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1第三章水轮发电机、励磁系统与保护的运行及事故处理【主要岗位工作任务】水轮发电机组的试运行，水轮发电机组的正常开机操作、水轮发电机组的并列操作，水轮发电机组的正常停机操作，水轮发电机组的事故停机操作，水轮发电机组的有功调整和无功调整，水轮发电机组的巡视检查与监视，水轮发电机组的常见故障与处理。发电机励磁系统的监视和检查，发电机励磁系统的故障处理。水轮发电机组主要由水轮发电机、水轮机、调速器、主阀以及辅助设备等组成，水轮机、调速器、主阀以及辅助设备等设备的运行及事故处理在第三章已作了较详细讨论，本章将叙述水轮发电机的运行及事故处理。水轮发电机按其主轴布置得方式不同分为立式和卧式两种。由于水轮发电机组的转速较低；水轮发电机的磁极对数较多，相应机组尺寸较大，重量亦较大。水轮发电机的转子都是凸极式。立式水轮发电机主要由定子、转子、上机架、下机架、推理轴承、导轴承、空气冷却器、历磁装置等。卧式水轮发电机主要由定子、转子、端盖、推力轴承、导轴承和历磁装置等部分组成。水轮发电机是将水轮机的机械能转变成电能的机械。当发电机转子由水轮机拖动旋转时，转子磁场切割三相定子绕组，根据电磁感应原理在定子绕组中感应电势。当发电机出口断路器合上与负荷连通时，发电机就发出电能。第一节发电机的运行方式一、发电机的额定运行方式发电机的额定运行方式是指发电机按制造厂铭牌额定参数的运行方式。发电机在额定运行方式下，损耗小、效率高，能够长期连续运行。因此在一般情况下，发电机应尽量保持额定或接近额定状态下运行。不同水电站的发电机额定运行方式是不同的，主要取决于发电机的技术规范、定子线圈和转子线圈的绝缘等级、发电机冷却方式。二、发电机的允许运行方式当电网负荷变化时，发电机的运行参数可能会偏离额定值，但在允许范围内。这种运行方式称为允许运行方式，又可称为异于标准状态时的运行方式。1、发电机的允许温度和温升温度过高或高温持续时间过长都会使绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至引起发电2机事故。一般来说，发电机温度若超过允许温度6℃长期运行，其使用寿命缩短一半。所以发电机运行时，必须严格监视各部分温度，使其在允许范围内。另外，当周围环境温度较低时，温差增大时，为使发电机内各部位实际温度不超过允许值，还应监视其允许温升。发电机的定子绕组、定子铁心、转子绕组的允许温度和允许温升取决于发电机定子和转子采用的绝缘材料等级和测温方式。一般发电机的定子采用A级绝缘，温度不超过105℃，转子采用B级绝缘，温度不超过130℃。因此，发电机运行时的允许温度和温升，应根据制造厂规定的允许值确定。2、发电机功率因数的允许变化范围发电机运行时若定子电流滞后定子电压一个角度，同时向系统输出有功和无功，此工况为发电机迟相运行，对应的功率因数为迟相功率因数。当发电机运行时若定子电流超前定子电压一个角度，发电机从系统吸取无功建立磁场，并向系统输出有功，此工况为发电机进相运行，对应的功率因数为进相功率因数。发电机工作在发电状态时，由于有功和无功负荷的变化，其功率因数也是变化的。为了保持发电机的稳定运行，发电机的功率因数之一般为迟相0.8～0.9，一般不超过0.95。若有励磁调节器自动运行，必要时，可在功率因数为1的条件下运行，并允许短时间功率因数在进相0.95～1.0的范围内运行，但此种工况，发电机静态稳定性差，容易引起振荡与失步，因此应迅速联系调度设法调整。3、发电机电压的允许变化范围并网运行的发电机的电压是由电网的电压决定。发电机电压变动范围在额定值的±5％内时，允许发电机长期按额定出力运行。发电机电压最大变化范围不得超过额定值的±10％。（1）电压高于额定值对发电机运行的主要影响如下：1）励磁电流可能很大，转子绕组温度升高，又要受到转子发热的限制。2）磁通饱和使铁损增加，铁芯发热。3）磁通过度饱和，出现过多的漏磁使定子结构部件出现局部高温。4）危及定子绕组绝缘，所以要受到定子绕组发热的限制；因此，当发电机电压升高到105%以上时，应减少其出力。（2）电压低于额定值对发电机运行的主要影响如下：1）可能降低发电机运行稳定性（并列运行稳定性和电压调节稳定性）。2）使定子电流增大，定子绕组温度升高。3）影响厂用电动机和系统安全。因此，当发电机电压降低到95%以下时，若此时运行电压尚能满足用户对电压要求，应监视定子电流大小，以转子电流不超过额定值为限。4、发电机频率允许的变化范围发电机的频率应保持在额定值50HZ运行。由于系统负荷的变化，发电机的频率可能偏离额定值，正常变化范围应在±0.2HZ，但最大偏差不应超过50±0.5HZ。3（1）频率降低对发电机的影响如下：1）可能影响发电机通风冷却效果。2）频率降低，若保持出力不变，定子、转子绕组温度升高。3）为保持端电压不变，使发电机结构部件出现局部高温。（2）频率升高对发电机的影响如下：频率过高，发电机转速增加，转子离心力增大，会使转子部件损坏，影响机组安全运行。5、定子不平衡电流允许范围发电机正常运行时，其三相电流大小相等，但实际运行中，发电机可能处于不对称状态，即由于三相负载不平衡引起的三相电流不平衡。原因主要有：1）单相负荷的存在。2）设备故障，如发生不对称短路、设备一次回路断线等。不平衡电流对发电机运行的影响如下：（1）转子表面温度升高或局部损坏。原因：三相负序电流产生负序旋转磁场，在激磁绕组、转子绕组、阻尼绕组等部件感应出电流，这些电流在相应部分引起损耗、发热。（2）引起发电机振动。原因：三相负序电流产生的负序旋转磁场与转子磁场相互作用，产生交变力矩，作用于转子轴和定子机座，从而产生振动、噪音。因此，机组运行时，定子三相电流任两相之差不得超过额定电流的20%，同时任何一相的电流不得超过额定电流。通过装设的负序电流表，运行人员可监视三相电流不对称的情况。水轮发电机组允许担负的负序电流，不大于额定电流的12%。注意：阻尼绕组的作用是减少负序阻抗的，可以降低转子过热和机组振动的程度。6、发电机允许的事故过负荷一般来说，发电机正常运行时不允许过负荷。但在系统发生事故情况下，为维持系统静态稳定，允许发电机短时间内过负荷运行。发电机过负荷运行时间取决于其所用的绝缘材料，因此，发电机过负荷运行时间及过负荷值应遵守制造厂规定。一般来说，发电机过负荷值越大，允许过负荷运行时间就越短。在发电机过负荷运行时，应注意监视发电机线圈、轴承、热风温度不得过高。三、发电机的特殊运行方式1、发电机的调相运行方式发电机的调相运行方式是指办发电机并在系统上作空载电动机运行，向系统输送无功功率，同时从系统吸收很少的有功功率用于克服空载损耗和励磁损耗，以维持额定转速。2、发电机的进相运行发电机的进相运行是指发电机工作在欠励状态，此时发电机向系统发出有功功率，吸收无功功率，功率因数处于超前状态。为了维持发电机的稳定运行，发电机一般不允许进相运行。第二节水轮发电机组的试运行4水轮发电机组在新安装完毕或大修完成后正式投入运行前应进行机组试运行。其目的是对机组的安装和检修质量及其性能进行一次全面的动态检查和鉴定。同时也对引水设施、辅助设备、电气设备等进行检查。试运行还具有交接验收的性质，试运行合格后方能正式运行。水轮发电机组试运行工作的重点是：检查水轮机组及各轴承、发电机各部分温升以及机组的振动和摆渡情况是否在允许范围内，检查各仪表指示是否正确，调速器、励磁系统的工作状态以及自动装置的性能。一、试运行前的检查和设备试验1、水工部分的检查包括引水渠道，拦河闸及闸门的操作机构，压力水管、主阀、尾水管等。2、机械部分的检查包括各个静止部分及紧固件检查，活动、转动部分检查。3、调速器和辅助系统的检查包括调速器动作的灵活性，开度指示的位置是否正确，锁定，油压装置等。油、水、气系统，机组测温装置等进行检查。4、发电机的检查包括发电机定、转子绝缘检查，定子绕组、转子绕组引出线的连接部分检查。还要仔细检查发电机内部无杂物和遗留工具等。5、励磁系统的检查包括励磁电源设备，各个开关的位置，各个回路熔断器等检查。6、配电设备、升压设备的检查包括机旁配电设备，发电机出口开关设备及升压设备的检查。7、机组起动前顶转子对于立式机组，起动前用手动油泵顶起转子8～10mm,其目的是使推力瓦建立油膜，以保证轴瓦的安全。二、机组试运行的一般程序1、引水设备充水的试验与检查对压力钢管引水的电站，应对钢管进行充水试验，检查钢管和主阀的渗水情况。可提起前池闸门至充水的开度对钢管进行缓慢充水；无异常后将压力钢管前的检修闸门全开，再打开主阀的旁通阀对水轮机蜗壳充水；无异常后，打开主阀或提起前池闸门至全开。2、机组空转运行在对机组进行全面检查，满足起动条件，各岗位指定专人负责侧后，方可开始空转试运行。试运行采用现场手动开机，操作调速器打开导水叶使机组转动；然后逐步升速，直到空载额定转速。在升速过程中，应注意监视机组的机械部分，特别注意有无异常声音。第一次开机当达到额定转速时即应操作停机，待停机完成后汇总各观测岗位意见，无异常后方可再开机。第一次开机过程中若情况不正常应立即停机检查。5空转运行过程中，应重点检查以下内容：（1）观察水机主轴密封工作情况。（2）观察和测量机组的振动和摆渡。（3）监视机组各个轴承的瓦温、油温。并做好记录。，当瓦温超过65℃时应立即停机处理。（4）观察转动部分与固定部分有无摩擦、撞击声及其他的异常声音。（5）观察油、气、水系统的工作。（6）观察调速器及油压装置的工作情况。3、机组空载运行当机组在额定转速空载运行一定时间后，各个部分工作无异常，方可进行励磁、升压，进入空载运行。（1）合上发电机的灭磁开关，对自励磁的发电机先进行起励，然后逐步升压至额定电压。在逐步分级升压过程中，当电压升到各级值时应停留一段时间，检查电气设备的工作情况。如果一切正常才能继续升压。（2）空载运行一定时间后，确认一切正常应作停机操作。江导水叶开度逐渐关小至全关，励磁电流减至零并跳开灭磁开关，待转速下降至35％额定转速进行制动（刹车）。停机后应对机组以及所有设备进行全面的检查。4、机组带负荷运行机组在空载运行合格后，可以进行带负荷运行。机组带负荷运行分为单机运行和并网运行。下面介绍并网运行的操作过程。（1）手动开机，机组进入空载运行状态。（2）检查各个部分，确认正常后采用手动准同期方式将发电机并入系统。（3）发电机并入系统后按额定负荷的25％、50％、75％、100％四个阶段逐渐增加负荷。机组带负荷运行时，应注意检查和监视以下内容：（1）机组各个轴承的温度以及发电机的定子温度。（2）各个表计的指示是否正确。（3）配电装置的工作情况是否正常。5、机组甩负荷试验当机组带满负荷稳定运行一段时间，当保护、自动装置调试、试验均正常后可进行甩负荷试验。甩负荷试验的目的是系统地检验机组在事故状态下的性能以及各种自动装置动作的灵敏性。甩负荷试验分为额定负荷的25％、50％、75％、100％四挡进行。甩负荷试验要作到同一指挥，分工明确，责任到人。当设备或自动装置失灵时，应立即进行手动操作以保证机组的安全。甩负荷试验后，应重点检查以下内容：（1）调试机构、导叶的位置（2）发电机的励磁装置。（3）各个信号装置。6（4）机组的紧固件、传动部件。（5）压力管道、镇墩、主阀等。第三节水轮发电机组的正常运行一、机组正常开机操作发电机起动前可能处于检修、冷备用、热备用三种状态。检修状态指发电机处于检修过程中，有关电源（如发电机出线、励磁系统、互感器）及所有操作电源均已断开，并布置了与检修有关的其他安全措施；冷备用状态指检修工作已全部完毕，有关检修的临时安全措施已全部拆除，恢复固定遮拦及常设警告牌，发电机具备开机条件；热备用状态指发电机除出口断路器未合闸外，其余设备（如隔离开关、互感器一二次侧、励磁系统均已处于热备用状态）均已具备运行条件。对于正常停机后的开机，开机前的检查和开机步骤不像机组试运行那么复杂。仅需按正常检查项目检查后即可开机。对于立式机组，如果停机时间较长（新安装或大修后的机组，第一年内停机超过24h，第二年内超过72h），开机前需要顶转子。根据水电站自动化的程度