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1、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同步发电机是利用机是利用电磁感磁感应原理，将机械能原理，将机械能转变为电能的能的装置。装置。铁芯是固定不芯是固定不动的，称的，称为定子。磁力定子。磁力线由磁极由磁极产生，生，磁极是磁极是转动的，称的，称为转子。定子和子。定子和转子是子是发电机的最基本机的最基本部分。部分。为了得到三相交流了得到三相
2、交流电，沿定子，沿定子铁芯内芯内圆，每相隔，每相隔120分分别安放三相安放三相绕组AX、BY、CZ，转子上有励磁子上有励磁绕组（也称（也称转子子绕组）RL。励磁系。励磁系统产生的直流生的直流电通通过电刷和滑刷和滑环引入引入转子励磁子励磁绕组，产生恒生恒稳的磁的磁场。当。当转子子被原被原动机机带动旋旋转时，定子，定子绕组不断切割磁力不断切割磁力线，产生感生感应电动势。感。感应电势的方向可由右手定的方向可由右手定则来确定。由于来确定。由于转子子产生的磁生的磁场是旋是旋转磁磁场，所以定子，所以定子绕组切割磁力切割磁力线的方的方向不断向不断变化，在其中感化，在其中感应的的电势方向就不断方向就不断变化，
3、因而形化，因而形成交成交变电势即交流即交流电动势。二、同步发电机的基本知识二、同步发电机的基本知识交流交流电动势的的频率率为f，它决定于，它决定于转子的磁极子的磁极对数数P和机和机组转速速n，其，其计算公式算公式为:f=pn/60（Hz），我国），我国规定交流定交流电的的频率率为50HZ。何。何为同步呢？当同步呢？当发电机并网机并网带上上负荷后，三荷后，三相定子相定子绕组中的定子中的定子电流（流（电枢枢电流）将合成一个旋流）将合成一个旋转磁磁场，该磁磁场与与转子以同速度、同方向旋子以同速度、同方向旋转，这就叫就叫“同步同步”。同步。同步发电机也由此而得名，它的特点是机也由此而得名，它的特点是转
4、速与速与频率之率之间有有严格的关系，即格的关系，即n0为同步同步转速，若：速，若：p=11，则n=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
5、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、发电机的基本参数额定定电流流In:指一台水指一台水轮发电机正常机正常连续运行运行时定子最定子最大工作大工作线电流，流，单位是位是A或或KA。额定定电压Un:指一台水指一台水轮发电机机长期安全工作期安全工作时定子最定子最高三相高三相线电压，单位是位是kV。额定容量定容量Sn:指一台水指一台水轮发电机机长期安全运行期安全运行时定子最定子最大允大允许输出出视在功率。在功率。由于由于发电机机发出的是三相交流出的是三相交流电，所以分，所以分为视在功率、有在功率、有功功率、无功功率。功功率、无功功
6、率。视在功率：在功率：Sn=3UnIn（KVA,MVA）有功功率：有功功率：Pn=3UnIncos(KW,MW)无功功率：无功功率：Qn=3UnInsin(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、发电机的基本参数额定功率因素：定功率因素：cos，cos=Pn/Sn额定定转速：速：nn=60f/P=3000/Pnn-水水轮发电机机额定定转速速,r/min。f-我国交流我国交流电标准准频率率,f=50HZ。P-水水轮发电机机转子磁极子磁极对数。数。飞逸逸转速速nf:当一台水当一台水轮发电机机组在最高水在最高水头Hmax下，下，带满负荷又突然甩去荷又突然甩去满负荷
7、，又逢荷，又逢调速系速系统失灵，失灵，导叶位于叶位于最大开度最大开度a0max下，机下，机组达到最高达到最高转速，称速，称为机机组飞逸逸转速。速。水水轮机机转轮，发电机机转子以及其它子以及其它转动部件机械部件机械强度，即按度，即按飞逸逸转速校核。一般制造厂家速校核。一般制造厂家设计标准保准保证机机组在在飞逸工况逸工况下允下允许运行运行2min不破坏。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、发电机的基本参数转动惯量：量：J J是指是指转子子刚体内各体内各质点的点的质量与其到旋量与其到旋转轴距离平方的乘距离平方的乘积之之总和。和。GDGD2 2:是水是水轮发电机机转子力矩（
8、子力矩（飞轮力矩），它是水力矩），它是水轮发电机机转子部分重量与其子部分重量与其惯性直径的乘性直径的乘积。不等于它的。不等于它的转动惯量量J J，但它，但它们之之间存在一定的关系，即存在一定的关系，即GDGD2 24gJ 4gJ。GDGD2 24gJ 4gJ 由于它由于它们之之间只差一个常数，所以在工程中往只差一个常数，所以在工程中往往用水往用水轮机机飞轮力矩力矩GDGD2 2来表示来表示发电机的机的转动惯量量J J，又由于，又由于转子所具有子所具有飞轮力矩力矩约占整个机占整个机组飞轮力矩力矩9090，因此，所，因此，所谓水水轮发电机的机的飞轮力矩，一般指力矩，一般指转子的子的飞轮力矩。力矩。
9、G-G-水水轮发电机机转子子总重量，重量，kg kg D-D-水水轮发电机机转子子惯性直径，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力矩GDGD2 2反映了水反映了水轮发电机机转子子惯性和机性和机组转动部分部分保持原有运保持原有运动状状态能力，能力，转动惯量影响水量影响水轮发电机机组以及以及电力系力系统稳定性。定性。J J与与额定容量定容量SnSn成正比，与成正比，与额定定转速平方速平方nn2 2成反比。成反比。GDGD2 2越大，越大，SnSn越大，越大，nn越小。越小。效率效率:它与能量它与能量损失有关。失有关。水水轮发电机机损耗：耗：
10、电磁磁损耗和机械耗和机械损耗耗其中其中电磁磁损耗又分耗又分为基本基本损耗和附加耗和附加损耗两种。耗两种。基本基本损耗：有耗：有铜损、铁损、励磁、励磁损耗耗附加附加损耗：附加耗：附加铜损、附加、附加铁损机械机械损耗：通耗：通风损耗、耗、风摩摩损耗、滑耗、滑环损耗、耗、轴承承损耗耗三、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水轮发电机的效率机的效率为发电机向机向电网网输送有功功率与送有功功率与输入到入到发电机的水机的水轮机机轴功率之比功率之比=(PPS)100%=P（P+P）100%=1P（P+P）100%式中式中P-发电机向机向电网网输送有功功率，送有功功率，kWP
11、S-输入到入到发电机的水机的水轮机机轴出力，出力，kWP-水水轮发电机机总损耗，耗，kW水水轮发电机的效率高，机的效率高，说明它的内部明它的内部损耗少；效率低，耗少；效率低，说明它的内部明它的内部损耗多。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cosn：0.9 （滞后）额定频率fn：50 Hz额定转速nn：272.7 r/min三、发电机的类型及基本参数
12、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、定子定子是水定子是水轮发电机的固定部件之一。它主要由机座、机的固定部件之一。它主要由机座、铁芯、芯、定子定子绕组、上下、上下齿压板、端箍支架、端箍、基板、端箍支架、端箍、基础板及引出板及引出线
13、等部件等部件组成。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。它的主要作用是承）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，受定子自重，上机架以及装置在机架上其它部件的重力，承受承受电磁扭矩和不平衡磁拉力，承受磁扭矩和不平衡磁拉力，承受绕组短路短路时切向剪力。切向剪力。因此，定子机座必因此，定子机座必须具有足具有足够的的强度，防止定子度，防止定子变形和振形和振动。2 2）定子）定子铁芯：芯：铁芯固定在机座上，是同步芯固定在机座上，是同步发电机的主磁通机的主磁通磁路的一部分，一般由磁路的一部分
14、，一般由导磁性能磁性能较好的好的0.5mm0.5mm厚且冲有一厚且冲有一定槽形的硅定槽形的硅钢片叠片叠压而成。定子而成。定子铁芯由扇形冲片，通芯由扇形冲片，通风槽槽片，上下片，上下齿压板，定位筋托板，拉板，定位筋托板，拉紧螺杆等零部件装螺杆等零部件装压而而成。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）定子绕组：三相：三相绕组线圈嵌装在圈嵌装在铁芯的芯的齿槽内；当交槽
15、内；当交变磁磁场切割切割绕组时，在，在绕组中中产生交生交变电动势和交和交变电流，流，从而完成水能从而完成水能机械能机械能电能的最能的最终转换。我厂定子。我厂定子绕组为条形波条形波绕组，每极每相槽数，每极每相槽数为4+4/114+4/11，线圈由圈由 双双涤纶玻璃玻璃丝包包烧结铜扁扁线绕制而成。制而成。绕组主主绝缘采用采用F F级高高场强绝缘系系统，并，并进行防行防晕处理，具有良好的理，具有良好的电气性能。定气性能。定子子绕组为2 2支路支路Y Y形形连接，定子接，定子绕组的并的并头及引及引线连接均采接均采用用银铜焊工工艺，焊接性能良好。接性能良好。四、发电机的结构四、发电机的结构1 1、定子、
16、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、转子子转子是水子是水轮发电机的旋机的旋转部件，位于定子里面，与定子之部件，位于定子里面，与定子之间保持一定的空气保持一定的空气间隙隙。转子通子通过主主轴与下面的水与下面的水轮机机连接。它的作用是接。它的作用是产生磁生磁场并通并通过与定子的相互作用，将水与定子的相互作用，将水轮机机产生的机械能生的机械能转换成成电能，由定子能，由定子绕组输出。它由主出。它由主轴、转子支架、磁子支架、磁轭和磁极等部分和磁极等部分组成。成。四、
17、发电机的结构四、发电机的结构2 2、转子子1)1)主主轴 主主轴起中起中间连接作用，其下部与水接作用，其下部与水轮机主机主轴相相连，它它是用是用来来传递机械机械转矩，并承受矩，并承受转子部分的子部分的轴向力向力。除小型。除小型发电机机外，大、中型外，大、中型转子的主子的主轴均作成空心的。均作成空心的。转轴采用采用优质合金合金钢20SiMn20SiMn锻制而成，具有足制而成，具有足够的的刚度和度和强度。度。2 2）转子支架子支架 转子支架主要用于固定磁子支架主要用于固定磁轭并并传递转矩。是把磁矩。是把磁轭和和转轴连接成一体的中接成一体的中间部件。正常运行部件。正常运行时，转子支架要承受扭子支架要
18、承受扭矩、磁极和磁矩、磁极和磁轭的重力力矩、的重力力矩、转子自身的离心力以及子自身的离心力以及热打磁打磁轭键而而产生的径向配合力。生的径向配合力。对于支架于支架与主与主轴热套套结构，构，还要要承受承受热套引起的配合力作用。套引起的配合力作用。转子支架子支架为圆盘式式焊接接结构，构，在厂内加工后整体运在厂内加工后整体运输到工地。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、转子子3)3)磁磁轭 它的作用是它的作用是产生生转动惯量和固定磁极，同量和固定磁极，同时也是磁路的一也是磁路的一部分。磁部分。磁轭在运在运转时承受扭矩和磁极与磁承受扭矩和
19、磁极与磁轭本身离心力的作本身离心力的作用。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、转子子4)4)磁极磁极 当直流励磁当直流励磁电流
20、通入磁极流通入磁极线圈后就圈后就产生生发电机磁机磁场，因此磁极是，因此磁极是产生磁生磁场的部件。磁极主要由的部件。磁极主要由磁极磁极铁芯、励磁芯、励磁绕组和阻尼和阻尼绕组三部分三部分组成。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
21、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
22、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、推力轴承承推力推力轴承是一种承受整个水承是一种承受整个水轮发电机机组转动部分的全部重量以及水部分的全部重量以及水轮发电机的机的轴向水推力的滑向水推力的滑动轴承，在承，在镜板与推力瓦之板与推力瓦之间由于由于镜板的旋板的旋转运运动，会建立起厚度，会建立起厚度为0.1mm0.1mm左右的油膜，形成良好的左右的油膜，形成良好的润滑条件，同滑条件，同时经推力
23、推力轴承将将承将将这些力些力传递给水水轮发电机的荷重机架。它是水机的荷重机架。它是水轮发电机机组最重要的最重要的组成部件之一，其工作性能成部件之一，其工作性能的好坏，将直接关系到机的好坏，将直接关系到机组的安全和的安全和稳定运行。定运行。对推力推力轴承的基本要求是：在机承的基本要求是：在机组启启动过程中，能迅速建立油膜；在各种程中，能迅速建立油膜；在各种负荷工况下运行荷工况下运行时，能保持油膜厚度，能保持油膜厚度，以确保以确保润滑良好；各滑良好；各块推力瓦受力均匀；各推力瓦受力均匀；各块瓦温的最大温升及平均温升瓦温的最大温升及平均温升满足足设计要求，并且各瓦之要求，并且各瓦之间的温差的温差较小
24、；循小；循环油路油路畅通且气泡少；冷却效果均衡且效通且气泡少；冷却效果均衡且效率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的率高；密封装置合理且效果良好；推力瓦的变形量在允形量在允许范范围内。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、推力轴承承推力推力轴承承为厚瓦加厚瓦加弹性油箱的液性油箱的液压弹性支撑方式。性支撑方式。弹性油箱采用装配式性油箱采用装配式结构，并构，并相互相互连通，能自通，能自动平衡各瓦平衡各瓦块间的受力。整的受力。整圆由由1010块扇形扇形弹性金属塑料瓦性金属塑料瓦组成。成。轴承支座由承支座由钢板制成，用螺
25、板制成，用螺钉紧固在上机架中，固在上机架中，为防止防止轴电流的流的产生，在上生，在上导瓦瓦和上机架和上机架间加以加以绝缘，当机，当机组额定持定持续荷荷载运行运行时，推力瓦温度不超，推力瓦温度不超过5555。推。推力力轴承承总负荷荷为620t620t。四、发电机的结构四、发电机的结构4 4、推力、推力轴承承 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、推力轴承承 四、发电机的结构四、发电机的结构镜板4 4、推力、推力轴承承 四、发电机的结构四、发电机的结构推力头及卡环5 5、发电机制机制动系系统水水轮发电机制机制动方式方式 机械制动、电气制动、混合制动
26、 我厂采用机械制动加电制动的方式制动。水水轮发电机制机制动系系统的的组成成 制动装置（俗称 风闸）、控制元件、管路系统。机械制机械制动的作用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250毫米的制动器6个，机组停机时，当转速降到20nN(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、通风冷却系冷却系统 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