【正文】 XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 1 發(fā)電公司電氣專業(yè)培訓(xùn)教材 （上） 第一部分：三相交流發(fā)電機 第一節(jié) 發(fā)電機的工作原理與構(gòu)成 一、三相交流發(fā)電機的工作原理 發(fā)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來工作的，能把機械能轉(zhuǎn)換為電能的旋轉(zhuǎn)電機，在火電廠中，用汽輪機作為發(fā)電機的原動機，整個機組叫汽輪發(fā)電機組，其中的交流發(fā)電機稱之為汽輪發(fā)電機，那么汽輪發(fā)電機是怎樣發(fā)出的電能？根據(jù)電磁感應(yīng)原理，只要導(dǎo)體切割磁場，在導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，也就是說，不管是導(dǎo)體運動還是磁場運動，只要是導(dǎo)體與磁場之間有相對運動，導(dǎo)體切割了磁力線，就會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在工程實 際應(yīng)用中，發(fā)電機制造廠家適當(dāng)選擇了轉(zhuǎn)子磁極的形狀，使得在勵磁繞組中流過電流后，發(fā)電機定轉(zhuǎn)子之間氣隙中的磁感應(yīng)強度大致按正弦規(guī)律分布，當(dāng)汽輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，就得到了一個在空間旋轉(zhuǎn)的磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場與靜止不動的三相定子繞組就發(fā)生相對運動，在三相定子繞組中感應(yīng)出正弦交流電動勢，由于三相定子繞組在制造時，其每相繞組在空間的位置是對稱的，因此感應(yīng)出的電動勢也是對稱的，我們在工程實際中，按照三相電路中的連接方法，把定子繞組接成星形后，再與負載接通，在感應(yīng)電動勢的作用下，電路中就出現(xiàn)電流，向負載輸出電能。 XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 2 二、 三相交流發(fā)電機的構(gòu)成 從總體結(jié)構(gòu)上來看，三相交流發(fā)電機都是由建立磁場的轉(zhuǎn)子和產(chǎn)生電動勢的定子的兩大部分組成的，轉(zhuǎn)子由導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子繞組與建立磁場并增強磁場強度的轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成，定子由導(dǎo)電的定子繞組與導(dǎo)磁的定子鐵芯構(gòu)成，發(fā)電機的定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成了發(fā)電機的電路部分，發(fā)電機的定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成了發(fā)電機的磁路部分，發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子之間，彼此沒有電和機械的直接聯(lián)系，發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子磁路之間通過磁力線相聯(lián)系，利用磁的聯(lián)系傳遞能量、轉(zhuǎn)換能量。 三、三相交流發(fā)電機頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 交流電動勢每秒鐘變化的次數(shù)稱之為交流電 的頻率，而交流電動勢是由轉(zhuǎn)子磁場感應(yīng)出來的，發(fā)電機轉(zhuǎn)子是由汽輪機拖動進行旋轉(zhuǎn)的，顯然發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場要是只有一對磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)一周時，定子繞組中的感應(yīng)電動勢就要交變一次。那么按照這個原理，具有 P 對磁極的轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)一周時，定子繞組中的感應(yīng)電動勢就要交變 P 次。轉(zhuǎn)子磁場每分種旋轉(zhuǎn) N 轉(zhuǎn)，電動勢每分鐘交變 PN次，于是發(fā)電機轉(zhuǎn)速與交變電勢的頻率有以下關(guān)系： f＝ PN/60 由于汽輪機在高轉(zhuǎn)速下運行是比較經(jīng)濟的，規(guī)定為每分鐘為 3000 轉(zhuǎn)，汽輪機發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極為一對極，即兩極電機，從以上敘述可知，發(fā)電機轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn) 3000轉(zhuǎn)，極對數(shù)為一對極，那么發(fā)電機每秒鐘電勢交變 50 次。即交流電的頻率為 50 周 /秒，也稱之為 50Hz 或工頻（我國的規(guī)定）。 XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 3 第二節(jié) WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機結(jié)構(gòu)及規(guī)范 一、 WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機型號及主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù) 名稱 單位 參數(shù) 型號 WX21Z085LLT 額定容量 Sn MVA 176 額定功率 Pn MW 150 額定功率因數(shù) COSφ n 定子額定電壓 Un KV 定子額定電流 In A 6469 頻率 fn 50 轉(zhuǎn)速 ｒ／ｍｉｎ 3000 額定勵磁電壓 V 248 額定勵磁電流 A 1344 定子線圈接線 Y 冷卻方式 循環(huán)密閉式空氣冷卻 勵磁方式 靜止可控硅勵磁 定子線圈絕緣等級 F 轉(zhuǎn)子線圈絕緣等級 F 定子鐵芯絕緣等級 F 定子線圈極限溫度 ℃ 120 XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 4 轉(zhuǎn)子線圈極限溫度 ℃ 105 定子鐵芯極限溫度 ℃ 120 發(fā)電機進口風(fēng)溫 ℃ 40 發(fā)電機出口風(fēng)溫 ℃ 90 WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機空冷系統(tǒng)構(gòu)成 該型號發(fā)電機為空冷、自通風(fēng)的 兩極隱極式轉(zhuǎn)子電機，具有含空氣－水熱交換器（空冷器）的封閉冷卻回路，空冷器位于發(fā)電機下部的基礎(chǔ)里，發(fā)電機有兩條對稱于發(fā)電機中心的空冷回路，冷卻空氣由發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇打入，一部分冷卻空氣進入轉(zhuǎn)子線圈端部區(qū)域，冷卻轉(zhuǎn)子繞組端部，然后進入氣隙，一部分冷卻空氣直接進入氣隙，在此處與來自轉(zhuǎn)子端部線圈的冷卻空氣匯合，然后冷卻轉(zhuǎn)子本體表面，另一部分冷卻空氣對定子線圈端部冷卻后，沿軸向風(fēng)道進入機座中部，冷卻鐵芯和繞組后，進入氣隙，再冷卻轉(zhuǎn)子本體中部。然后與前兩部分冷卻空氣匯合，經(jīng)過定子鐵芯中的徑向通風(fēng)道冷卻定子繞組和鐵芯后回到空氣冷卻器，經(jīng)冷卻后，再回到風(fēng)扇，形成循環(huán)。定子繞組采用間接冷卻方式，熱流經(jīng)槽壁，從繞組絕緣傳至鐵芯，由流經(jīng)鐵芯徑向通風(fēng)道的冷卻空氣冷卻鐵芯，發(fā)電機機座作為業(yè)子通風(fēng)風(fēng)道，使空氣不僅通過氣隙而且通過鐵芯外圓進入各段鐵芯，以使軸向溫度均勻分布。 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中風(fēng)路是冷風(fēng)從護環(huán)板和轉(zhuǎn)軸之間吹進轉(zhuǎn)子，進入轉(zhuǎn)子繞組端部風(fēng)腔，在槽入風(fēng)口處冷風(fēng)進入轉(zhuǎn)子空心導(dǎo)體，在導(dǎo)體中，這部分冷風(fēng)分成兩部分，一部分冷風(fēng)通過槽中的空心導(dǎo)體到達轉(zhuǎn)子中心部位，從那里穿過空心導(dǎo)體和槽楔上的徑向孔進入氣隙。另一部分冷風(fēng)通過繞組端部空心導(dǎo)體，到達 磁極軸線部分，從那里它由空心導(dǎo)體內(nèi)XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 5 排出，最后通過轉(zhuǎn)子本體端部的月牙槽進入氣隙。 注：發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組是含銀空芯導(dǎo)線制成，繞組上有進、出風(fēng)口（內(nèi)部冷卻）發(fā)電機絕緣材料制造為 F 級，運行中按 B 級考核標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 發(fā)電機測溫裝置 發(fā)電機的測溫裝置主要用于溫度等檢測以保證安全運行， WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機所配測量裝置分述如下。 定子溫度測量：定子繞組中有 6 個 PT100 電阻測溫元件，圍繞圓周平均分布，放置在繞組層間，用于遙測各點的溫度。 冷空氣溫度測量：在發(fā)電機冷風(fēng)道里安裝有兩只 PT100 電阻溫度測溫元件 ，用于遙測溫度，兩只帶電接點溫度計，用于現(xiàn)場監(jiān)測溫度。 熱空氣溫度測量：在發(fā)是熱風(fēng)道里安裝有兩只 PT100 電阻溫度測溫元件，用于遙測溫度，兩只帶電接點溫度計，用于現(xiàn)場監(jiān)測溫度。 軸承溫度測量：每個軸承出油口處裝有帶電接點的指針式溫度計，用于現(xiàn)場監(jiān)測溫度。 空冷發(fā)電機出入口溫度規(guī)定 發(fā)電機的入口風(fēng)溫最高不得超過 40℃、出口風(fēng)溫最高不得超過90℃ 、發(fā)電機兩側(cè)入口風(fēng)溫差不超過 3℃ 出、入口風(fēng)溫差不超過 50℃，上述溫度都做入電氣與汽機 DCS 畫面中，使用 PT100 電阻埋入發(fā)電機內(nèi)部進行測溫共有六個測點，沿發(fā)電機圓周分布 。（ PT— 鉑電阻， 0℃時鉑的電阻值為 100Ω ，測量誤差為 177。 3℃ ，測溫范圍 0℃ — 300℃ ）在XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 6 DCS 畫面上以 棒狀圖 顯示溫度，同時棒狀圖以不同的顏色來提醒值班員注意溫度的變化趨勢，紅色及綠色分別代表溫度高、及溫度正常。發(fā)電機 空冷器共有 6 組，進水量 420T/H，進水溫度不超過 33℃，出水溫度不超過 38℃。 二、 WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機特殊部分 由山東濟南發(fā)電設(shè)備廠按阿爾斯通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制造的 150MW 發(fā)電機組與國產(chǎn)機組略有不同，現(xiàn)分別介紹如下。 發(fā)電機本體兩端裝設(shè)有空氣濾清器：因該型號發(fā)電機為循環(huán) 密閉空冷式發(fā)電機組，但實際上整個空氣冷卻系統(tǒng)，不可能做的非常嚴密，在風(fēng)扇的出風(fēng)區(qū)，空氣就會泄漏到發(fā)電機外部，在風(fēng)扇的進風(fēng)區(qū)空氣就會被從發(fā)電機外部吸入，為防止含有灰塵及水分的空氣補入發(fā)電機內(nèi)部，以保證發(fā)電機安全運行，在發(fā)電機運行中應(yīng)定期對空氣濾清器進行檢查和清洗。 發(fā)電機勵端冷卻風(fēng)道：在發(fā)電機勵端即正負極滑環(huán)下方裝設(shè)有冷卻風(fēng)道，該風(fēng)道與室處相通在發(fā)電機正常運行時對發(fā)電機滑環(huán)及碳刷進行冷卻。 發(fā)電機勵端接軸碳刷：傳統(tǒng)的發(fā)電機為了避免軸電流對發(fā)電機的危害，通常在發(fā)電機的汽側(cè)裝有接軸碳刷，但該型號發(fā)電機在汽 側(cè)裝有傳統(tǒng)的接軸碳刷，而在勵端還裝設(shè)有一套阻容碳刷接軸裝置，其作用有以下兩方面： A、因汽端接軸碳刷的工作環(huán)境相對比較惡劣，高溫、油霧的影響，有可能使汽端接軸碳刷接地失效，因而在發(fā)電機的勵端安裝一套阻容碳刷接軸裝置。 B、靜態(tài)勵磁系統(tǒng)給轉(zhuǎn)子實際上提供的直XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 7 流電源是一個脈動直流，由于轉(zhuǎn)子繞組存在電容效應(yīng)，這樣在發(fā)電機軸上將感應(yīng)出 30V— 80V 的軸電壓，而阻容接軸碳刷能將此電壓抑制在 3V 以下的安全范圍內(nèi)。 發(fā)電機滑環(huán)及碳刷 系統(tǒng) 滑環(huán)也稱集電環(huán)，分為正負兩個環(huán)，為了縮短的支撐點間的距離和減小滑環(huán)直徑及圓周速度，滑環(huán)都裝 在發(fā)電機勵磁側(cè)的軸承外側(cè)。通常負滑環(huán)靠發(fā)電機側(cè)，正滑環(huán)靠勵側(cè)，勵磁電流由靜止的電刷通過旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)注入轉(zhuǎn)子繞組，電刷和滑環(huán)是滑動接觸。正負極滑環(huán)上各裝設(shè)碳刷 5 組，每組 3 塊。共計 30 塊碳刷。勵磁電流通過滑環(huán)和電刷裝置傳輸?shù)桨l(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，開槽的滑環(huán)和用于冷卻的滑環(huán)風(fēng)扇位于發(fā)電機非驅(qū)動端，冷卻空氣經(jīng)過冷卻風(fēng)道從室外吸入，對滑環(huán)和電刷進行冷卻，電刷裝置由電刷支架、帶導(dǎo)電板環(huán)、導(dǎo)風(fēng)板、罩、電刷裝配、引出線、軸封圈、阻容接地裝置等部分組成。電刷的數(shù)量由勵磁電流決定，但每個插入式提刷裝置上應(yīng)有三塊電刷，通過改變提刷裝置的 數(shù)量以滿足勵磁電流的要求。正負極滑環(huán)上各裝設(shè)碳刷 5 組，每組 3 塊，共計 30 塊碳刷。當(dāng)電刷達到應(yīng)用極限前應(yīng)取出并更換，磨損極限為電刷的紅頂指示接近刷握的最低點，為了防止電刷頂端懸掛在刷握上，電刷在達到磨損最低極限前必須保留幾毫米并將電刷取出，絕對不能等到零點時再取出。 發(fā)電機運行中更換滑環(huán)電刷的注意事項 在同一時間內(nèi)只允許一個人在一個極上操作。 必須穿絕緣鞋或站在絕緣膠墊上。 XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 8 戴上護目眼鏡以防粉粒飛出。 不要接觸發(fā)電機的其它部件。 每次只能拉出或插入一個提刷裝置，更換其中的電刷，并將其插入回去。 應(yīng)在勵磁電流低 的時候操作。 遵守安規(guī)中的相關(guān)規(guī)定。 發(fā)電機運行中更換接地電刷的注意事項 WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機勵端有兩塊接軸接地電刷，汽端有兩塊接軸接地電刷，接地電刷一般在停機時更換，若在運行過程中更換此電刷，一次只能取出一只電刷以保持轉(zhuǎn)子與地電壓相同。 在同一時間內(nèi)只允許一個人在一端上操作。 不要接觸發(fā)電機的其它部件。 必須穿絕緣鞋或站在絕緣膠墊上。 戴上護目眼鏡以防粉粒飛出。 每次只能更換一塊電刷，更換后將其插回。 遵守安規(guī)中的相關(guān)規(guī)定。 碳刷的負溫度特性 是指隨碳刷本體溫度的升高，接觸電阻反而減 小，當(dāng)溫度升至 80℃— 100℃時，接觸電阻最小，當(dāng)超過 100℃時，接觸電阻反而增大。由于碳刷的負溫度特性，要求其均流特性要好。在發(fā)電機剛投運和連續(xù)運行 10 天之內(nèi)，要特別注意碳刷的運行溫度和對其的檢查。規(guī)定：滑環(huán)的運行溫度不超過 120℃，每 100 小時磨損不超過 3MM。日常運行中，XXXX 發(fā)電有限責(zé)任公司電氣專業(yè) 培訓(xùn)教材 9 要求連續(xù)運行溫度不超過 85℃ — 90℃。碳刷溫度的測量： 1）測量刷辮與碳刷的溫度、 2）測量刷握的溫度、 3）測量滑環(huán)與碳刷結(jié)合面的溫度、 4）測量正負極滑環(huán)的溫度。碳刷的維護：換碳刷時，因使勵磁電流盡量小，因正負極滑環(huán)相很近，要注意防止正、 負極短路，調(diào)整碳刷時，溫度高的碳刷說明通過的電流大，應(yīng)調(diào)整溫度低的碳刷，溫度低說明其通過的電流小，接觸不良或其他原因引起，應(yīng)仔細檢查處理，每次更換的碳刷最多不超過總數(shù)的 1/3。 第三節(jié) 發(fā)電機靜態(tài)勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)（參考 EXC— 9000 型） 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要任務(wù)是向發(fā)電機的勵磁繞組提供一個可調(diào)的直流電流，以滿足發(fā)電機正常運行的需要。無論在穩(wěn)定運行或暫態(tài)過程中，同步發(fā)電機運行狀態(tài)在很大程度上與勵磁有關(guān)。 對發(fā)電機的勵磁進行的調(diào)節(jié)和控制，不僅可以保證發(fā)電機運行的可靠