起中间连接作用，其下部与水轮机主轴相连，主轴起中间连接作用，其下部与水轮机主轴相连，它它是用是用来传递机械转矩，并承受转子部分的轴向力来传递机械转矩，并承受转子部分的轴向力。

除小型发电机除小型发电机外，大、中型转子的主轴均作成空心的转轴采用优质合金外，大、中型转子的主轴均作成空心的转轴采用优质合金钢钢20SiMn20SiMn锻制而成，具有足够的刚度和强度锻制而成，具有足够的刚度和强度2 2）转子支架）转子支架 转子支架主要用于固定磁轭并传递转矩是把磁轭和转转子支架主要用于固定磁轭并传递转矩是把磁轭和转轴连接成一体的中间部件正常运行时，转子支架要承受扭轴连接成一体的中间部件正常运行时，转子支架要承受扭矩、磁极和磁轭的重力力矩、转子自身的离心力以及热打磁矩、磁极和磁轭的重力力矩、转子自身的离心力以及热打磁轭键而产生的径向配合力轭键而产生的径向配合力对于支架对于支架与主轴与主轴热套结构，还要热套结构，还要承受热套引起的配合力作用转子支架为圆盘式焊接结构，承受热套引起的配合力作用转子支架为圆盘式焊接结构，在厂内加工后整体运输到工地在厂内加工后整体运输到工地 四、发电机的结构四、发电机的结构转子2 2、转子、转子四、发电机的结构四、发电机的结构2 2、转子、转子3)3) 磁轭磁轭 它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一部分。

磁轭在运转时承受扭矩和磁极与磁轭本身离心力的作部分磁轭在运转时承受扭矩和磁极与磁轭本身离心力的作用磁轭采用3mm厚的DER500优质高强度钢板冲制，为浮动磁轭结构磁轭叠片四层冲片作为一个基本层，圆周6拼，由4极4拼和3极2拼片组成，每基本层错一极，“之”字单返回叠法（见图GLB0220017磁轭叠片图）采用多层“之”字形叠装,在极间形成较宽的磁轭径向通风沟使转子支架作为离心风扇 , 而产生的风量均匀地扩散到定子，起到较好的通风效果.转子支架与磁轭采用复合切向键联接在磁轭的下方装有可拆卸的多块制动环 四、发电机的结构四、发电机的结构磁轭叠装2 2、转子、转子四、发电机的结构四、发电机的结构2 2、转子、转子4)4)磁极磁极 当直流励磁电流通入磁极线圈后就产生发电机磁场，因此磁极是产生磁当直流励磁电流通入磁极线圈后就产生发电机磁场，因此磁极是产生磁场的部件磁极主要由场的部件磁极主要由磁极铁芯、励磁绕组和阻尼绕组磁极铁芯、励磁绕组和阻尼绕组三部分组成三部分组成 磁极铁芯一般由1.5mm厚钢板冲片叠压而成两端设有磁极压板，通过拉紧螺杆与冲片紧固成整体磁极铁芯尾部为T形或鸽尾形，磁极铁芯尾部套入磁轭T尾槽或鸽尾槽内，借助于磁极键将磁极固定在磁轭上。

磁极线圈多采用裸扁铜排或铝排绕成，匝间用环氧玻璃上胶坯布作绝缘极身（对地）绝缘采用云母烫包结构或由环氧玻璃布板加工而成阻尼绕组装在磁极极靴上，由阻尼铜条和两端的阻尼环组成转子组装时，将各极之间的阻尼环用铜片制成软接头搭接成整体，形成纵横阻尼绕组它的主要作用是当水轮发电机发生振荡时起阻尼作用，使发电机运行稳定在不对称运行时，它能提高担负不对称负载的能力四、发电机的结构四、发电机的结构磁极2 2、转子、转子四、发电机的机构四、发电机的机构磁极挂装2 2、转子、转子3 3、上下机架、上下机架 机架是水轮发电机不可缺少的重要部件之一按照机架所放的位置不同，一般分为装在发电机定子上部的上机架和装在定子下部的下机架 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承、导轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件，是水轮发电机较为重要的结构件 机架由中心体、支臂和合缝板组成，一般采用钢板焊接结构，中心体为圆盘形式，支臂大多为工字梁形式四、发电机的结构四、发电机的结构3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构上机架3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构上机架3 3、上下机架、上下机架 四、发电机的结构四、发电机的结构下机架4 4、推力轴承、推力轴承•推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的全部重量以及水轮发电机的轴推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的全部重量以及水轮发电机的轴向水推力的滑动轴承，在镜板与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度向水推力的滑动轴承，在镜板与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为为0.1mm0.1mm左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将将这些力传递给左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将将这些力传递给水轮发电机的荷重机架。

它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能水轮发电机的荷重机架它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行对推力轴承的基本要求是：在机的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行对推力轴承的基本要求是：在机组启动过程中，能迅速建立油膜；在各种负荷工况下运行时，能保持油膜厚度，组启动过程中，能迅速建立油膜；在各种负荷工况下运行时，能保持油膜厚度，以确保润滑良好；各块推力瓦受力均匀；各块瓦温的最大温升及平均温升满足设以确保润滑良好；各块推力瓦受力均匀；各块瓦温的最大温升及平均温升满足设计要求，并且各瓦之间的温差较小；循环油路畅通且气泡少；冷却效果均衡且效计要求，并且各瓦之间的温差较小；循环油路畅通且气泡少；冷却效果均衡且效率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的变形量在允许范围内率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的变形量在允许范围内•推力轴承主要由推力头、镜板、推力瓦、轴承座、油槽及冷却装置等部件组成四、发电机的结构四、发电机的结构4 4、推力轴承、推力轴承•推力轴承为厚瓦加弹性油箱的液压弹性支撑方式弹性油箱采用装配式结构，并推力轴承为厚瓦加弹性油箱的液压弹性支撑方式。

弹性油箱采用装配式结构，并相互连通，能自动平衡各瓦块间的受力整圆由相互连通，能自动平衡各瓦块间的受力整圆由1010块扇形弹性金属塑料瓦组成块扇形弹性金属塑料瓦组成轴承支座由钢板制成，用螺钉紧固在上机架中，为防止轴电流的产生，在上导瓦轴承支座由钢板制成，用螺钉紧固在上机架中，为防止轴电流的产生，在上导瓦和上机架间加以绝缘，当机组额定持续荷载运行时，推力瓦温度不超过和上机架间加以绝缘，当机组额定持续荷载运行时，推力瓦温度不超过55℃55℃推力轴承总负荷为力轴承总负荷为620t620t四、发电机的结构四、发电机的结构4 4、推力轴承、推力轴承 四、发电机的结构四、发电机的结构推力轴承为厚瓦加弹性油箱的液压弹性支撑方式4 4、推力轴承、推力轴承 四、发电机的结构四、发电机的结构镜板4 4、推力轴承、推力轴承 四、发电机的结构四、发电机的结构推力头及卡环5 5、发电机制动系统、发电机制动系统水轮发电机制动方式水轮发电机制动方式 机械制动、电气制动、混合制动 我厂采用机械制动加电制动的方式制动水轮发电机制动系统的组成水轮发电机制动系统的组成 制动装置（俗称 风闸）、控制元件、管路系统。

机械制动的作用机械制动的作用 水轮发电机在停机后，由于惯性作用，不会立即停止转动，为避免机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损，故需要快速停机在下机架各支臂上对应于转子制动环处装有φ250毫米的制动器6个，机组停机时，当转速降到20％nN( 54.54rpm)时，用0.7MPa压力的压缩空气通入制动器连续制动2min 至停机 对没有配备高压油顶起装置的机组，当经历较长时间的停机之后，再次启动前，用油泵将压力油打入制动器顶起转子，使推力瓦重新建立油膜，为推力瓦创造良好的工作条件顶起转子时可用高压电动油泵将油打入制动器，油压为约9MPa顶起转子高度不能超过10毫米四、发电机的结构四、发电机的结构下机架及风闸6 6、通风冷却系统、通风冷却系统 机组运行时，发电机绕组以及铁芯将产生大量的热量，为了使绕组和铁芯的温度不至于过高而引起绕组绝缘损坏，发电机必须设置通风冷却装置 我厂发电机采用由上盖板、上挡风板、下挡风板形成的密闭自循环无风扇双面回风通风系统在定子机座外圆均匀布置6个空气冷却器圆盘式转子支架结构使进入转子的风量得到较均匀的分配，磁轭采用先进的叠片工艺叠出通风沟，以增强定、转子线圈端部的冷却效果。

四、发电机的结构四、发电机的结构发电机通风系统回路图。