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1、1,水輪發(fā)電機課件,廣西電力職業(yè)技術(shù)學院 黃西有（老師）,一.水輪發(fā)電機,轉(zhuǎn)子 檢測保護系統(tǒng) 定子 滅火系統(tǒng) 上機架 上蓋板和下風罩 下機架 大軸等部分組成 空氣冷卻系統(tǒng) 制動系統(tǒng) 集電環(huán)和碳刷,轉(zhuǎn)子,由磁軛和磁極等部件組成，磁軛下端裝有制動環(huán)，轉(zhuǎn)子絕緣為F級，磁極線圈由五邊形銅排繞成，匝間采用環(huán)氧玻璃布絕緣，兩端用環(huán)氧玻璃布板經(jīng)熱壓成整體，極身絕緣為特制的環(huán)氧玻璃布絕緣套。轉(zhuǎn)子磁軛用鑄鋼，分兩段熱套于軸上，轉(zhuǎn)子上裝有縱橫阻尼繞組，扇形阻尼環(huán)及極間不連接阻尼環(huán)，發(fā)電機主軸為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝了轉(zhuǎn)子電流輸入電纜。,定子,由定子機座、定子鐵芯、定子線圈等
2、組成，發(fā)電機定子線圈采用F級絕緣，有防暈措施。,上機架、下機架,上機架是發(fā)電機的承重支架，用來支撐水輪發(fā)電機組軸向負荷和部分徑向負荷，上機架中心油盆內(nèi)安裝了上導軸承和推力軸承。 下機架用來支撐下導軸承和制動器，下機架中心油盆內(nèi)安裝了下導軸承，在頂轉(zhuǎn)子時，下機架要承受機組轉(zhuǎn)動部分的重量。,空氣冷卻系統(tǒng),發(fā)電機采用雙路自循環(huán)密閉通風空氣冷卻方式，在轉(zhuǎn)子兩端裝有螺旋槳式風扇，旋轉(zhuǎn)時向轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)送風，由離心作用通過磁極、氣隙和定子通風溝，再通過空氣冷卻器，將機組運行中產(chǎn)生的熱量帶走，熱空氣被冷卻后再進入循環(huán)風路中。發(fā)電機定子機座外均勻裝設了4個空氣冷卻器，運行過程中，在定子溫度不超限的前提下，可退出一
3、個。,制動系統(tǒng),發(fā)電機采用機械制動的方式，在下機架支臂上均勻裝設了4只具有復位功能的制動器，每個制動器上均安裝了復位信號發(fā)送裝置，制動器也作為發(fā)電機頂起裝置的一部分。,集電環(huán)和碳刷,發(fā)電機最上端的集電環(huán)和碳刷，其作用是將靜止的勵磁系統(tǒng)輸出的電流送入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈。,滅火系統(tǒng),發(fā)電機采用水噴霧滅火系統(tǒng)，機組內(nèi)設置感溫感煙式探測器及專用噴霧頭，并配有專門的自動報警裝置，當自動報警裝置報警時，電站工作人員確認發(fā)電機已失火后，打開滅火裝置水管進行滅火，使用水壓為0.2-0.25MPa。,下風罩,下風罩安裝在主軸法蘭連接處，構(gòu)成發(fā)電機的密閉倉，下風罩也作為發(fā)電機的安裝平臺，及水輪機吊車的支撐體。 下風罩
4、上裝設大軸接地碳刷，和頂轉(zhuǎn)子限位裝置，防止軸電流經(jīng)瓦面接地造成燒瓦和頂轉(zhuǎn)子過高造成設備損壞。,二.運行操作,機組開停機操作 閘門操作 蝶閥操作 調(diào)速器操作,三.水輪發(fā)電機,水輪機的轉(zhuǎn)速都比較低，特別是立式水輪機，為了能發(fā)出50HZ的交流電，水輪發(fā)電機采用多對磁極結(jié)構(gòu)，對于每分鐘120轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機，轉(zhuǎn)子為25對磁極（n=60f/p）。三峽水電站單機容量為700MW，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為75r/min，使用40對磁極。,水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)，下圖是發(fā)電機的磁軛和磁極，磁軛是磁極磁力線的通路，如圖所示發(fā)電機有南北相間的24個磁極，在磁軛外圓周開有T形槽，磁極通過T形榫頭，固定在磁軛上。圖1是轉(zhuǎn)子鐵
5、芯，圖中是兩個沒有安裝的磁極。,圖1--水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子有多對磁極,每個磁極上都繞有勵磁線圈，磁極電源由安裝在主軸端頭的勵磁發(fā)電機提供，或由外部的勵磁電源系統(tǒng)提供（由集電環(huán)向勵磁線圈供電）。24個勵磁線圈連接組成南北相間的12對磁極。,圖2--有勵磁繞組的轉(zhuǎn)子鐵芯,磁軛安裝在轉(zhuǎn)子支架上，在轉(zhuǎn)子支架中心安有發(fā)電機主軸，在主軸的上端頭安裝有勵磁發(fā)電機或集電環(huán)，勵磁繞組的引出線連接到集電環(huán)，軸下端有連接水輪機的法蘭，見圖3。,,圖3--水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子,定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組，每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律排列，見圖4。,,圖4--水輪發(fā)電機定子鐵芯,定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞
6、組，每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律排列，見圖5。,,圖5--水輪發(fā)電機定子繞組,大型水輪發(fā)電機極數(shù)、槽數(shù)很多，電流大，較多采用波繞組，圖6是雙層波繞組示意圖。,圖6--水輪發(fā)電機定子繞組,水輪發(fā)電機安裝在由混凝土繞筑的機墩上，在機墩上安裝機座，機座是定子鐵芯的安裝基準，也是水輪發(fā)電機的外殼，在機座外殼安裝有散熱裝置，降低發(fā)電機冷卻空氣的溫度。在機墩上還安裝下機架，下機架有推力軸承，用來安裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子，推力軸承可承受轉(zhuǎn)子的重量與振動、沖擊等力，見圖7.,圖7--水輪發(fā)電機機墩、機座、下機架,在機座上安裝定子鐵芯和定子線圈，見圖8,圖8--水輪發(fā)電機的定子,轉(zhuǎn)子插在定子中間，與定子有很小間隙，
7、轉(zhuǎn)子由下機架的推力軸承支撐，可以自由旋轉(zhuǎn)，見圖9。,,圖9--轉(zhuǎn)子安裝在下機架上,安裝上機架，上機架中心安裝有導軸承，防止發(fā)電機主軸晃動，使它穩(wěn)定處于中心位置。,圖10--水輪發(fā)電機未蓋地板,鋪好上層平臺地板，裝好電刷裝置或勵磁電機，一臺水輪發(fā)電機就安裝好了。,圖11--水輪發(fā)電機,水輪發(fā)電機常見故障及處理方法,（一）發(fā)電機過負荷 一般來說，小型發(fā)電機在并入大電網(wǎng)運行時，是無過負荷現(xiàn)象的，可能出現(xiàn)過負荷運行的情況有： （1）電網(wǎng)高壓線路某處發(fā)生事故，線路電壓大幅度下降。 （2）機組運行于獨立小電網(wǎng)時，供電負荷過大；機組并網(wǎng)運行于用戶線路，因為該線路突然停電，導致用戶的負荷接近于機組供電負荷，導
8、致并網(wǎng)機組過負荷運行。,從水輪發(fā)電機組在正常運行的角度上看，過負荷現(xiàn)象是應該堅決杜絕的。當然根據(jù)實際的情況，在運行規(guī)程規(guī)定框架內(nèi)，當幾組發(fā)生特殊的事故情況時，發(fā)電機可以承載短時過負荷。這是因為發(fā)電機對溫升和絕緣材料的耐溫能力有一定的裕度，所以短時間過負荷不會對絕緣材料的壽命產(chǎn)生太大的影響。同時，繞組絕緣老化需要一定的時間，質(zhì)損耗增大，絕緣材料變脆，介耐受擊穿電壓強度降低等，也都需要經(jīng)過一定時間的高溫作用。高溫作用時間短，絕緣材料的損害程度就輕。,在發(fā)生事故或者在特殊情況下，需要發(fā)電機組過負荷運行的，一旦發(fā)電機定子電流超過允許值，電氣值班人員應該馬上檢查發(fā)電機的功率和電壓，同時密切觀察和記錄定子
9、電流超過允許值所經(jīng)歷的時間，接著按照相關(guān)的規(guī)定通過減少勵磁電流，降低定子電流到額定電流值。在這過程中需要注意的是，避免出現(xiàn)功率因數(shù)過高和定子電壓過低的情況。如果這種方法沒有發(fā)揮作用，那就需要馬上降低發(fā)電機的有功負荷，或者先將一部分負荷切斷，使定子電流降到許可值。,,（二）發(fā)電機運行中欠勵磁或失磁 發(fā)電機的欠勵磁，是指發(fā)電機運行中，晶閘管損壞，突然二相運行，使發(fā)電機的勵磁電流大幅度減少，嚴重時會使發(fā)電機進相運行的現(xiàn)象。發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁回路斷線、晶閘管勵磁開關(guān)誤跳閘或勵磁二相以上整流管損壞，會使發(fā)電機失去勵磁電流而造成失磁。 當發(fā)電機欠勵磁運行時，可以通過鉗形電流表，來對勵磁回路三相電流進行檢查，如
10、果發(fā)現(xiàn)是勵磁少一相工作，就應該立即降低有功負荷，解列停機后再有針對性的進行檢查處理。,一般來說，并網(wǎng)運行的發(fā)電機失磁后，勵磁電流表指示降為零；發(fā)電機定子電壓表指示下降，定子電流出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象，此時過負荷保護動作將會迅速發(fā)出信號；這種情況下發(fā)電機轉(zhuǎn)速不斷升高、功率因數(shù)表進相、無功電能表倒轉(zhuǎn)。 當發(fā)電機失磁后，會造成發(fā)電機同步運行變?yōu)楫惒竭\行，發(fā)電機向電網(wǎng)吸收大量無功功率。,具體的處理方法： 為了降低定子電流，值班人員應快速的降低有功功率； 手動增加勵磁電流或合上勵磁開關(guān)恢復勵磁電流； 如仍無效果，說明勵磁轉(zhuǎn)子繞組回路有斷路故障，應立即解列停機檢查處理。,（三）發(fā)電機過負荷 現(xiàn)象: 當發(fā)電機處
11、于過負荷狀態(tài)下時，其定子電流會超過額定值，同時其有功、無功及轉(zhuǎn)子電流也會超出額定值，同時定子電流如果超出額定值的1.1倍時，則會導致過負荷保護發(fā)出動作，出現(xiàn)過負荷報警信號。 處理:,在水輪發(fā)電機組正常運行過程中，需要加強監(jiān)視，對其電壓、頻率和電流大小進行進行實時關(guān)注。一旦發(fā)現(xiàn)電壓或是頻率升高時，則需要通過降低無功或有功負荷，使定子電流能夠降至額定值范圍，當調(diào)整后狀況沒有得到有效改善時，則需要采取切實可行的措施將過負荷消除。當電壓或是頻率降低時，則為了避免過負荷的產(chǎn)生，則可以減小勵磁電流，但需要確保母線電壓要處于正常值范圍內(nèi)。一旦母線電壓降至事故極限值時，這時發(fā)電機組仍處于過負荷狀態(tài)下，這就需要
12、采取限負荷運行，必要時還需要啟動備用機組。,（四）發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地 現(xiàn)象: 在發(fā)電機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地時，表計指示沒有異常情況發(fā)生，但無論是警鈴、還是轉(zhuǎn)子一點接地信號都會發(fā)生報警信號，同時計算機報警信號也會同時反應。 處理:,1）當發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地報警時，則需要對轉(zhuǎn)子一點接地信號進行檢查，看其是否能夠復位，從而判斷出是瞬時接地還是永久接地；2）通過轉(zhuǎn)子電壓表來對轉(zhuǎn)子正地對和負對地電壓值進行測量；3）通過勵磁回路的檢查來對接地的性質(zhì)和部位進行判明；4）無論是金屬性接地還是非金屬性接地，都需要及時報告調(diào)度做好停機準確，但對于金屬性接地，則需要還做啟用備用機組的準備。4）當發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接時，檢查處理
13、時間通常都是在二個小時內(nèi)完成，如果二個小時內(nèi)沒辦法處理的，則需要停機進行處理。,（五）轉(zhuǎn)子回路兩點接地 現(xiàn)象： 1）警鈴響，機旁發(fā)“轉(zhuǎn)子接地”信號，計算機有報警信號；2）轉(zhuǎn)子電流異常增大，轉(zhuǎn)子電壓降低；3）無功功率表指示降低，功率因數(shù)可能進相，有功負荷可能降低；4）由于磁場不平衡，機組有劇烈振動聲；5）嚴重時，失磁保護有可能動作。,處理： 由于轉(zhuǎn)子兩點接地時，由于轉(zhuǎn)子電流增大，可能使勵磁回路設備損壞；若接地發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部，則轉(zhuǎn)子繞組過熱；機組劇烈振動損壞設備，因此立即緊急停機，并報告調(diào)度。,（六）發(fā)電機溫度過高 現(xiàn)象： 1）上位機發(fā)對應“機組溫度過高”信號；2）發(fā)電機定子線圈、定子鐵芯或冷
14、、熱風溫度高于額定值。 處理： 1）若發(fā)電機的有功負荷或定子電流超過了額定值，則調(diào)整到額定范圍內(nèi)運行；2）若測溫裝置異常引起，則退出故障測點，并通知維護專業(yè)班組進行處理；,3）若空冷器進、出水閥開度不夠，則調(diào)節(jié)空冷器進、出水閥開度；4）若機組冷卻水壓不足，則檢查供水泵，同時投入機組冷卻備用水，調(diào)整水壓至正常；5）若空冷器堵塞造成水路不通，則短時加壓供水或倒換機組冷卻水；6）若空冷器進出水閥閥芯脫落在關(guān)側(cè)引起，轉(zhuǎn)移機組負荷降低機組出力運行，控制冷、熱風溫度不致過高；7）在不影響全廠出力和系統(tǒng)的條件下，適當調(diào)整各機組的有、無功負荷分配；8）經(jīng)采取以上措施無效，定子線圈、鐵芯溫度超過120，則應聯(lián)系
15、調(diào)度停機處理。,（七）發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路斷線 現(xiàn)象： 1）警鈴響，發(fā)“失磁保護動作”信號，計算機有報警信號；2）發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流表指針向零方向擺動，勵磁電壓升高；3）定子電流急劇降低，有功、無功降至零；4）如磁極斷線，則風洞內(nèi)冒煙，有焦臭味，并有很響的哧哧聲。 處理： 1）立即停機，檢查FMK動作情況，并報告調(diào)度；2）如有著火現(xiàn)象，應立即進行滅火。,（八）發(fā)電機定子接地 發(fā)電機定子接地是指發(fā)電機定子繞組回路或與定子繞組回路直接相連的一次系統(tǒng)發(fā)生的單相接地短路。定子接地分為瞬時接地、永久接地、斷續(xù)接地等。 現(xiàn)象： 1）警鈴響，機旁發(fā)“定子接地”信號，計算機有報警信號；2）定子三相電壓不平衡，定子接地電
16、壓表出現(xiàn)零序電壓指示。 處理：,1）檢測、A、B、C三相對地電壓；（真接地時，定子電壓表指示接地相對地電壓降低或等于零，非接地相對地電壓升高，大于相電壓小于線電壓，且線電壓仍平衡。假接地時，相對地電壓不會升高，線電壓不平衡。這是判斷真、假接地關(guān)鍵；2）經(jīng)檢查如系內(nèi)部接地，報告調(diào)度，起動備用機組或轉(zhuǎn)移負荷，盡快解列停機；3）經(jīng)檢查如系外部接地，應查明原因，報告調(diào)度，按調(diào)度的要求處理；4）在選擇接地期間，應監(jiān)視發(fā)電機接地電壓，發(fā)現(xiàn)消弧線圈故障應立即停機。,（九）發(fā)電機冒煙著火 現(xiàn)象： 發(fā)電機上部蓋板或是密封不嚴處有煙氣冒出，而且風洞內(nèi)會出現(xiàn)濃煙，還會有絕緣燒焦的氣味，嚴重時還會有火花冒出。 處理：,當值人員發(fā)現(xiàn)以上情況時，可以判斷發(fā)電機著火，這時需要緊急進行停機，并通知值長進行及時處理，查看發(fā)電機出口開關(guān)，確保出口開關(guān)處于跳開的間狀態(tài)，同時還要確保滅磁開關(guān)也處于跳閘的狀態(tài)，這時可則需要采用消防水進行滅火，在滅火的同時觀察水車室的水路是否處于暢通狀況，直到火熄滅為止。,謝謝！,
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