第二章汽轮发电机及运行技术.

火电机组培训报告人：胡志光单位：华北电力大学《电气设备及运行》讲稿第二章汽轮发电机及运行技术第二章目录第一节汽轮发电机的基本知识第二节汽轮发电机的励磁系统第三节汽轮发电机的运行特性第四节汽轮发电机的启、停操作和运行监视第五节汽轮发电机的正常运行与调整第六节汽轮发电机的进相运行第七节汽轮发电机的异常运行和事故处理复习思考题第一节汽轮发电机的基本知识一、汽轮发电机的工作原理由汽轮机拖动发电机旋转至额定速，投入励磁系统，在转子绕组中通过励磁电流If，If产生主磁通Φ0，Φ0切割定子绕组，在定子绕组中产生交变电动势E0，机端输出三相交流电压U，当U=UN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I，该电流合成一个旋转磁场ΦS，ΦS与Φ0同步旋转，又相互作用，使发电机将机械能转换成电能。发电机发出的对称三相交流电动势为：eA=EmsinteB=Emsin(t–120°)eC=Emsin(t–240°))(60Hzpnf感应电动势的频率取决于发电机的磁极对数p和转子转速n。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p对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变了p个周期。设转子的转速为n（r/min），则感应电动势的频率为：二、汽轮发电机的结构发电机本体主要由一个不动的定子（包括机座和端盖、定子铁芯和定子绕组、定子出线和出线盒、定子水路、氢冷却器、隔振装置和端部结构等）和一个可以转动的转子（包括转子铁芯和绕组、绕组电气连接件、转轴、风扇、阻尼系统等）构成。如图所示。发电机的本体结构剖视图1.汽轮发电机的本体组成2.1000MW汽轮发电机的结构特点1）定子机座采用紧凑式，冷却器四角布置。2）定子铁芯采用有方向性的硅钢片，表面烘焙无机清漆。3）定子铁芯端部结构采用铜屏蔽及磁分路技术。4）定子水冷线圈具有最大铜填充量，上下层线圈截面不等。5）定子绝缘采用F级绝缘，按B级温度限制。6）定子线圈端部采用滑移结构。7）定子瓷套端子采用30kA等级氢冷结构。8）转子冷却方式采用气隙取气，带风区隔环技术。9）转子轴采用高强度NiCrMoV合金材料。10）转子护环采用高强度18Mn-18Cr材料，即刚度较大钢锻件。11）转子轴振采用经过最优化的小长径（L/D）比。12）转子横截面确保最大线圈空间。13）转子端盖式轴承采用椭圆型轴承。14）转子密封瓦采用双环式结构。15）密封油系统采用单流系统。发电机的辅助设备主要包括：（1）励磁系统（励磁变压器、可控整流器、励磁调节器、灭磁装置和起励电源等）；（2）继电保护装置（纵差、匝间、定子接地、转子接地、失磁、逆功率、过负荷、不对称等）；（3）氢、油、水系统（氢气冷却系统、油密封系统、水冷却系统）；（4）测量、监视、控制系统（气体控制装置、冷却水控制装置、各种氢气压力表、氢气纯度表、轴密封油压力表、冷却系统温度元件、发电机内部气体温度元件、绕组温度和定子铁芯端部结构件的温度元件和用来监控定子绕组冷却水的温度、压力、流量和导电率的元件等）。3.发电机的辅助系统汽轮发电机整体结构外形图汽轮发电机整体结构剖视图汽轮发电机的基座和定子铁心1.汽轮发电机定子结构图汽轮发电机定子结构图定子绕组在定子槽内布置图1—槽楔；2—波纹板；3—热弹性绝缘；4—上层空心绕组；5—下层实心绕组2.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的护环和端部结构汽轮发电机转子外形图序号名称单位设计值试验值保证值备注规格型号发电机型号QFSN-1000-2-27额定容量SnMVA11121112额定功率PnMW1000最大连续输出功率PmaxMW与汽轮机T-MCR工况出力相匹配最大连续视在功率SmaxMVA与汽轮机T-MCR工况出力相匹配额定功率因数CosΦn0.9定子额定电压UnkV27定子额定电流InA23759额定频率fnHz50额定转速nnr/min3000额定励磁电压UfnV453.6（100C）额定励磁电流IfnA5049定子线圈接线方式YY冷却方式水氢氢励磁方式静态自并励励磁方式三、发电机的主要技术参数参数性能定子每相直流电阻（95℃）Ω0.00130.0013转子线圈直流电阻（95℃）Ω0.0910.09035定子每相对地电容μfA相μf0.194B相μf0.194C相μf0.194转子线圈自感LH0.8直轴同步电抗Xd%213.83217横轴同步电抗Xq%213.83217直轴瞬变电抗（不饱和值）X’du%28.2127.20直轴瞬变电抗（饱和值）X’d%2625≤28横轴瞬变电抗（不饱和值）X’qu%42横轴瞬变电抗（饱和值）X’q%35直轴超瞬变电抗（不饱和值）X”du%18.9920.16直轴超瞬变电抗（饱和值）X”d%1818.54＞15横轴超瞬变电抗（不饱和值）X”qu%21横轴超瞬变电抗（饱和值）X”q%18负序电抗（不饱和值）X2u%21.1722.4负序电抗（饱和值）X2%17.6418.67零序电抗（不饱和值）X0u%10.8710.6零序电抗（饱和值）X0%10.8710.6直轴开路瞬变时间常数T’dos9.7横轴开路瞬变时间常数T’qos1.0直轴短路瞬变时间常数T’ds1.11.21横轴短路瞬变时间常数T’qs0.23直轴开路超瞬变时间常数T”dos0.07横轴开路超瞬变时间常数T”qos0.13直轴短路超瞬变时间常数T”ds0.050.04横轴短路超瞬变时间常数T”qs0.050.04灭磁时间常数Tdms1.9转动惯量GD2t*m277.4短路比SCR0.530.54≥0.53稳态负序电流I2％6暂态负序电流能力I22ts6允许频率偏差±％2允许定子电压偏差±％5强迫停机率%＜0.5失磁异步允许能力MWmin20015调峰能力次允许10000次起停机进相运行能力MWCosΦ=0.95（超前），额定有功长期连续运行电话谐波因数THF％≤10.111≤1电压波形正弦畸变率Ku％≤30.6≤3三相短路稳态电流％150暂态短路电流有效值（交流分量）相－中性点％589相－相％4323相％455次暂态短路电流有效值（交流分量）相－中性点％639相－相％4803相％555三相短路最大电流值（直流分量峰值）％1110相－相短路最大电磁转矩MNm3056汇水管绝缘电阻kΩ≥35振动相关值临界转速（一阶）r/min780临界转速（二阶）r/min2300临界转速（三阶）r/min临界转速轴承振动值mm≤0.08≤0.08临界转速轴的振动值mm≤0.15≤0.15超速时轴承振动值mm≤0.08≤0.08额定转速轴承座振动值垂直mm≤0.025≤0.025水平mm≤0.025≤0.025轴向mm额定转速时轴振动值（互成90。、二个方向成45。）X方向mm≤0.05≤0.05Y方向mm≤0.05≤0.05定子绕组端部振动频率fzHz≤94，≥115定子绕组端部振动幅值mm≤0.25噪音dB(A)≤85≤85损耗和效率（静态励磁，额定条件下）kW定子绕组铜耗Qcu1(IEC标准，95℃时电阻)kW22622192定子铁耗QFekW1180943励磁损耗Qcu2(IEC标准，95℃时电阻)kW24592183短路附加损耗QkdkW14411386机械损耗QmkW23402146励磁变+整流柜kW246218电刷摩擦耗+风扇损耗kW包含在机械损耗总损耗∑QkW99289068满载效率η％99.0299.11≥99.1绝缘等级和温度转子线圈绝缘等级F定子铁芯绝缘等级F额定负荷时定子线圈运行温度（层间）℃6565最大负荷时定子线圈运行温度（层间）℃67定子线圈报警温度（出水）℃85定子线圈跳闸温度（出水）℃额定负荷时转子线圈运行温度(冷氢48℃)℃96103最大负荷时转子线圈运行温度(冷氢48℃)℃≤110转子线圈报警温度℃110额定负荷时定子铁芯运行温度℃6762最大负荷时定子铁芯运行温度℃69定子铁芯报警温度℃115额定负荷时定子端部结构件温度℃≤120最大负荷时定子端部结构件温度℃≤120发电机进口风温℃≤48发电机出口风温℃≤68冷却介质压力、流量和温度定子冷却水流量t/h300定子冷却水进口水温℃45~50定子线棒冷却水出口水温℃67定子冷却水电导率μs/cm0.5定子冷却水压力PMPa(g)0.31气体冷却器数目4（2x2）气体冷却器最高进水温度℃39气体冷却器最高出水温度℃48气体冷却器冷却水流量t/h860额定氢压MPa(g)0.52最高允许氢压MPa(g)0.56发电机容积m3143发电机漏氢量m3/24h≤7≤7润滑油及密封牌号与汽轮机一致轴承润滑油进口温度℃≤46轴承润滑油出口温度℃≤70轴承润滑油流量l/s1700密封瓦进油温度℃≤46密封瓦出油温度℃≤70密封瓦油量L/min230密封瓦温度℃≤90主要尺寸和电磁负荷定子铁芯外径Domm2912定子铁芯内径Damm1454定子铁芯长度L1mm8150气隙（单边）δmm92定子槽数Z136定子绕组并联支路数a12定子线圈尺寸空心w×h－壁厚mm9.0x4.06x-1.27实心w×hmm9.0x1.9，9.0x2.73每槽线圈股数空心n上层：32；下层：24实心n上层：32；下层：24定子电流密度J1A/mm28.71（上层）/9.94（下层）定子线负荷As1A/cm1966定子槽主绝缘单边厚度mm7.27定子总重量t409定子运输重量t429定子运输尺寸L×W×Hmm11800×5200×4700转子外径D2mm1270转子本体有效长度mm8150转子运输长度L2mm16850转子槽数32转子槽尺寸w×hmm50x175转子每槽线匝数4x1+7x7每匝铜排尺寸w×hmm46.4x7.9转子电流密度J2A/mm29.4转子槽绝缘单边厚度mm1.52气隙磁密BsGs11420转子匝间绝缘厚度mm0.33护环直径Dkmm1367.5护环长度Lkmm901集电环外径mm343主要材质和应力定子硅钢片型号有方向型（在1.7T、50Hz时，损耗≤1.75W/kg）硅钢片厚度mm0.35铜线型号无氧铜转轴材料型号NiCrMoV锻件转轴材料脆性转变温FATT℃≤15转轴屈服极限σ0.2N/mm2690转轴安全系数X1.8转子铜线型号AGCUR转子铜线屈服极限σsN/mm2210～270护环材质型号Mn18Cr18锻件护环屈服极限σ0.2N/mm21275护环安全系数K1.9转子槽锲材质型号AluminumAlloy四、发电机的电势方程、等值电路和相量图dsXIjU)XX(IjUE0五、汽轮发电机的氢、油、水系统1.汽轮发电机的氢气系统（1）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电机补氢和补漏气，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，能实现发电机内的气体置换等功能。（2）1000MW汽轮发电机氢气系统的参数气体冷却器数目4（2x2）气体冷却器最高进水温度℃39气体冷却器最高出水温度℃48气体冷却器冷却水流量t/h860额定氢压MPa(g)0.52最高允许氢压MPa(g)0.56发电机容积m3143发电机漏氢量m3/24h≤7≤7（3）汽轮发电机定子通风系统（4）汽轮发电机转子通风系统发电机的氢气冷却器2．汽轮发电机的密封油系统（1）汽轮发电机密封油系统的作用。为保证发电机内部氢气的纯度和压力不变。氢冷发电机都采用油封，为此需要一套供油系统称为密封油系统。汽轮发电机转轴与端盖之间的密封装置叫轴封，它的作用是防止外界气体从汽轮发电机转轴和端盖之间进入发电机内部或阻止机内氢气外泄。（2）汽轮发电机密封油系统的组成。发电机的密封油系统是由：空侧交流泵、空侧直流泵、氢侧交流泵、氢侧直流泵、空侧过滤器、氢侧过滤器、密封油箱及油位信号器、油—水冷却器、压差阀、平衡阀、氢油分离箱、截止阀、逆