同步发电及结构原理、运行维护及试验

同步发电及结构原理、运行维护及试验 一、水轮机发电机的工作原理、结构、基本参数及相关学问 1、工作原理 同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的；定子和转子是构成发电机的最基本部分；转子上为励磁绕组；在励磁绕组通电后，会形成磁场，转子在原动机的拖动下旋转，该磁场跟着旋转，旋转的磁场不断切割定子的电枢绕组，所以定子绕组就感应出电势，在定子绕组接通后，就形成回路，从而将机械能转变为电能即所谓发电。 2、同步发电机基本结构 导线放在空心圆筒形铁芯槽里，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。定子和转子是构成发电机的最基本部分。为了得到三相沟通电，沿定子铁芯内圆，每相隔l20。分别安放着三相绕组Ax、BY、Cz，转子上有励磁绕组也称转子绕组 RL。 同步发电机示意图 1肯定子铁芯；2--转子；3一滑环；4一电刷；5一磁力线 通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。当转子被原动机带动旋转后，定子绕组也称电枢绕组不断切割磁力线，就在其中感应出电动势来。 感应电动势的方向由右手定则确定。由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应出的是沟通电动势。 3、同步的概念 当发电机带上负荷以后，三相定子绕组中的定子电流电枢电流，将合成产生一个旋转磁场。该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫“同步”。转速与频率间有严格的关系，即fpn/60 4、水轮发电机的型号 水轮发电机的型号，是其类型和特点的简明标记。 其表示法为 我国水轮发电机型号部分由汉语拼音组成，表示符号为 SF一立式空冷水轮发电机； SFS一立式水内冷水轮发电机； sFW．一卧式水轮发电机； SFD一水轮发电一电动机； SFG一贯式水轮发电机。 4、水轮发电机的基本参数 ①额定电流In 水轮发电机正常的连续运行的最大工作线电流，其单位是A或kA。 ②.额定电压Un 水轮发电机长期工作的最高线电压，单位为kv。 ③额定容量Sn 水轮发电机长期平安运行的最大允许输出视在功率，表达式为Sn√3SnIn，单位通常用kVA、MVA。 假如用有功功率表示，即用额定线电流的有功重量与电压所做的功表示，其表达式为P√3UnIncosφ。单位通常用MW表示。 ④额定功率因数cosφ。 额定有功功率与额定视在功率的比值。其表达式为cosφPn／Sn ⑤额定转速Nn 水轮发电机的主轴旋转次数，单位为r／min。Nn60f／p ⑥飞逸转速Nf 水轮发电机组在最高水头下带满载负荷运行时，突然甩去负荷，又逢调速系统失灵，导水机构位于最大开度下，机组可能达到的最高转速，称为机组的飞逸转速。 ⑦转动惯量J 所谓水轮发电机的转动惯量，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。 ⑧效率η 水轮发电机的效率为发电机向电网输送的有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比。 5、水轮发电机的损耗 水轮发电机的损耗可分为电磁损耗和机械损耗两大类。电磁损耗一般分为基本损耗和附加损耗两类。基本损耗主要包括铜损耗、铁损耗及励磁损耗。附加损耗包括附加铜损耗和附加铁损耗，机械损耗主要包括发电机的通风损耗、风摩损耗、滑环损耗以及轴承损耗等。 附加损耗亦称杂散损耗，在总损耗中所占比例很小，所以是次要损耗。而水轮发电机的主要损耗通常由铜损耗、铁损耗、风损耗及推力轴承损耗所构成。 ⑴铁损耗 铁损耗是指发电机定子铁芯在交变主磁通的作用下而产生的涡流损耗和磁分子阻力的摩擦所引起的磁滞损耗。铁损耗的大小主要取决于磁通密度的平方和频率。 ⑵铜损耗 铜损耗是指发电机的负荷电流通过定子绕组所产生的电阻损耗。铜损耗在数值上主要取决于发电机负荷电流的平方，其次还与铁芯的尺寸以及额定电压等因素有关。 ⑶励磁损耗 励磁损耗是指转子的励磁电流通过磁极绕组时的电阻损耗以及电刷与滑环的接触损耗。励磁损耗在数值上主要与励磁电流的平方有关。 ⑷通风损耗 所谓通风损耗是指水轮发电机通风冷却系统中风道和风洞中的损耗，而风摩损耗是指转子表面以及风扇克服空气阻力摩擦的能量损耗。 ⑸轴承损耗 水轮发电机的轴承损耗，主要包括推力轴承的摩擦损耗和油槽中的油流扰动损耗以及导轴承的摩擦损耗。 水轮发电机的效率为发电机向电网输送的有功功率与输入到发电机的水轮机轴功率之比。也可以表示为，由1减去发电机的总损耗占发电机输入功率的百分数。它的表达式为 式中 P。发电机向电网输送的有功功率，kW； pi输入到发电机的水轮机轴出力，kW； ∑△p水轮发电机的总损耗，kW。 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。一般在机组转速相同的条件下，其效率将随着发电机容量的增大而提高；在机组容量相同的条件下，高速水轮发电机的效率要高于低速水轮发电机的效率。 6、水轮发电机的类型 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。 立式装置的水轮发电机，按其推力轴承的装设位置不同，分为悬式和伞式两大类。 悬式水轮发电机的推力轴承位于上部机架上；在转子上方，通过推力头将机组整个旋转部分的重量悬挂起来，由此而得名。 伞式水轮发电机的推力轴承，装在转子下方的下部机架上或者装在位于水轮机顶盖上推力支架上。（伞式水轮发电机又可分为半伞式和全伞式） 所谓半伞式水轮发电机，装有上部导轴承而不装下部导轴承，即有上无下；所谓全伞式水轮发电机装有下导而没有上导，即有下无上。 乌江渡发电厂水轮发电机属半伞式。 7、水轮发电机基本结构 组成水轮发电机主要由定子、转子、推力轴承、下机架、上机架、上导轴承、制动和除尘系统、通风冷却系统、防油雾和消防系统组成。 定子和转子是发电机产生电磁作用的主要部件，其它部件仅起支持或协助作用。 半伞式水轮发电机 1一受油器；2一上导轴承；3一上机架；4--上端轴；5一中心体；6一推力轴承； 7_油冷却器；8一支臂；9一水轮机主轴；l0一水轮机顶盖支架；11一制动器； 12一磁轭；l3一磁极l4一铁芯；l5-绕组；16一机座；l7一空气冷却器 ⑴、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，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。 ①．定子机座 定子机座俗称定子外壳。主要作用是承受定子自重；承受上部机架以及装置在机架上的其他部件的重力；承受电磁扭矩和不平衡磁拉力；承受绕组短路时的切向剪力；定子机座必需具有足够的强度，