1、神福罗源湾港电培训队神福罗源湾港电培训队主讲人：戴学光主讲人：戴学光 发电机本体包括结构、发电机本体包括结构、工作原理、水氢氢冷却工作原理、水氢氢冷却系统以及发电机系统以及发电机励磁系统介绍励磁系统介绍一一 、 汽轮发电机的基本知识汽轮发电机的基本知识1 1、汽轮发电机的工作原理、汽轮发电机的工作原理 由汽轮机拖动发电机旋转至额定由汽轮机拖动发电机旋转至额定速，投入励磁系统，在转子绕组中通速，投入励磁系统，在转子绕组中通过励磁电流过励磁电流I If f，I If f产生主磁通产生主磁通0 0 ，0 0 切割定子绕组，在定子绕组中产生交切割定子绕组，在定子绕组中产生交变电动势变电动势E E0 0
2、，机端输出三相交流电压，机端输出三相交流电压U U，当当U=UU=UN N时，将发电机并入电网，此时在时，将发电机并入电网，此时在定子绕组中通过三相交变电流定子绕组中通过三相交变电流I I，该电，该电流合成一个旋转磁场流合成一个旋转磁场S S，S S与同步旋与同步旋转，又相互作用，使发电机将机械能转，又相互作用，使发电机将机械能转换成电能。转换成电能。发电机发出的对称三相交流电动势为：发电机发出的对称三相交流电动势为： e eA A = E = Em msinsin t t e eB B = E = Em msin(sin( t120t120) ) e eC C = E = Em msin(s
3、in( t240t240) )(60Hzpnf 感应电动势的频率取决于发电机的磁极对数感应电动势的频率取决于发电机的磁极对数p p和转子转速和转子转速n n。当转子为一对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中的感应。当转子为一对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次，即一个周期；当转子有电动势正好交变一次，即一个周期；当转子有p p对磁极时，转对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变了子旋转一周，感应电动势就交变了p p个周期。设转子的转速为个周期。设转子的转速为n n（r/minr/min），则感应电动势的频率为：），则感应电动势的频率为：汽轮发电机的基本知识汽轮发电机的基本知识
4、1 1、发电机的定义、发电机的定义发电机是由原动机拖动，将机械能转换发电机是由原动机拖动，将机械能转换为电能的设备。电枢绕组切割磁通，发为电能的设备。电枢绕组切割磁通，发出交流电。出交流电。转子：励磁电流通过转子线圈产生励磁磁场转子：励磁电流通过转子线圈产生励磁磁场定子：定子线圈中根据电磁理论感生出电流，将机定子：定子线圈中根据电磁理论感生出电流，将机械能转化为电能械能转化为电能 2 2、汽轮发电机的基本结构、汽轮发电机的基本结构发电机本体主要由一个发电机本体主要由一个不动的定子（包括机座不动的定子（包括机座和端盖、定子铁芯和定和端盖、定子铁芯和定子绕组、定子出线和出子绕组、定子出线和出线盒、
5、定子水路、氢冷线盒、定子水路、氢冷却器、隔振装置和端部却器、隔振装置和端部结构等）和一个可以转结构等）和一个可以转动的转子（包括转子铁动的转子（包括转子铁芯和绕组、绕组电气连芯和绕组、绕组电气连接件、转轴、风扇、阻接件、转轴、风扇、阻尼系统等）尼系统等） 构成。如构成。如图图 所示。所示。发电机的本体结构剖视图发电机的本体结构剖视图汽轮发电机本体图汽轮发电机本体图 汽轮发电机定子结构图汽轮发电机定子结构图 汽轮发电机定子结构图汽轮发电机定子结构图 汽轮发电机转子结构图汽轮发电机转子结构图汽轮发电机转子外形图汽轮发电机转子外形图 汽轮发电机转子外形汽轮发电机转子外形汽轮发电机集电环汽轮发电机集电
6、环发电机的主要技术参数发电机的主要技术参数 型号型号QFSN-1000-2形式形式LCH额定容量额定容量1112MVA氢气含氧量氢气含氧量1%额定有功额定有功1000MW漏氢量漏氢量12m3/d最大连续输出功率最大连续输出功率1100MW氢气湿度（露点）氢气湿度（露点）-25-5额额 定定 电电 压压27000V冷氢温度（氢气冷却器出口）冷氢温度（氢气冷却器出口）46额定定子电流额定定子电流23950A冷氢报警温度冷氢报警温度48额定励磁电压额定励磁电压563V氢冷却器进口水温氢冷却器进口水温38额定励磁电流额定励磁电流5360A氢冷却器额定入口压力氢冷却器额定入口压力0.2MPa空载励磁电压
7、空载励磁电压166V氢冷却器最大入口压力氢冷却器最大入口压力0.25MPa空载励磁电流空载励磁电流1866A每台氢冷却器冷却水流量每台氢冷却器冷却水流量3700m3功率因数功率因数0.9氢冷器数量氢冷器数量4台台稳态负序电流稳态负序电流I2/ IN6%冷却方式冷却方式水水-氢氢-氢氢氢油压差（油压高于氢油压差（油压高于氢压）氢压）0.05MPa密封油压力密封油压力0.5MPa 相数相数3进油温度进油温度46转速转速3000 r/min回油温度回油温度70频率频率50 Hz定定子子绕绕组组内内冷冷水水参参数数进水温度进水温度4046一阶临界转速一阶临界转速850r/min定子冷却水流量定子冷却水
8、流量118 t/h二阶临界转速二阶临界转速2400r/min出水温度出水温度95效率效率99%温升温升35定子接线定子接线YY进水压力进水压力0.23MPa定子出线数定子出线数6流量流量1960L/min定子绝缘等级定子绝缘等级F级（按级（按B级温升级温升考核）考核）铜化合物最大允许铜化合物最大允许含量含量100mg/L转子绝缘等级转子绝缘等级F级级电导率电导率(25)0.5s/cm额定氢气压力额定氢气压力0.50.02MPa硬度硬度(25)2ug /L最小氢气纯度最小氢气纯度99%PH值值(25)79氢气报警纯度氢气报警纯度96%含氨含氨(NH3)微量微量二、汽轮发电机的氢、水系统二、汽轮发
9、电机的氢、水系统1. 1. 汽轮发电机的氢气系统汽轮发电机的氢气系统 （1 1）汽轮发电机氢气系统的作用。）汽轮发电机氢气系统的作用。 为冷却大容量汽轮发电机定子铁芯和转子绕组，要求建为冷却大容量汽轮发电机定子铁芯和转子绕组，要求建立一套专门的氢气系统。氢气系统一方面通过氢气冷却器将立一套专门的氢气系统。氢气系统一方面通过氢气冷却器将循环冷却氢气中的热量与冷却水交换，另一方面能保证给发循环冷却氢气中的热量与冷却水交换，另一方面能保证给发电机补氢和排氢，能自动监视和自动维持发电机内的氢压稳电机补氢和排氢，能自动监视和自动维持发电机内的氢压稳定，能自动维持氢气的纯度和冷却器端的氢温，能实现发电定，
10、能自动维持氢气的纯度和冷却器端的氢温，能实现发电机内的气体置换等功能。机内的气体置换等功能。 氢气含氧量氢气含氧量1%漏氢量漏氢量12m3/d氢气湿度（露点）氢气湿度（露点）-25-5冷氢温度（氢气冷却器出口）冷氢温度（氢气冷却器出口）46冷氢报警温度冷氢报警温度48氢冷却器进口水温氢冷却器进口水温38氢冷却器额定入口压力氢冷却器额定入口压力0.2MPa氢冷却器最大入口压力氢冷却器最大入口压力0.25MPa每台氢冷却器冷却水流量每台氢冷却器冷却水流量3700m3氢冷器数量氢冷器数量4台台额定氢气压力额定氢气压力0.50.02MPa最小氢气纯度最小氢气纯度99%氢气报警纯度氢气报警纯度96%（2
11、 2）汽轮发电机氢气冷却系统系统的参数）汽轮发电机氢气冷却系统系统的参数 （3 3） 汽轮发电机定子、转子冷却通风系统汽轮发电机定子、转子冷却通风系统THANK YOUSUCCESS2022-5-1125可编辑 （4 4）汽轮发电机转子冷却通风系统）汽轮发电机转子冷却通风系统 （5 5）发电机氢冷器）发电机氢冷器（6 6）汽轮发电机的氢气系统图）汽轮发电机的氢气系统图 （7 7）发电机的气体置换。）发电机的气体置换。 发电机气体置换采用中间介质置换法，充氢前先用中间介质发电机气体置换采用中间介质置换法，充氢前先用中间介质( (二氧化碳或氮气二氧化碳或氮气) )排除发电机及系统管路内的空气，当中
12、间气体排除发电机及系统管路内的空气，当中间气体的含量超过的含量超过9595( (二氧化碳二氧化碳) )或或9797( (氮气氮气)()(容积比容积比) )后，才可充入后，才可充入氢气，排除中间气体，最后置换到氢气状态。这一过程所需的中氢气，排除中间气体，最后置换到氢气状态。这一过程所需的中间气体为发电机和管道容积的间气体为发电机和管道容积的2 22.52.5倍，所需氢气约为其容积的倍，所需氢气约为其容积的2 23 3倍。发电机由充氢状态置换到空气状态时，其过程与上述类倍。发电机由充氢状态置换到空气状态时，其过程与上述类似，先向发电机内引入中间气体排除氢气，使中间气体含量超过似，先向发电机内引入
13、中间气体排除氢气，使中间气体含量超过9595( (二氧化碳二氧化碳) )或或9797( (氮气氮气) )后，方可引进空气，排除中间气体。后，方可引进空气，排除中间气体。当中间气体含量低于当中间气体含量低于1515以后，可停止排气。此过程所需的气体以后，可停止排气。此过程所需的气体为发电机和管道容积的为发电机和管道容积的1.51.52 2倍。倍。 （8 8）发电机正常运行的补氢和排氢）发电机正常运行的补氢和排氢 正常运行时，由于下述原因发电机需补充氢气：正常运行时，由于下述原因发电机需补充氢气： 1) 1) 由于存在氢气泄漏，故必须补充氢气以保持压力；由于存在氢气泄漏，故必须补充氢气以保持压力；
14、 2) 2) 由于密封油中溶解有空气，致使机内氢气污染，纯度由于密封油中溶解有空气，致使机内氢气污染，纯度下降，需排污补氢，以保证氢气纯度。下降，需排污补氢，以保证氢气纯度。 正常运行时氢气减压器整定值为正常运行时氢气减压器整定值为0.4MPa0.4MPa；发电机运行时，；发电机运行时，当机内氢气压力下降到当机内氢气压力下降到0.38MPa0.38MPa时，压力开关动作报警；手动时，压力开关动作报警；手动调节氢气减压器补氢，当机内氢压升至调节氢气减压器补氢，当机内氢压升至0.42MPa0.42MPa时，手动调节时，手动调节氢气减压器进口阀门，打开排气阀门使机内氢气压力降低到氢气减压器进口阀门，
15、打开排气阀门使机内氢气压力降低到0.4MPa0.4MPa。2 2汽轮发电机的定子冷却水系统汽轮发电机的定子冷却水系统 (1) (1) 发电机定子冷却水系统的作用。大型汽轮发电机都采发电机定子冷却水系统的作用。大型汽轮发电机都采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水内冷。发电机定子冷却用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水内冷。发电机定子冷却水系统能够不间断地为定子绕组提供冷却水，能够监视、控水系统能够不间断地为定子绕组提供冷却水，能够监视、控制定子绕组冷却水的水温、水压、流量和水质，以保证发电制定子绕组冷却水的水温、水压、流量和水质，以保证发电机的安全、稳定、可靠运行。机的安全、稳定、可靠运行。 (2)
16、(2) 发电机定子绕组冷却水系统的组成。发电机定子绕组发电机定子绕组冷却水系统的组成。发电机定子绕组冷却水系统是由：冷却水系统是由：1 1只水箱、只水箱、2 2台台100100互为备用的冷却水泵、互为备用的冷却水泵、2 2只只100100的冷却器、的冷却器、2 2只过滤器、只过滤器、1 12 2台离子交换树脂混床台离子交换树脂混床( (除盐混床除盐混床) )、进入定子绕组的冷却水温度调节器以及一些常、进入定子绕组的冷却水温度调节器以及一些常规阀门和监测仪表等部件组成。规阀门和监测仪表等部件组成。 （3 3）汽轮发电机定子冷却水系统的参数）汽轮发电机定子冷却水系统的参数进水温度进水温度4046定
17、子冷却水流量定子冷却水流量118 t/h出水温度出水温度95温升温升35进水压力进水压力0.23MPa流量流量1960L/min铜化合物最大允许含量铜化合物最大允许含量100mg/L电导率电导率(25)0.5s/cm硬度硬度(25)2ug /LPH值值(25)79含氨含氨(NH3)微量微量（4 4）汽轮发电机的冷却水原理图）汽轮发电机的冷却水原理图 （5 5）发电机定子冷却水系统工作原理）发电机定子冷却水系统工作原理 发电机定子冷却水系统采用闭式循环方式，使连续的高纯水发电机定子冷却水系统采用闭式循环方式，使连续的高纯水流通过定子绕组空心导线，带走绕组损耗。进入发电机定子的水流通过定子绕组空心
18、导线，带走绕组损耗。进入发电机定子的水是从化学车间直接引来的合格化学除盐水。补入水箱的化学除盐是从化学车间直接引来的合格化学除盐水。补入水箱的化学除盐水通过电磁阀、过滤器，最后进入水箱。开机前管道、阀门、水水通过电磁阀、过滤器，最后进入水箱。开机前管道、阀门、水箱、水泵、冷却器、过滤器等设备都要多次冲洗排污，直至水质箱、水泵、冷却器、过滤器等设备都要多次冲洗排污，直至水质取样化验合格后方可向发电机定子线圈供给化学除盐水。水箱内取样化验合格后方可向发电机定子线圈供给化学除盐水。水箱内的化学除盐水通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器、过滤器，然的化学除盐水通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器、过滤器，然后
19、再进入发电机定子绕组的汇流管，将发电机定子绕组的热量带后再进入发电机定子绕组的汇流管，将发电机定子绕组的热量带出来再回到水箱，完成一个闭式循环。为了改善进入发电机定子出来再回到水箱，完成一个闭式循环。为了改善进入发电机定子绕组的水质，将进入发电机总水量的绕组的水质，将进入发电机总水量的3 35 5的水不断经过离子的水不断经过离子交换器进行处理，然后回到水箱，维持内冷水交换器进行处理，然后回到水箱，维持内冷水PHPH值在值在7-97-9之间。之间。 1.1.发电机励磁系统的组成发电机励磁系统的组成 发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部
20、分组成，如图所示。励磁功率单元由励磁变压器、可控整部分组成，如图所示。励磁功率单元由励磁变压器、可控整流器等组成，用于向发电机励磁绕组提供励磁电流，建立磁流器等组成，用于向发电机励磁绕组提供励磁电流，建立磁场。励磁调节器由双通道微机组成，场。励磁调节器由双通道微机组成，根据输入信号和给定值控制励根据输入信号和给定值控制励磁功率单元的输出。整个励磁磁功率单元的输出。整个励磁系统是由励磁调节器、励磁功系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反率单元和发电机构成的一个反馈自动控制系统馈自动控制系统。 二、汽轮发电机的励磁系统二、汽轮发电机的励磁系统一、发电机励磁系统的组成和作用一、发电机励
21、磁系统的组成和作用 (1) (1)在正常运行条件下，向发电机提供励磁电流，并根据发电机所带负荷的在正常运行条件下，向发电机提供励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机机端电压在给定水平。情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机机端电压在给定水平。 (2)(2)使并列运行的各汽轮发电机所带的无功功率稳定而合理地分配。使并列运行的各汽轮发电机所带的无功功率稳定而合理地分配。 (3)(3)增加并入电网运行的汽轮发电机的阻尼转矩，以提高电力系统静态稳定增加并入电网运行的汽轮发电机的阻尼转矩，以提高电力系统静态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。性及输电线路的有功功率传输能力
22、。 (4)(4)在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，实行强行励在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，实行强行励磁，将励磁电流迅速增到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。磁，将励磁电流迅速增到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。 (5)(5)在汽轮发电机突然解列，甩掉负荷时，实行强行减磁，将励磁电流迅速在汽轮发电机突然解列，甩掉负荷时，实行强行减磁，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电机的机端过电压。降到安全数值，以防止发电机的机端过电压。 (6)(6)在发电机内部发生短路故障时，实行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零在发电机内部发生短路故障时，实行快速灭磁，
23、将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。值，以减小故障损坏程度。 (7)(7)在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保汽轮发电机组的安全稳定运行。确保汽轮发电机组的安全稳定运行。4. 4. 发电机励磁系统的作用发电机励磁系统的作用二、发电机静态励磁系统基本参数二、发电机静态励磁系统基本参数 三、发电机静态励磁系统工作原理三、发电机静态励磁系统工作原理1. 1. 励磁变压器励磁变压器 励磁变压器采用三台单相干式变压器励磁变压器采用三台单相干式变压器 （带外壳），采用（带外壳），采用Y/d-11Y/d-
24、11接线，接线， F F级级绝缘、绝缘、3 33700kVA3700kVA 、电压、电压27/0.9kV27/0.9kV、绕组为铜导体，励磁变压器高压绕组与低、绕组为铜导体，励磁变压器高压绕组与低压绕组之间应有静电屏蔽，且高低压出线端子应能相间封闭绝缘。高压侧应加有压绕组之间应有静电屏蔽，且高低压出线端子应能相间封闭绝缘。高压侧应加有机玻璃防护挡板。励磁变压器能满足当发电机端电压降至机玻璃防护挡板。励磁变压器能满足当发电机端电压降至80%80%时仍有二倍强励的时仍有二倍强励的能力，其长期输出电流不小于能力，其长期输出电流不小于1.11.1倍的额定励磁电流。倍的额定励磁电流。 励磁变压器能通过厂
25、用电供电，满足汽轮发电机空载试验时励磁变压器能通过厂用电供电，满足汽轮发电机空载试验时130%130%额定机端额定机端电压的要求和发电机短路试验电压的要求和发电机短路试验110%110%额定电流的要求。额定电流的要求。励磁变压器高、低压侧各装励磁变压器高、低压侧各装2 2组组AVAV用于保护和测量表计。用于保护和测量表计。 励磁变压器容量能满足强励及发电机各种运行工况的要求，在环境温度励磁变压器容量能满足强励及发电机各种运行工况的要求，在环境温度- -55+45+45下，保证连续运行不超温。下，保证连续运行不超温。 励磁变压器外壳防护等级不低于励磁变压器外壳防护等级不低于IP32IP32，一次
26、绕组绝缘耐受电压为，一次绕组绝缘耐受电压为150kV150kV。 发电机励磁变压器发电机励磁变压器发电机励磁整流装置功率柜发电机励磁整流装置功率柜2. 2. 晶闸管整流装置晶闸管整流装置 整流装置的并联支路为整流装置的并联支路为5 5个，同一相有个，同一相有1/51/5支路退出运行时，应能满支路退出运行时，应能满足包括强励在内的所有运行工况的需要，当同一相有足包括强励在内的所有运行工况的需要，当同一相有2/52/5支路退出运行时，支路退出运行时，应能提供发电机额定工况所需的励磁电流，此时应闭锁发电机强励。当应能提供发电机额定工况所需的励磁电流，此时应闭锁发电机强励。当并联可控硅元件数等于并联可
27、控硅元件数等于5 5，有，有1/51/5并联支路退出运行，应能满足发电机强并联支路退出运行，应能满足发电机强励要求，有励要求，有1/21/2支路退出运行时，应能保证发电机在额定工况下连续运行，支路退出运行时，应能保证发电机在额定工况下连续运行，此时应闭锁发电机强励。此时应闭锁发电机强励。 整流装置并、串联元件应有均流及均压措施，整流元件的均流系数整流装置并、串联元件应有均流及均压措施，整流元件的均流系数为为0.950.95。 整流装置交、直流侧设置隔离断开设备、整流柜结构保证安全可靠，整流装置交、直流侧设置隔离断开设备、整流柜结构保证安全可靠，并便于测试、维护及检修。并便于测试、维护及检修。
28、整流柜采用强迫空气冷却，选用可靠性高的低噪声风机，并有整流柜采用强迫空气冷却，选用可靠性高的低噪声风机，并有100%100%的备用容量，在风压或风量不足时备用风机能自动投入。提供的备用容量，在风压或风量不足时备用风机能自动投入。提供2 2路冷却风路冷却风机电源，机电源，2 2路电源能够自动切换。路电源能够自动切换。整流柜噪声小于整流柜噪声小于50dB50dB。 AVRAVR采用双数字微机型，其性能可靠，具有微调节和提高采用双数字微机型，其性能可靠，具有微调节和提高发电机暂态稳定的特性。每个具有手动和双自动通道，各通道发电机暂态稳定的特性。每个具有手动和双自动通道，各通道之间相互独立，可随时停运
29、任一通道进行检修。各备用通道可之间相互独立，可随时停运任一通道进行检修。各备用通道可自动跟踪，保证无扰动切换。自动跟踪，保证无扰动切换。AVRAVR留有与留有与DCSDCS的接口，实现控制的接口，实现控制室内对室内对AVRAVR的远方控制。的远方控制。 AVRAVR设有下列附加单元：远方就地给定装置；过励磁限制；设有下列附加单元：远方就地给定装置；过励磁限制；过励磁保护；低励磁限制；电力系统稳定器（过励磁保护；低励磁限制；电力系统稳定器（PSSPSS）；）；V/HV/H限制限制及保护；功率因数控制器；恒无功控制器；均流越限发信；误及保护；功率因数控制器；恒无功控制器；均流越限发信；误强励检测及
30、保护；失脉冲检测；具有附加过流保护，以保证过强励检测及保护；失脉冲检测；具有附加过流保护，以保证过流保护的可靠性。流保护的可靠性。3. 3. 自动电压调节器（自动电压调节器（AVRAVR）4. 4. 灭磁及过压保护灭磁及过压保护 发电机采用逆变灭磁和灭磁开关灭磁两种方式。灭磁系统设发电机采用逆变灭磁和灭磁开关灭磁两种方式。灭磁系统设有过压保护。有过压保护。 在强励状态下灭磁时发电机转子过电压值不超过在强励状态下灭磁时发电机转子过电压值不超过4-64-6倍额定倍额定励磁电压值。励磁电压值。 灭磁开关在操作电压额定值的灭磁开关在操作电压额定值的80%80%时能可靠合闸，在时能可靠合闸，在30%-6
31、5%30%-65%之间能可靠分闸。之间能可靠分闸。 灭磁电阻一般采用线性电阻，灭磁电阻值可为磁场电阻热态灭磁电阻一般采用线性电阻，灭磁电阻值可为磁场电阻热态值的值的2-32-3倍。倍。 发电机转子过电压保护装置简单可靠，动作电压值高于强励发电机转子过电压保护装置简单可靠，动作电压值高于强励后灭磁和异步运行时的过电压值，同时低于转子绕组出厂工频耐后灭磁和异步运行时的过电压值，同时低于转子绕组出厂工频耐压试验幅值的压试验幅值的70%70%。 5. 5. 启励电源启励电源 启励电源容量满足发电机建压大于启励电源容量满足发电机建压大于10%10%额定电压的要求，额定电压的要求，为空载励磁电流的为空载励磁电流的15%15%；启励成功后或失败时，启励回路均；启励成功后或失败时，启励回路均能自动退出。起励电源从低压厂用电取得。能自动退出。起励电源从低压厂用电取得。 启励电源装置的电原理图启励电源装置的电原理图THANK YOUSUCCESS2022-5-1148可编辑
