1、现代发电厂概论现代发电厂概论内容提要内容提要第一章第一章 电力生产概述电力生产概述第六章第六章 同步发电机同步发电机第七章第七章 电力变压器电力变压器第八章第八章 发电厂变配电装置发电厂变配电装置第十一章第十一章 发电厂经济与管理简介发电厂经济与管理简介第一章第一章 电力生产概述电力生产概述第一节第一节 电能和电力工业电能和电力工业第二节第二节 电能生产过程电能生产过程第三节第三节 新能源发电简介新能源发电简介第四节第四节 火电厂基本生产过程火电厂基本生产过程第一章第一章 电力生产概述电力生产概述电能已被广泛应用于各个领域，尽管自然界中有各种形式的能源，电能已被广泛应用于各个领域，尽管自然界中
2、有各种形式的能源，但但电能已成为最方便、最实用的一种能源电能已成为最方便、最实用的一种能源。可以想象，如果没有了电。可以想象，如果没有了电能，现代文明社会将不复存在。能，现代文明社会将不复存在。本章主要介绍电能及生产过程，并对新能源发电的状况进行简单本章主要介绍电能及生产过程，并对新能源发电的状况进行简单介绍。介绍。 火力发电厂火力发电厂第一节第一节 电能和电力工业电能和电力工业自然界中能源可分为两类：自然界中能源可分为两类：一次能源一次能源和和二次能源二次能源。所谓一次能源，。所谓一次能源，是指自然界中现成存在的可直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风、是指自然界中现成存在的可直接利用的能源
3、，如煤、石油、天然气、风、水、太阳、地热、原子核等能源；所谓二次能源，是指由一次能源加工水、太阳、地热、原子核等能源；所谓二次能源，是指由一次能源加工转换成的能源，如电能、燃油转换成的能源，如电能、燃油(汽油、柴油等汽油、柴油等)、氢能、火药等。本课程、氢能、火药等。本课程仅对电能进行讨论。仅对电能进行讨论。 一、电能的特点一、电能的特点 电能与其他形式的能源相比，其特点是：电能与其他形式的能源相比，其特点是： (1)便于大量生产和输送。便于大量生产和输送。 (2)便于转换和控制。高低压转换；交直流转换；电能便于转换和控制。高低压转换；交直流转换；电能其他能其他能 (3)效率高。大型汽轮发电机
4、的效率可达效率高。大型汽轮发电机的效率可达98%以上以上 (4)无气体和噪声污染。无气体和噪声污染。 第一节第一节 电能和电力工业电能和电力工业电压等级电压等级/kV输送功率输送功率/MW输送距离输送距离/km备注备注100.22.06.020352.5152050110105050150220100500100300500100150015085011006000100004502500不同电压等级输电线路输送容量和距离一览表不同电压等级输电线路输送容量和距离一览表第一节第一节 电能和电力工业电能和电力工业二、电力工业及其发展二、电力工业及其发展 我国的动力资源非常丰富，水力资源居世界第一位
5、，而煤、石油、我国的动力资源非常丰富，水力资源居世界第一位，而煤、石油、天然气、地热等资源也十分丰富。天然气、地热等资源也十分丰富。我国电力工业发展迅速我国电力工业发展迅速: 至至1998年底装机容量已达年底装机容量已达2.7亿亿kW； 到到2006年底装机容量则突破了年底装机容量则突破了6亿亿kW； 到到2010年底装机容量则突破了年底装机容量则突破了9.5亿亿kW。 截至截至2013年年3月底，全国全口径装机容量达到月底，全国全口径装机容量达到10.2993亿亿kW ，同，同比增长比增长9.0%。其中：水电、其中：水电、 火电、火电、 核电、核电、 风电风电 装机容量分别达到装机容量分别达
6、到 1.9724、7.6872、0.1257、0.4871亿亿kW ，累计增速分别为，累计增速分别为 6.7%、 7.6%、 16.2%、 42.8%。 2007年年6月月-2011年年12月全国装机容量及增速月全国装机容量及增速第二节第二节 电能生产过程电能生产过程一、电力系统的构成一、电力系统的构成 电力系统是由电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷发电厂、电力网和电力负荷三部分组成的。发电厂是电力系统三部分组成的。发电厂是电力系统的中心环节，它是将其他形式的能源转换为电能的一种工厂。的中心环节，它是将其他形式的能源转换为电能的一种工厂。 二、常规发电厂简介二、常规发电厂简介 发电厂是将各种
7、一次能源转变成电能的工厂。发电厂是将各种一次能源转变成电能的工厂。 （1）火力发电厂）火力发电厂（2）水力发电厂）水力发电厂（3）原子能发电）原子能发电 目前在我国火电约占总发电量的目前在我国火电约占总发电量的74%，水电约占总发电量的，水电约占总发电量的20%。 电能生产过程实质上是电能的生产、输配和耗用的过程，又常分为电能生产过程实质上是电能的生产、输配和耗用的过程，又常分为发电、发电、输电、变电、配电和用电输电、变电、配电和用电五个环节。这五个环节。这五个环节连续同时进行五个环节连续同时进行，即构成了完整，即构成了完整的电力生产过程。的电力生产过程。第三节第三节 新能源发电简介新能源发电
8、简介一、地热能发电一、地热能发电 地热是指地球内部蕴藏的热地热是指地球内部蕴藏的热能。地球是一个巨大的热库，据能。地球是一个巨大的热库，据估计，世界估计，世界石油总能量为煤的石油总能量为煤的3%，目前人们能利用的，目前人们能利用的核能核能(核核燃料燃料)，仅为煤的，仅为煤的15%，而，而地热地热能能(即地下热水、地热蒸汽和地即地下热水、地热蒸汽和地下热岩石的热能下热岩石的热能)总量约为煤的总量约为煤的1.7亿倍亿倍，在地下，在地下3km内，可供内，可供开采的地热能就相当于几万亿吨开采的地热能就相当于几万亿吨煤。煤。煤煤石油石油核燃料核燃料地热地热风能风能太阳能太阳能水能水能1.00.030.1
9、51.7亿第三节第三节 新能源发电简介新能源发电简介二、太阳能发电二、太阳能发电 太阳能是比水资源更可太阳能是比水资源更可靠的取用不尽的能源，特别靠的取用不尽的能源，特别是在少雨地区，太阳能的开是在少雨地区，太阳能的开发利用具有重要意义。发利用具有重要意义。 1.集中型太阳能发电站集中型太阳能发电站 2.分散型太阳能发电站分散型太阳能发电站太阳能发电 亚洲最大的薄膜太阳能光伏电站亚洲最大的薄膜太阳能光伏电站济宁华瀚光伏电站已并网试济宁华瀚光伏电站已并网试运行。电站总投资运行。电站总投资9亿元，年发电量亿元，年发电量3833万千瓦时，年可节约标煤万千瓦时，年可节约标煤13000吨，减排二氧化碳约
10、吨，减排二氧化碳约3万吨万吨 存在的问题：转换效率低，成本高；占地面积达；天气影响大。存在的问题：转换效率低，成本高；占地面积达；天气影响大。第三节第三节 新能源发电简介新能源发电简介三、风力发电三、风力发电 风力发电是以自然界的风为动力，驱动发电机发电。风力发电要求风速大风力发电是以自然界的风为动力，驱动发电机发电。风力发电要求风速大而稳定，我国内蒙、西北和沿海地区的风能资源丰富，已有不少中、小型风力而稳定，我国内蒙、西北和沿海地区的风能资源丰富，已有不少中、小型风力发电站在运行。目前的发电站在运行。目前的单机容量已达到单机容量已达到50MW。恒速恒频恒速恒频 采用异步发电机，转速基本保持不
11、变，采用异步发电机，转速基本保持不变，系统简单，但风能利用率低。系统简单，但风能利用率低。变速恒频变速恒频 双馈异步发电机，转速改变时，通过双馈异步发电机，转速改变时，通过改变转子电流的频率，使发电机的输出频改变转子电流的频率，使发电机的输出频率不变。率不变。 永磁同步发电机，通过整流、逆变，使发电机的输出频率不变。永磁同步发电机，通过整流、逆变，使发电机的输出频率不变。存在的问题存在的问题 发电的间断性，使电网的接入容量受到限制；发电成本高。发电的间断性，使电网的接入容量受到限制；发电成本高。第三节第三节 新能源发电简介新能源发电简介四、潮汐发电四、潮汐发电 潮汐发电是利用海水潮汐涨落潮汐发
12、电是利用海水潮汐涨落时，海水水位的升降落差推动水轮时，海水水位的升降落差推动水轮发电机组发电。由于太阳和月亮对发电机组发电。由于太阳和月亮对地球表面不同位置的引力不相平衡，地球表面不同位置的引力不相平衡，使海水形成有规律升降的潮汐现象，使海水形成有规律升降的潮汐现象，海水有规律的运动形成大量的动能海水有规律的运动形成大量的动能和势能，称为潮汐能。和势能，称为潮汐能。 第三节第三节 新能源发电简介新能源发电简介 五、燃气轮机发电五、燃气轮机发电 燃气轮机的工作原理与燃气轮机的工作原理与汽轮机相似，不同的是工质汽轮机相似，不同的是工质不是蒸汽，而是高温高压燃不是蒸汽，而是高温高压燃气。气。 空气经
13、压缩机压入燃烧空气经压缩机压入燃烧室，燃料室，燃料(油或液化天然气油或液化天然气)经燃料泵打入燃烧室，在燃经燃料泵打入燃烧室，在燃烧室燃烧产生高温高压的气烧室燃烧产生高温高压的气体，进入燃气轮机中膨胀做体，进入燃气轮机中膨胀做功，推动燃气轮机旋转，带功，推动燃气轮机旋转，带动发电机发电。动发电机发电。 发电效率：燃气轮机，（发电效率：燃气轮机，（1633）%；汽轮机，（；汽轮机，（3040）%；联合，（；联合，（4060）%济钢已建成多台燃气济钢已建成多台燃气蒸汽联合循环发电机组蒸汽联合循环发电机组第四节第四节 火电厂基本生产过程火电厂基本生产过程 我国火力发电厂所使用的燃料主要是煤，且主力电
14、厂是凝汽式发电厂。下面我国火力发电厂所使用的燃料主要是煤，且主力电厂是凝汽式发电厂。下面就以煤粉炉、凝汽式火电厂为例，介绍火力发电厂的基本生产过程。就以煤粉炉、凝汽式火电厂为例，介绍火力发电厂的基本生产过程。 火力发电厂的生产过程概括地说是把燃料火力发电厂的生产过程概括地说是把燃料(煤煤)中含有的化学能转变为电能的中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个阶段：燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加过程。整个生产过程可分为三个阶段：燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加热热锅炉锅炉中的水使之变为蒸汽，称为中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机
15、汽轮机，推，推动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统汽水系统；由汽轮机旋转的机械能；由汽轮机旋转的机械能带动带动发电机发电机发电，把机械能变为电能，称为发电，把机械能变为电能，称为电气系统电气系统。 第四节第四节 火电厂基本生产过程火电厂基本生产过程一、燃烧系统一、燃烧系统 燃烧系统由输煤、燃烧系统由输煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。等环节组成。 (1)运煤。运煤。 (2)磨煤。磨煤。 (3)锅炉与燃烧。锅炉与燃烧。 (4)风烟系统。风烟系统。 (5)灰渣系统。灰渣系统。 第四节第四节 火电厂基本生产过程火电厂基本生产过
16、程二、汽水系统二、汽水系统火电厂的汽水系统由锅火电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包加热器等设备及管道构成，包括给水系统、冷却水括给水系统、冷却水(循环水循环水)系统和补水系统。系统和补水系统。 (1)给水系统。给水系统。 (2)补水系统。补水系统。 (3)冷却水冷却水(循环水循环水)系统。系统。第四节第四节 火电厂基本生产过程火电厂基本生产过程三、电气系统三、电气系统 发电厂的电气系统，包括发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所升压变电所等。等。 第六章第六章 同步发电机同步
17、发电机第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述第二节第二节 同步发电机的构造同步发电机的构造第三节第三节 同步发电机的冷却同步发电机的冷却第四节第四节 同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统第五节第五节 同步发电机的运行与控制同步发电机的运行与控制第六章第六章 同步发电机同步发电机发电机发电机是电厂的主要设备之一，它同是电厂的主要设备之一，它同锅炉锅炉和和汽轮机汽轮机合称为火力发合称为火力发电厂的三大主机。目前，在电力系统中，交流电能几乎都是由同步发电厂的三大主机。目前，在电力系统中，交流电能几乎都是由同步发电机发出的。本章以现代大型发电厂的主力机组电机发出的。本章以现代大型发电厂的主力机
18、组600MW汽轮发电机汽轮发电机为主介绍同步发电机的为主介绍同步发电机的基本构造基本构造、工作原理工作原理和和运行操作运行操作。 600MW汽轮发电机发电机转子转子定子定子整机整机第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述在电力系统中，几乎所有的发电机：汽轮发电机、水轮发电机、核发在电力系统中，几乎所有的发电机：汽轮发电机、水轮发电机、核发电机、燃汽轮发电机及太阳能发电机等都属同步发电机。尽管其容量大小、电机、燃汽轮发电机及太阳能发电机等都属同步发电机。尽管其容量大小、原动机类型、构造形式、冷却原动机类型、构造形式、冷却 方式等各有差异，但其工作原理是相同的。方式等各有差异，但其工作原理是相同
19、的。 一、同步发电机的工作原理一、同步发电机的工作原理同步发电机是利用电磁感应原理将同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转换成电能的设备。机械能转换成电能的设备。转子加励磁电流，建立磁场；转子加励磁电流，建立磁场；原动机驱动转子旋转，产生旋转磁场；原动机驱动转子旋转，产生旋转磁场；旋转磁场切割电枢绕组，产生三相对称电旋转磁场切割电枢绕组，产生三相对称电动势；动势； 接上负载输出电能。接上负载输出电能。 机械能机械能 电能电能）（）（ 240-2sin2 120-2sin2 2sin2 ftEeftEeftEeBlveCBA第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述二、同步发电机的分类二、同步发
20、电机的分类 同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构特点、安装方式等进行分类。类别、本体结构特点、安装方式等进行分类。1. 按原动机分：汽轮发电机；水轮发电机；燃气轮发电机按原动机分：汽轮发电机；水轮发电机；燃气轮发电机2. 按冷却介质分：空冷；氢冷；水冷。水按冷却介质分：空冷；氢冷；水冷。水-氢氢-氢氢3. 按主轴安装方式分：卧式安装；立式安装按主轴安装方式分：卧式安装；立式安装4. 按本体结构分：隐极式；凸极式按本体结构分：隐极式；凸极式5. 按哪边旋转分：旋转电枢式，三相对称绕组在转子；旋转磁极式，按哪
21、边旋转分：旋转电枢式，三相对称绕组在转子；旋转磁极式，直流励磁绕组再转子上。直流励磁绕组再转子上。NS+隐极式隐极式NSNS+凸极式凸极式电枢：三相绕组一边电枢：三相绕组一边磁极：直流励磁绕组一边磁极：直流励磁绕组一边第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述三、同步发电机的主要技术数据三、同步发电机的主要技术数据 为使发电机按设计技术条件运行，一般在发电机出厂时都在铭牌上标为使发电机按设计技术条件运行，一般在发电机出厂时都在铭牌上标注出额定参数，并在说明书中加以说明。注出额定参数，并在说明书中加以说明。 (1)额定容量额定容量(或额定功率或额定功率)。额定容量是指发电机在设计技术条件下运行输
22、出。额定容量是指发电机在设计技术条件下运行输出的的视在功率视在功率，用，用kVA或或MVA表示；额定功率是指发电机输出的表示；额定功率是指发电机输出的有功功率有功功率，用，用kW或或MW表示。表示。(2)额定定子电压。额定定子电压。指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压线电压，用，用kV表示。我国生产的表示。我国生产的300MW和和600MW发电机组额定定子电压发电机组额定定子电压均定为均定为20kV。(3)额定定子电流额定定子电流。指发电机额定运行时定子绕组的。指发电机额定运行时定子绕组的线电流线电流，单位为，单位为A。(4)额
23、定功率因数额定功率因数。指发电机在额定运行时，定子电压和定子电流之间允许。指发电机在额定运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值。的相角差的余弦值。300MW机组的额定功率因数为机组的额定功率因数为0.85，600MW机组的额机组的额定功率固数为定功率固数为0.9。3 3cos NNNNNNNSU IPU I第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述(5)额定转速额定转速。指正常运行时发电机的转速，单位为。指正常运行时发电机的转速，单位为rmin，在中国，在中国汽轮发电机转速均为汽轮发电机转速均为3000rmin。(6)额定频率额定频率。我国电网的额定频率为。我国电网的额定频率为50
24、Hz。(7)额定励磁电流额定励磁电流。指发电机在额定运行时，转子绕组通过的励磁电流，。指发电机在额定运行时，转子绕组通过的励磁电流，用用A表示。表示。(8)额定励磁电压额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值，额定运行在稳定温。指发电机励磁电流达到额定值，额定运行在稳定温度时的励磁电压。度时的励磁电压。(9)绝缘等级绝缘等级。A-105；E-120 ；B-130 ；F-155 ；H-180 (10)效率效率。指发电机输出功率与输入功率之百分比，一般额定效率在。指发电机输出功率与输入功率之百分比，一般额定效率在93-98之间，之间，300MW和和600MW大型机组在大型机组在98以上。以上。 上
25、海汽轮发电机厂设计的上海汽轮发电机厂设计的QFSN6002型型600MW水氢氢汽水氢氢汽轮发电机的主要技术参数为：轮发电机的主要技术参数为：额定功率额定功率 600MW 额定电压额定电压 20kV 额定电流额定电流 19245A额定转速额定转速 3000rmin额定励磁电流电压额定励磁电流电压 4900A500V短路比短路比 0.54 短路比大，电机性能好，但造价高。短路比大，电机性能好，但造价高。额定功率因数额定功率因数 0.9额定氢压额定氢压 0.4MPa额定效率额定效率98.85%冷却方式水氢氢。冷却方式水氢氢。第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述型号含义：型号含义：QFSN600
26、2 QF-汽轮发电机；汽轮发电机；S-定子绕组水内冷；定子绕组水内冷；N-转子绕组氢内冷；转子绕组氢内冷；600-额定容量额定容量600MW；2-两极两极第一节第一节 同步发电机概述同步发电机概述四、发电机的发展趋势四、发电机的发展趋势 近年来，我国电力系统中发电机近年来，我国电力系统中发电机单机容量不断增大单机容量不断增大，目前，目前300MW、600MW的汽轮发电机组已成为系统的主力机组，的汽轮发电机组已成为系统的主力机组，900MW的机组也开始进的机组也开始进入一些大的电力系统。理论分析和运行实践表明，大容量机组有如下优越入一些大的电力系统。理论分析和运行实践表明，大容量机组有如下优越性
27、：性：(1)可降低发电机的造价和材料的消耗量可降低发电机的造价和材料的消耗量。如一台。如一台600MW机组的机组的单位材单位材料消耗料消耗是一台是一台100MW机组的机组的60左右。左右。(2)可降低电厂的基建安装费可降低电厂的基建安装费。若以。若以200MW机组机组单位安装费单位安装费为为100，则则500MW机组的单位安装费只需机组的单位安装费只需85左右。左右。(3)可降低运行费用可降低运行费用。煤耗低；由于大容量机组实行微机监控，自动控。煤耗低；由于大容量机组实行微机监控，自动控制功能大大提高，运行人员和装置减少，从而降低了运行和维护费用。制功能大大提高，运行人员和装置减少，从而降低了
28、运行和维护费用。发电机容量的增加受到材料机械强度的限制，转子直径不能超过发电机容量的增加受到材料机械强度的限制，转子直径不能超过1.1m。第二节第二节 同步发电机的构造同步发电机的构造发电机最基本的组成部件是定子和转子。火力发电厂采用的发电机最基本的组成部件是定子和转子。火力发电厂采用的汽轮发电汽轮发电机机皆为皆为隐极机隐极机，只有一对电极，其转速为，只有一对电极，其转速为3000r/min，采用卧式轴结构；，采用卧式轴结构；水轮发电厂中水轮发电厂中水轮发电机水轮发电机皆为皆为凸极机凸极机，极对数大于等于，极对数大于等于2（一般大于（一般大于6对，对，转速小于转速小于500r/min）。通常小
29、容量水轮发电机多采用卧式，中容量水轮发）。通常小容量水轮发电机多采用卧式，中容量水轮发电机采用立式或卧式，而大容量水轮发电机则采用立式结构。电机采用立式或卧式，而大容量水轮发电机则采用立式结构。第二节第二节 同步发电机的构造同步发电机的构造一、定子一、定子发电机的定子由发电机的定子由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖与轴承定子铁芯、定子绕组、机座、端盖与轴承等部件组成。等部件组成。 1.定子铁芯定子铁芯定于铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯定于铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，发电机定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为的磁滞和涡流
30、损耗，发电机定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.350.5mm的优质的优质冷轧硅钢片冷轧硅钢片叠装而成。叠装而成。 2.定子绕组定子绕组大型同步发电机有三种绕组，大型同步发电机有三种绕组，即定子绕组（即定子绕组（三相对称绕组三相对称绕组）、转）、转子绕组子绕组(励磁绕组励磁绕组)和阻尼绕组。和阻尼绕组。 3.机座与端盖机座与端盖发电机的定子铁芯及绕组都发电机的定子铁芯及绕组都固定在机座上，机座还要承受转固定在机座上，机座还要承受转子的重量及运行时的电磁力矩和子的重量及运行时的电磁力矩和短路时短路时10倍以上的短路力矩的倍以上的短路力矩的作用，同时还要考虑加工、运输作用，同时还要考虑加工、
31、运输和吊装等需要，因此机座应和吊装等需要，因此机座应具有具有足够的强度和刚度。足够的强度和刚度。 汽轮发电机定子硅钢片拼装汽轮发电机定子硅钢片拼装VBfKpmfefe23 . 1第二节第二节 同步发电机的构造同步发电机的构造二、转子二、转子发电机的转子是汽轮发电机最重要的部件之一，它的作用是产发电机的转子是汽轮发电机最重要的部件之一，它的作用是产生一个旋转磁场，通过电磁感应原理将由汽轮机传过来的机械能转生一个旋转磁场，通过电磁感应原理将由汽轮机传过来的机械能转变为定子绕组中的电能。变为定子绕组中的电能。 1.转子本体转子本体近年来随着大型锻压设备的发展，发电机转子都采用由高强度近年来随着大型锻
32、压设备的发展，发电机转子都采用由高强度的、导磁性能良好的的、导磁性能良好的镍铬钼钒合金钢镍铬钼钒合金钢，在真空中浇注成形，再经冷，在真空中浇注成形，再经冷热加工而成。热加工而成。汽轮发电机转子外形图 2.转子绕组转子绕组转子绕组是由扁铜线绕成的同心式线圈，以大齿转子绕组是由扁铜线绕成的同心式线圈，以大齿(极身极身)为中心，直线部分为中心，直线部分嵌入小齿槽内。嵌入小齿槽内。 3.风扇风扇 QFSN3002型汽轮发电机转轴上装有三个风扇。型汽轮发电机转轴上装有三个风扇。 第二节第二节 同步发电机的构造同步发电机的构造第三节第三节 发电机的冷却发电机的冷却发电机在运行过程中存在着各种损耗，主要是发
33、电机在运行过程中存在着各种损耗，主要是铁耗铁耗(铁芯中磁铁芯中磁场变化所产生的磁滞和涡流损耗场变化所产生的磁滞和涡流损耗)、铜耗铜耗(铜导线中流过电流在导线铜导线中流过电流在导线电阻上所产生的热损耗电阻上所产生的热损耗)和和机械损耗机械损耗(转子和风扇旋转时轴承部分的转子和风扇旋转时轴承部分的摩擦所产生的损耗摩擦所产生的损耗)。国产国产300MW汽轮发电机效率达到汽轮发电机效率达到98.8%，其，其余余1.2%的损耗竟有的损耗竟有3600kW之巨之巨，这样大的损耗功率在发电机内，这样大的损耗功率在发电机内部变为热量，由于大容量汽轮发电机定部变为热量，由于大容量汽轮发电机定转子细长，热量不易散转
34、子细长，热量不易散出，所以发电机的散热冷却就成为限制大容量发电机容量提高的出，所以发电机的散热冷却就成为限制大容量发电机容量提高的主要因素。不断改进发电机的冷却技术，提高冷却效果，是大容主要因素。不断改进发电机的冷却技术，提高冷却效果，是大容量发电机制造中一个十分重要的问题。量发电机制造中一个十分重要的问题。 汽轮发电机的冷却方式按冷却介质的不同通常分为汽轮发电机的冷却方式按冷却介质的不同通常分为空气冷却空气冷却(风扇通风风扇通风)、氢气冷却氢气冷却和和水冷却水冷却等三种类型。目前，除等三种类型。目前，除25MW及以及以下的小机组采用空气冷却外，下的小机组采用空气冷却外，50MW及以上的汽轮发
35、电机广泛采用及以上的汽轮发电机广泛采用氢冷和水冷技术。氢冷和水冷技术。 济南发电设备厂可生产济南发电设备厂可生产300MW空冷汽轮发电机。空冷汽轮发电机。第三节第三节 发电机的冷却发电机的冷却一、冷却方式简介一、冷却方式简介1空气冷却空气冷却 空气冷却是以空气为冷却介质，用风扇将冷空气送入机内，经发电机内空气冷却是以空气为冷却介质，用风扇将冷空气送入机内，经发电机内部的风道，对发热部件进行冷却，吸热后的热空气排出机外，经空气冷却器部的风道，对发热部件进行冷却，吸热后的热空气排出机外，经空气冷却器冷却后，再送入机内。为提高冷却效果，汽轮发电机常采用轴向分段等多流冷却后，再送入机内。为提高冷却效果
36、，汽轮发电机常采用轴向分段等多流式通风系统。式通风系统。2氢气冷却氢气冷却(外冷外冷) 对大、中容量的汽轮发电机，采用氢气作介质对发电机的部件进行冷却，对大、中容量的汽轮发电机，采用氢气作介质对发电机的部件进行冷却，又称氢外冷。氢外冷发电机的冷却系统的构成与空气冷却系统基本相同，只又称氢外冷。氢外冷发电机的冷却系统的构成与空气冷却系统基本相同，只是将氢气冷却器装在发电机机壳内，以减少氢气的用量。是将氢气冷却器装在发电机机壳内，以减少氢气的用量。 氢气的导热系数比空气大氢气的导热系数比空气大6.7倍，密度比空气小倍，密度比空气小14.5倍，风阻和摩擦损耗倍，风阻和摩擦损耗仅为空气冷却的仅为空气冷
37、却的17左右左右；将同一台汽轮发电机由空气冷却改为氢气冷却；将同一台汽轮发电机由空气冷却改为氢气冷却(外外冷冷)后，转子温升下降一半左右，容量可提高后，转子温升下降一半左右，容量可提高20一一25。 采用氢气冷却，可避免绝缘材料与氧气接触，从而可增加绝缘材料的稳定采用氢气冷却，可避免绝缘材料与氧气接触，从而可增加绝缘材料的稳定性。在采用氢气冷却时，需采取措施防止氢气泄漏及空气进入发电机内，否性。在采用氢气冷却时，需采取措施防止氢气泄漏及空气进入发电机内，否则，造成则，造成空气和氢气混合易引起爆炸空气和氢气混合易引起爆炸。第三节第三节 发电机的冷却发电机的冷却3氢内冷氢内冷 冷却介质氢直接接触绕
38、组导体的冷却方式称为氢内冷方式。这种冷却方式冷却介质氢直接接触绕组导体的冷却方式称为氢内冷方式。这种冷却方式可使绝缘导体的热量直接由冷却介质带走，可大大提高冷却效果。可使绝缘导体的热量直接由冷却介质带走，可大大提高冷却效果。4水内冷水内冷 汽轮发电机的水内冷方式，就是以凝结水汽轮发电机的水内冷方式，就是以凝结水(蒸馏水蒸馏水)作为冷却介质直接冷却作为冷却介质直接冷却绕组导体。绕组导体。 由于由于水的冷却能力是空气的水的冷却能力是空气的50倍倍，这就大大改善了冷却效果，明显降低了，这就大大改善了冷却效果，明显降低了绕组温升，从而可大幅度提高发电机出力。绕组温升，从而可大幅度提高发电机出力。 水内
39、冷机组的水内冷机组的定子线棒内有空心铜管或不锈钢管的通水管定子线棒内有空心铜管或不锈钢管的通水管，在定子机壁上，在定子机壁上装有两个空心钢管制成的圆环，称为集水环，作为发电机定子绕组冷却水的总装有两个空心钢管制成的圆环，称为集水环，作为发电机定子绕组冷却水的总进出水管。集水环与线棒用绝缘软管连接，构成机内冷却水通路，再由集水环进出水管。集水环与线棒用绝缘软管连接，构成机内冷却水通路，再由集水环与机外冷却水系统的进出水管相连，即是定子水内冷方式。发电机转子水内冷与机外冷却水系统的进出水管相连，即是定子水内冷方式。发电机转子水内冷方式，是冷却水由发电机大轴的专用进水孔进入到分水箱后，经绝缘软管进入
40、方式，是冷却水由发电机大轴的专用进水孔进入到分水箱后，经绝缘软管进入励磁绕组线束中央的空心铜管，然后再经过相连的水箱排出机外。励磁绕组线束中央的空心铜管，然后再经过相连的水箱排出机外。 定子、转子均采用水内冷的发电机，称为定子、转子均采用水内冷的发电机，称为“双水内冷双水内冷”发电机。发电机。第三节第三节 发电机的冷却发电机的冷却双水内冷的发电机的定转子绕组双水内冷的发电机的定转子绕组第三节第三节 发电机的冷却发电机的冷却二、汽轮发电机的典型冷却系统二、汽轮发电机的典型冷却系统国产国产300MW、600MW汽轮汽轮发电机的典型冷却方式是发电机的典型冷却方式是水水氢氢氢氢方式，即定子绕组是水内冷
41、方式，即定子绕组是水内冷式、转子绕组是氢内冷式、定子式、转子绕组是氢内冷式、定子铁芯是氢外冷方式。而现今，空铁芯是氢外冷方式。而现今，空冷发电机容量已达冷发电机容量已达400MW以上，以上，蒸发冷却技术也已应用到发电机蒸发冷却技术也已应用到发电机中。中。1.水内冷式定子绕组的冷却水内冷式定子绕组的冷却2.定子铁芯氢气循环冷却系统（氢外冷）定子铁芯氢气循环冷却系统（氢外冷）3.氢内冷式转子绕组的冷却氢内冷式转子绕组的冷却三、汽轮发电机的测温系统三、汽轮发电机的测温系统 大型发电机的重要部件，如定子绕组、定子铁芯、转子绕组、氢气冷却器、大型发电机的重要部件，如定子绕组、定子铁芯、转子绕组、氢气冷却
42、器、冷风区、热风区以及密封油、轴承油等的运行温度需随时进行监视。冷风区、热风区以及密封油、轴承油等的运行温度需随时进行监视。 第四节第四节 汽轮发电机的励磁系统汽轮发电机的励磁系统发电机要发出电来，除了需要原动机带动其旋转外，还需给转子绕发电机要发出电来，除了需要原动机带动其旋转外，还需给转子绕组输入直流电流组输入直流电流(称为励磁电流称为励磁电流)，建立旋转磁场。供给励磁电流的电路，建立旋转磁场。供给励磁电流的电路，称为称为励磁系统励磁系统，包括，包括励磁机励磁机、励磁调节器及控制装置励磁调节器及控制装置等。等。 励磁系统由两个基本部分组成，即励磁功率单元和励磁调节器。励磁系统由两个基本部分
43、组成，即励磁功率单元和励磁调节器。 励磁控制系统指励磁系统及其控制对象励磁控制系统指励磁系统及其控制对象发电机共同组成的闭环发电机共同组成的闭环反馈控制系统。励磁控制系统原理框图如图所示。反馈控制系统。励磁控制系统原理框图如图所示。第四节第四节 汽轮发电机的励磁系统汽轮发电机的励磁系统一、励磁系统的主要功能一、励磁系统的主要功能 励磁系统的作用不仅是在发电机中建立旋转磁场，而且还对发电励磁系统的作用不仅是在发电机中建立旋转磁场，而且还对发电机及电网的安全、经济运行起着重要作用。（正常运行时：提供励磁电机及电网的安全、经济运行起着重要作用。（正常运行时：提供励磁电流；故障时：强励；快速灭磁）流；
44、故障时：强励；快速灭磁） 二、发电机励磁系统简介二、发电机励磁系统简介1.直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统并励直流发电机（与同步电机同轴）并励直流发电机（与同步电机同轴）G同步发电机同步发电机并励直流发电机并励直流发电机2.交流励磁机静止整流器励磁系统交流励磁机静止整流器励磁系统第四节第四节 汽轮发电机的励磁系统汽轮发电机的励磁系统3.交流励磁机旋转硅整流器励磁系统交流励磁机旋转硅整流器励磁系统第四节第四节 汽轮发电机的励磁系统汽轮发电机的励磁系统4.自并励励磁（静止励磁）系统自并励励磁（静止励磁）系统第四节第四节 汽轮发电机的励磁系统汽轮发电机的励磁系统第五节第五节 发电机的运行与控制发
45、电机的运行与控制 本节主要讨论汽轮发电机在起动、并列、停机、本节主要讨论汽轮发电机在起动、并列、停机、调整负荷及调相运行等不同运行条件下的状态及操作调整负荷及调相运行等不同运行条件下的状态及操作过程。过程。一、发电机的启动一、发电机的启动发电机由停机状态发电机由停机状态(检修后或新安装检修后或新安装)投入运行，投入运行，需按规程进行一系列试验及启动前的准备工作，待发需按规程进行一系列试验及启动前的准备工作，待发电机逐渐升速至额定转速电机逐渐升速至额定转速3000r/min。第五节第五节 发电机的运行与控制发电机的运行与控制二、发电机的并列二、发电机的并列 现代电力网是由多座发电厂、多台发电机并
46、列运行的大电网方式，现代电力网是由多座发电厂、多台发电机并列运行的大电网方式，省级电网、跨省的区域网，甚至跨国电力网已取得十分成熟的运行经验。省级电网、跨省的区域网，甚至跨国电力网已取得十分成熟的运行经验。 发电机常用的同步并列方法有两种：发电机常用的同步并列方法有两种：准同步并列法准同步并列法和和自同步并列自同步并列法法。此外还有异步起动和非同步合闸法。此外还有异步起动和非同步合闸法(事故情况下用事故情况下用)。(一一)准同步并列法准同步并列法 准同步准同步(又称精确同步又称精确同步)并列，是常用的基本同步方法。准同步并列并列，是常用的基本同步方法。准同步并列是指待并发电机与运行系统间满足同
47、步条件时进行并列操作，即当是指待并发电机与运行系统间满足同步条件时进行并列操作，即当发电发电机的频率、相序、电压大小和相位与系统的频率、相序、电压大小和相机的频率、相序、电压大小和相位与系统的频率、相序、电压大小和相位均相同位均相同(或接近或接近)时，将发电机的断路器合闸，完成与系统的并列。时，将发电机的断路器合闸，完成与系统的并列。 准同步并列分为手动准同步并列和自动准同步并列两种具体方法。准同步并列分为手动准同步并列和自动准同步并列两种具体方法。第五节第五节 发电机的运行与控制发电机的运行与控制1. 手动准同步并列手动准同步并列 手动准同步即用手操作相关开关，调节发电机电压、频率使其满手动
48、准同步即用手操作相关开关，调节发电机电压、频率使其满足同步条件闸并列的方法。足同步条件闸并列的方法。 (1)频率频率。汽轮机起动后，通过操作其调速开关，使其转速逐渐。汽轮机起动后，通过操作其调速开关，使其转速逐渐升高至额定值升高至额定值3000rmin，则同轴旋转的汽轮发电机的转速即达到，则同轴旋转的汽轮发电机的转速即达到与电网频率接近同步的要求。与电网频率接近同步的要求。 (2)电压电压。当汽轮发电机升速至额定转速后，经检查各处工作情。当汽轮发电机升速至额定转速后，经检查各处工作情况正常，即可给转子加上励磁电流，缓慢转动磁场变阻器手轮，减小况正常，即可给转子加上励磁电流，缓慢转动磁场变阻器手
49、轮，减小电阻以增加励磁电流，使发电机定子绕组电压逐渐升高达到与系统电电阻以增加励磁电流，使发电机定子绕组电压逐渐升高达到与系统电压相等。压相等。 (3)相位角相位角。在满足频率和电压相等的条件后，投入。在满足频率和电压相等的条件后，投入同步表同步表，待，待同步表指针缓慢顺时针转动至接近同步点时，操作断路器控制开关合同步表指针缓慢顺时针转动至接近同步点时，操作断路器控制开关合闸，使发电机与系统并列。并列成功后，无异常现象出现，即可使发闸，使发电机与系统并列。并列成功后，无异常现象出现，即可使发电机带上负荷，并退出同步仪表，并列操作完毕。电机带上负荷，并退出同步仪表，并列操作完毕。 第五节第五节
50、发电机的运行与控制发电机的运行与控制2自动准同步自动准同步 自动准同步并列装置是一种自动控制装置，它能根据系统的自动准同步并列装置是一种自动控制装置，它能根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调节脉冲去调节待并发电频率，检查待并发电机的转速，并发出调节脉冲去调节待并发电机的转速，使其略高出系统一预定数值。然后检查同步的回路开机的转速，使其略高出系统一预定数值。然后检查同步的回路开始工作，当待并发电机以微小的转差向同步点接近，且待并发电始工作，当待并发电机以微小的转差向同步点接近，且待并发电机与系统的电压差在机与系统的电压差在5V以内时，就提前一个预定时间发出合以内时，就提前一个预定时间发
