电气运行培训教材.pdf

1 兴安热电培训学习资料电气部分（培训资料）2 前言兴安热电有限责任公司安装23 340MW 直接空冷亚临界燃煤机组，发电机、变压器由单元式结构组成，系统主接线方式为220KV双母线结构；继电保护、安全自动装置采用先进的微机型装置。为进一步规范技术培训，适应集团公司对员工专业技术的高标准要求，在厂部生产主管领导的大力支持下，生产准备部组织专业技术人员编写了机、炉、电三大专业培训教材。本教材内容既涵盖了300MW 机组、220KV系统继电保护的基础理论，也融入了编者结合发电机组、系统继电保护运行的现场实践经验，具有很强的指导性和实用性。在兴安热电有限责任公司两台机组建成投产前夕，编写出版此套教材，供各级生产人员参考，以期在我厂的安全生产和培训管理工作中发挥积极作用。本套培训教材重点介绍了电气运行人员、继电保护人员必须掌握的电气运行及继电保护理论知识和设备原理。由生产准备部电气专业人员主编。本套培训教材的适用：电厂电气各级运行人员、有关检修人员、生产管理及专业技术人员可参阅。本套培训教材的内容全部针对我公司电气设备的运行特点编写，编写过程中主要以厂家资料、设备说明书为依据。内蒙古国电兴安热电电有限责任公司生产准备部2010 年 12 月 25 日3 目录前言.2第一章发电厂及电力系统.7第一节电力系统概述.7第二节电能生产的特点:.7第三节电力系统对电压的规定.9第四节中性点运行方式.10第二章电力系统电气设备.13第三章发电机部分.18第一节发电机定子结构.18第二节发电机定子绕组.19第三节转子结构.21第四节转子绕组.22第六节发电机的氢系统.23第四章变压器概述.26第一节变压器的分类.26第二节油浸式变压器.27第三节干式变压器.28第四节芯式铁芯.30第五节变压器绕组.32第六节变压器工作原理.35第七节变压器的运行.364 一变压器的操作.36二变压器运行中的监视及检查.40第五章电动机.41第一节厂用电动机的技术参数.42第二节厂用电动机的启动和自起动.45第三节几种特殊电机结构.46第四节直流电动机的基本结构.51第五节电动机的运行操作、监视和维护.53第六节电动机的允许运行方式.56第七节电动机的故障处理.60第六章断路器概述.64第一节多油式断路器.65第二节少油式断路器.65第三节空气断路器.67第四节 SF6 断路器.68第五节断路器工作原理.69第六节断路器的选择.69第七章隔离开关.71第一节隔离开关概述.71第二节 V 型隔离开关.71第三节二柱型隔离开关.72第四节三柱型隔离开关.72第五节剪刀型隔离开关.725 第六节室内型隔离开关.73第七节隔离开关工作原理.74第八节隔离开关选型.74第八章电压互感器.75第一节电压互感器概述.75第二节干式电压互感器.76第三节浇注式电压互感器.77第四节油浸式电压互感器.77第五节电容式电压互感器.78第六节电压互感器工作原理.80第七节电压互感器配置.80第九章电流互感器.81第一节电流互感器概述.81第二节穿墙式电流互感器.82第三节装入式电流互感器.83第四节支持式电流互感器.84第五节电流互感器工作原理.85第六节电流互感器配置.86第十章高压配电设备应用及其运行.87第一节隔离开关运行.87第二节高压熔断器运行与维修.90第三节阀型避雷器的运行维护及故障处理.92第四节万用表的使用注意事项.936 第十一章 300MW 机组的继电保护装置 .95第一节概述.95第二节母线及线路微机保护装置.98第三节发变组微机保护装置.128第十二章直流系统.158第一节概述.158第二节蓄电池.159第十三章交流不停电源（UPS）.164第一节交流不停电源（UPS）概述.164第二节技术参数及电路说明.165第三节UPS 整组特性.168第四节UPS 运行和切换.170第五节柴油发电机.1845.2 柴油发电机组概述.1875.7 柴油发电机组热备用状态及启动.1917 第一章发电厂及电力系统第一节电力系统概述电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站(或称发电厂)中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源(如煤田)和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。电力系统加上发电机的原动机(如汽轮机、水轮机)，原动机的力能部分(如热力锅炉、水库、原子能电站的反应堆)、供热和用热设备，则称为动力系统。电力系统中，由升压和降压变电所和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分，称为电力网。第二节 电能生产的特点:1、电能不能大量储藏电力系统中发电站负荷的多少，决定于用户的需要，电能的生产和消费时时刻刻都是保持平衡的。电能的生产、分配和消费过程的同时性，使电力系统的各个环节形成了一个紧密的有机联系的整体，其中任一台发、供、用电设备发生故障，都将影响电能的生产和供应。2、电力系统的电磁变化过程非常迅速电力系统中，电磁波的变化过程只有千分之几秒，甚至百万分之几秒；而短路过程发电机运行稳定性的丧失则在十分之几秒或几秒内即可形成。为了防止某些短暂的过渡过程对系统运行和电气设备造成的危害，要求能进行非常迅速和灵敏的调整及切换操8 作，这些调整和切换，靠手动操作不能获得满意的效果，甚至是不可能的，因此必须采用各种自动装置。3、电力工业和国民经济各部门之间有着极其密切的关系电能供应不足或中断，将直接影响国民经济各个部门的生产，也将影响人们的正常生活，因此要求电力工业必须保证安全生产和成为国民经济中的先行工业，必须有足够的负荷后备容量，以满足日益增长的负荷需要。根据以上电能生产的特点，电力系统的运行必须满足下列基本要求:1、保证对用户供电的可靠性在任何情况下，都应该尽可能的保证电力系统运行的可靠性。系统运行可靠性的破坏，将引起系统设备损坏或供电中断，以致造成国民经济各部门生产停顿和人民生活秩序的破坏，甚至发生设备和人身事故。电力用户，对供电可靠性的要求并不一样，即使一个企业中各个部门或车间，对供电持续性的要求也有所差别。根据对供电持续性的要求，可把用户分为三级。一级负荷：如停止供电，将会危害生命、损坏设备、产生废品和使生产过程混乱，给国民经济带来重大损失，或者使市政生活发生重大混乱。二级负荷：如停止供电，将造成大量减产，城市大量居民的正常活动受到影响。三级负荷：指所有不属于一级及二级的负荷，如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等。对于一级负荷，至少要由两个独立电源供电，其中每一电源的容量，都应在另一电源发生故障时仍能完全保证一级负荷的用电；对于三级负荷，不需要备用电源；对于二级负荷是否需要备用电源，要进行技术经济比较后才能确定。2、保证电能的良好质量即要求供电电压(或电流)的波形为较严格的正弦波，保证系统中的频率和电压在一定的允许变动范围以内。我国规程规定：1035kV及以上电压供电的用户和对电压质量有特殊要求的低压用户电压允许偏移为5；频率允许偏移为 0.5Hz。3、保证运行的最大经济性9 电力系统运行有三个主要经济指标，即生产每度电的能源消耗(煤耗率、油耗率、水耗率等)，生产每度电的自用电(自用电率)，以及供配每度电在电力网中的电能损耗(线损率)。提高运行经济性，就是在生产和供配某一定数量的电能时，使上列三个指标达到最小。为了实现电力系统的经济运行，必须对整个系统实施最佳经济调度。第三节 电力系统对电压的规定为了便于电器制造业的生产标准化和系列化，国家规定了标准电压等级系列。所谓额定电压，就是某一用电器(电动机、电灯等)、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。我国规定了电力设备的统一电压等级标准。电力网中各点的电压是不同的，其变化情况如下图。设供电给电力网的发电机G是在电压 U1下运行的，由于线路中有电压降落，对于由发电机直接配电的部分，线路始端电压U1大于末端电压 U2。为便于讨论，设直线U1U2(实际应为折线)代表电压的变化规律，受电器l 4 将受到不同的电压。而受电器是按标准化生产的，不可能按照图示各点的不同电压来制造电器，而且电力网中各点的电压，也并不是恒定的。为了使所有受电器的实际端电压与它的额定电压之差最小，显然应该采取一个中间值，即取Ue(U1+U2)2 来作为受电器的额定电压。该电压也就10 规定为电力网的额定电压。如果认为用电设备一般允许电压偏移5，而沿线的电压降一般为l0，这就要求线路始端电压为额定值的105，以使其末端电压不低于额定值的95%。发电机接于线路始端，因此，发电机的额定电压取为电力网额定电压的105。接到电力网始端即发电机电压母线的变压器(如 T1)，由于发电机电压一般比电力网额定电压高 5，而且发电机至该变压器间的连线压降较小，为使变压器一次绕组电压与发电机额定电压相配合，可以采用高出电力网额定电压5的电压作为该变压器一次绕组的额定电压。接到电力网受电端的变压器(如 T2)，其一次绕组可以当做受电器看待,因而其额定电压取与受电器的额定电压即电力网额定电压相等。由于变压器二次绕组的额定电压，是指变压器空载情况下的额定电压。当变压器带负载运行时，其一,二次绕组均有电压降，二次绕组的端电压将低于其额定电压，如按变压器满载时一、二次绕组压降为5考虑，为使满载时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压 5,则必须选变压器二次绕组（如T1、T2）的额定电压比电力网额定电压高出 10。当电力网受端变压器供电的线路很短时，如排灌站专用变压器，其线路压降很小，也可采用高出电力网额定电压加上5%(如:3.15，6.3，10.5kV)，作为该变压器二次绕组的额定电压。由于电力网中各点电压是不同的，而且随着负荷及运行方式的变化,电力网各点的电压也要变化，为了保证电力网各点的电压在各种情况下均符合要求，变压器均有用以改变变压比的若干分接头的绕组(一般为高、中压绕组)。适当地选择变压器的分接头，可调整变压器的出口电压，使用电设备处的电压能够接近它的额定值。无激磁调压变压器高压(或中压)绕组的分接头为Ue 5或 Ue 2*2.5。有载调压变压器高压绕组的分接头为 Ue 3*2.5%或 Ue 4*2%。第四节 中性点运行方式电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称11 为大接地电流系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。(一)中性点不接地系统当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(2.5 3)Ux。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。在电压为 3-10kV 的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在2060kV 电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。(二)中性点经消弧线圈接地系统当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。12 在中性点经消弧线圈接地的系统中，一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。在中性点经消弧线圈接地的系统中,各相对地绝缘和中性点不接地系统一样,也必须按线电压设计。（三）中性点直接接地系统中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。中性点直接接地或经过电抗器接地系统，在发生一相接地故障时，故障的送电线被切断，因而使用户的供电中断。运行经验表明，在1000V以上的电网中，大多数的一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相地对电压不会增高,因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。电网的电压愈高，经济效果愈大；而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是：(1)对于 6-10kV 系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。13(2)对于 110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。(3)20-60kV 的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。(4)1KV 以下的电网的中性点采用不接地方式运行。但电压为380/220V 的系统，采用三相五线制，零线是为了取得机电压，地线是了安全。第二章电力系统电气设备在变电站中，由各种一次电气设备及其连接线所组成的输送和分配电能的电路，称为变电站的电气一次回路。电气一次回路中电气设备根据它们的作用，按照连接顺序,用规定的文字和符号绘成的图形称之为电气主接线图。发电机出口常采用的接线形式有：1.单元接线2.扩大单元接线变电站常采用的接线形式有：1.单母线接线2.双母线接线3.带旁路母线的接线4.一台半断路器双母线接线(3/2)5.一又三分之一台断路器的双母线接线(3/4)6.桥形接线7.环形接线单元接线14 在变电站中，发电机与变压器直接连成一个单元，称为发电机-变压器单元接线（简称单元接线）。这种接线应用在将发电机发出的全部电能以升高电压（35KV以上）输入电网的变电站中。由于采用的变压器不同，单元接线又可分为发电机-双绕组变压器单元接线和发电机-三绕组（或自耦）变压器单元接线两种。(1)发电机-双绕组变压器单元接线，只有一个升高电压级，采用双绕组变压器，发电机与变压器直接相连，发电机出口侧不设母线，也不装设断路器或隔离开关，用发电机升高电压侧断路器与电网并列，发电机与变压器容量相当。由于担任峰荷的水电站经常有可能全厂停机，如果没有地区电网供给自用电时，亦可以在发电机出口装设隔离开关。为了在机组停机时，可以从高压侧经过主变压器供给自用电，亦可以装设发电机出口断路器。(2)当有两个升高电压级，主变为三绕组（或自耦）变压器时，就组成发电机-三绕组（或自耦）变压器单元接线。为了在发电机停止工作时，还保持高压和中压电网之间的联系,应在发电机和变压器之间装设断路器。单元接线的优点：接线简单清晰，不设发电机电压母线，发电机或主变压器低压侧故障时短路电流减小,电气设备减少,投资减少,操作简便,继电保护简化。单元接线的缺点：对于发电机-变压器单元接线，当一组单元中某个元件故障或检修时，整个单元将停止运行。对于发电机-三绕组（或自耦）变压器单元接线，一个电压级断路器外侧发生故障时，另外两侧还可维持运行。（联合）扩大单元接线15 采用两台（或三台）发电机与一台变压器的接线称为扩大单元接线。在这种接线中,为了适应机组开停的需要，每一发电机回路都装设断路器，并在每台断路器和主变压器之间装设隔离开关，以保证停机检修的安全，装设发电机出口断路器1DL和 2DL的目的,是将发电机 1F或 2F投入运行或者当一台发电机需要停止运行或发生故障时，可以操作该断路器，而不影响另一台发电机和变压器的运行。扩大单元接线与单元接线相比，其优点有：(1)减少了主变压器和主变高压侧的断路器的数量，减少了高压侧连线回路数，从而简化了高压侧接线，节省了投资和场地。(2)任一机组停机都不影响自用电的供给。其缺点有：当变压器发生故障或检修时，该扩大单元的所有发电机的电能都不能送出，同时，这种扩大单元接线中扩大单元的容量受到限制。扩大单元接线在我国许多大中型水电站中获得了广泛的应用。联合扩大单元接线的原理与扩大单元接线基本相同，其特点是可以节省母线。单母线16 单母线接线只有一组母线，每个电源和引出线的电路都通过断路器和隔离开关接到母线上，任一回路故障，该回路的断路器能够切除该电路，而使其他的电源和线路能继续工作。单母线优点：接线简单明显，配电装置的建造费用低，运行时操作方便，便于扩建。单母线缺点：母线、母线隔离开关故障或检修，都必须全站停电，但运行经验证明，母线故障很少发生。这种接线主要用于不重要的中小型水电站。为了提高单母线接线的供电可靠性，还可用隔离开关或断路器将单母线分段，大多数情况下，分段数等于主变压器的数量，引出线在各分段上分配时，应该尽量使母线各分段的授受功率平衡。单母线分段接线的缺点：当任一分段母线或母线隔离开关进行检修或故障时，必须将分段母线上的电源切除，减少了水电站的出力，接在该段上的用户供电中断。当检修引出线断路器时，该线路必须停止供电。这种接线主要用于不十分重要的中型水电站，台数 3-6 台，总装机容量在10 万 KW 及以下。双母线17 某些水电站，在系统中居重要地位,而且水电站 110KV及以上的高压母线上出线回路数较多，负荷大，即使发生少见的母线故障也要迅速恢复送电，以免造成电力系统的重大事故，这种情况下可以采用双母线接线。这种接线每一回路设一台断路器，每一电源和线路的断路器都通过两组隔离开关分别连接到两组母线上，一组母线是工作母线，另一组母线是备用母线。当一组母线上的隔离开关接通时，另一组母线上的隔离开关断开，两组母线通过母线联络断路器DL相连接。采用双母线接线可以提高运行可靠性和灵活性，即：(1)轮流检修母线时，不会停止对用户的供电。(2)检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行。(3)工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速地恢复正常工作。双母线的主要缺点：(1)隔离开关作为操作电器容易误操作，引起重大事故。(2)工作母线故障，转移母线时该母线上全部装置仍将短时停电。(3)母线隔离开关数目比单母线接线大大增加，配电装置的结构也较为复杂。为了解决上述缺点，可将双母线电路中一组母线作为备用母线，另一组作为工作母线,而且用断路器分段,每段工作母线都装一组与备用母线相连的母线联络断路器。双母线接线在我国大容量的重要水电站和变电所中已广泛应用。18 第三章发电机部分第一节 发电机定子结构发电机的定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。如下左图：1-机座 2-铁芯 3-线圈机座是用来固定铁芯的，对于悬式发电机，机座用来承受转动部分的全部重量；铁芯是发电机磁路的一部分；线圈则形成发电机的电路。一.机座发电机的机座主要作用是：1.作为定子铁芯叠片的支撑结构；2.承受定子的扭矩,并将其传至底脚；3.构成冷却气体的通道；4.构成轴承,机架和冷却器的支撑结构；二.定子铁芯定子铁芯是定子的主要磁路，同时也是定子绕组的安装和固定部件。定子铁芯由扇形冲片、通风槽片、齿压板、拉紧螺栓、托块、定位筋等部件组成，如下右图：1-定位筋 2-扇开片 3-齿压板 4-拉紧螺杆 5-固定片 6-通风槽片 7-下齿压板 8-托块三.线圈大型发电机的定子绕组大部分采用条式线圈(亦称线棒)双层波绕组，条式波绕组的特点是端部连接少，拆换方便。对于水冷发电机，也可以采用单层波绕组，这样可以简化冷却水管路。19 定子结构示意图第二节 发电机定子绕组组成绕组的基本单元称为元件。一个元件由两条元件边和端接线组成，如图一为双层绕组在槽内的布置20 图一叠绕元件图二波绕元件元件边置于槽内，能 切割主机磁场而感应电动势，亦称有效边。端接线在铁芯之外，不 切割 磁场，故不能产生感应电动势，仅起连接线作用。每个元件可以是单匝，亦可以是多匝。(如图二)表示一个两匝的叠绕和波绕元件。元件依次的嵌放在电枢槽内，一条有效边放在槽的上层，另一条放在另一槽的下层，构成双层绕组。一.叠绕组绕组嵌线时，相邻的两个串联线圈中。后一个线圈紧叠在前一个线圈上，这种绕组称为叠绕组。在绕组中，每一个极相组内部的线圈是依次串联的。不同磁极下的各个极相组之间视具体的需要既可结成串联，亦可结成并联。二.波绕组对多级、支路导线截面较大的交流电机，为节约极间连线用铜，常常采用波绕组。水轮发电机的定子基本上都采用波绕组接线。波绕组的特点是，两个连接的单匝线圈成波浪型前进，如右图：和叠绕组相比较。两者的相带划分和槽号分配完全相同，但是线圈之间的连接顺序和端布形状不同。波绕组的连接规律是，把所有同一极性下属于同一相的线圈按波浪型依次串联起来，组成一组；再把所有另一级性下属同一相的线圈按波浪形状依次串联起来，组成另一组；最后把这两大组线圈根据需要结成串联或并联，以构成一相绕组。定子绕组动画演示21 第三节 转子结构发电机转子由主轴、轮毂、轮臂、磁轭、端压板、风扇、磁极、制动闸板等组成，如左上图所示。其中：1-主轴 2-轮毂 3-转臂 4-磁轭 5-压板 6-风扇 7-磁极 8-制动闸板主轴是用来传递转矩，并承受转动部分的轴向力，通常用高强度钢整体锻成，或由铸造的法兰与锻造的轴筒拼焊而成；轮毂是主轴与轮臂之间的连接件；轮臂是用来固定磁轭并传递扭矩的，大、中型机组的轮臂一般为焊接结构；磁轭的主要作用是产生转22 动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分，直径小于4m的磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板组成，大于 4m时则由 35mm 的钢板冲片叠成一整圆，用键固定在轮臂外端；磁极是产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、励磁线圈和阻尼绕组三部分组成，并用“T”形结构固定在磁轭上。第四节 转子绕组转子磁极结构图汽轮发电机为凸极式同步电机。同步电机主要用来作为发电机运行。现代社会中使用的交流电能，几乎全由同步发电机产生。同步电机一般在定子上放置电枢绕组，在转子上装了磁极，磁极上套励磁绕组(如用永久磁铁做成磁极，就不用励磁绕组了)。当作为发电机运行时，励磁绕组中通入直流电流，电机内部产生磁场，由原动机拖动电机的转子旋转，定子切割磁力线，在定子绕组中就会产生感应交流电动势。现在来解释一下同步。交流电动势的频率f 决定于极对数 p 和转子的转速 n，即f=p*n/60。式中，频率单位为Hz，转速单位是 r/min。由式可以看出，当电机的极对数和转速一定时，发出交流电的频率也是一定的。我国的电力系统中，规定交流电流的频率为 50Hz。因此，当电机为一对极时，电机的转速必是3000r/min；电机为二对极时，23 电机转速必是 1500r/min，依此类推。由此可见,当电机的极对数一定时，它的转速n 和频率 f 之间有严格的关系，电机专业的术语就是 同步。汽轮发电机的励磁绕组是用扁铜线绕成的同心螺旋式线圈。励磁绕组的固定是个很重要的问题。磁极正式挂装前，应作必要的检查与修理。检查磁极背部与磁轭的接触面是否平整，端压板有无高出铁芯的地方，如不平或有高出的地方，应用砂轮机修磨。磁极线圈应用压紧工具压紧，以防止磁极安装后线圈因不紧而产生振动，增加了机组的杂音。磁极装好后，应根据平衡后决定的位置，在每个磁极“T”尾上端面上打上顺序编号，然后进行正式挂装。第五节氢气冷却器冷却氢气用的氢气冷却器它有四组，每一组都是由许多钢管组成，钢管的两头穿在管板的孔内。用胀管器胀接在管板，管板与外面的盒成形成水室，钢管内通冷却水，为了防止水中污泥淤积而阻塞钢管，进水口处还装有滤网。氢气在钢管外面通过，把热量传给钢管，再传给冷却水，为了增加冷却表面积，用薄钢片做成翅片焊在钢管的外表面。管内工作水压力 0.25MPa，冷却水进水温度不超过33，冷却后氢气温度不超过42。第六节发电机的氢系统一、概述水氢氢汽轮发电机冷却方式为定子绕组水内冷，转子绕组和定子铁芯为氢冷却。因此配备有氢油水 3 个辅助系统。氢系统中装有一系列报警开关，在运行中对氢气纯度、压力、温度、供氢压力和发电机的漏液进行控制和报警。在油系统中的油泵两端，供油管路上分别装有一系列报警开关，能对密封油系统中油氢差压，供油压力和油泵运行状况进行监测与报警，水系统中在水泵，过滤器，定子绕组总进出水管两端以及导电度仪上都有报警开关，能对水系统中压力、流量、温度、压差，电导等运行参数进行控制与监测，以上 3 个系统中任何一个部位发生异常，都将在氢油水工况监测柜上显示并报警，同时将信号送入 ATC和 DEH 进行计算机自动控制，这 3 个辅助系统从不同方面确保了发24 电机安全和连续运行，并达到了较高的自动化程度。二、氢系统1 氢系统功能1.1 以 CO2为中间介质，实现气体置换，具体时间和容积见下表：发电机内气体置换所需气体种类纯度(%)置换出发电机气体种类需要气体容积(m3)估计所需时间CO285 空气180 56 H296 CO2200 45 H296 发电机升氢压差0.3MPa 210 11.5 CO2H2150 45 1.2 自动维持发电机内的氢气压力。1.3 自动监测机内气体参数及运行工况。1.4 通过氢气干燥剂器连续干燥机内氢气，维持机内氢气温度。2 系统简介氢系统由运行和检测两部分组成。2.1 运行部分由供 CO2和 H2装置，氢气压力控制装置，充排氢阀门组，氢气干燥器等组成。2.2 检测部分由氢气纯度变送装置，浮子检漏计，发电机局部过热检测装置，氢油水工况监测柜等组成。2.3 供氢源由于密封瓦为双流环式，漏氢量小，因此系统的供氢源一般采用氢瓶，但也有制氢站供氢接口。正常运行中机内氢气纯度要求95%，只有在供氢不足或单流密封时才允许在90%95%之内，在额定氢压下，机内允许含温量为4g/m3，这可通过氢源及发电机氢系25 统上的氢干燥器来保证。3 氢系统主要部件简介3.1 氢气干燥器氢气干燥器有两种，可根据实际情况任选1 种。a、冷凝式氢气干燥器。冷凝式氢气干燥剂器是利用制冷机将H降温到 0左右，使氢气中的水分饱和折出，从而降低氢气中的含水量。干燥器跨接在发电机通风回路的高风压区和低风压区，当发电机运行时，氢气从高压区进入干燥器，冷冻脱水后的氢气经过一个热交换器，将冷氢适当升温后回到低风压区，脱出的水沉积在冷冻桶的底部，每天定时1、2 排放并记录。如果提高氢气干燥程度，则需进一步降低氢气的温度，此时，从氢气中脱出的水分以霜的形式凝结在蒸发器表面上，以霜结列一定的程度时，需停机化霜，为了提高脱水效果，可用两台冷凝式干燥器并联运行，当一台制冷时，另一台在化霜，定时切换。b、吸附式干燥器，吸附式干燥器为双桶热氢再生式。干燥器自带磁力驱动空泄漏离心风机，来自发电机的氢气经风机增压后，先经过吸附桶脱水干燥，干燥后，氢气大部分回到发电机中去，少部分流经再生桶，再生桶内装有电加热器，将氢气加热，热氢将中吸附的水分带走，经冷却器冷却后氢气中的水分析出，沉积在一贮水桶内，每天定时人工排放并记录，吸附桶和再生桶的切换定期进行。由于吸附式干燥器自带风机，因此，在发电机停机时也对发电机内气体进行干燥。上述两种类型的干燥器一经调试后，除排放水外，其余均可自动操作并根据要求在干燥器的进口或出口装上水分仪，用以监视发电机内温度或干燥器的工作状况。3.2 氢压控制装置氢压控制装置是一个组合件，它由氢压调节器，进出口压力表，压力控制器和旁路阀门组成，其作用是维持氢压，对过低的氢压报警，该装置允许的最高入口氢压为1.5MPa，输出为 00.7MPa的任意选择，当出口低于设定值时会自动补氢，直至氢压升至设定值。3.3 气体纯度监测变送装置该装置由差压和压力变送器以及纯度风机等组成。在任何情况下，它可连续传感机26 内气体密度、纯度和压力，并将这些参数转变为420mA，直流信号送至氢油水监测柜上的表计加以显示，其检测气体压力为00.7MPa，气体密度为0%152%（以空气密度为100%）和 049KPa，转子风扇压力差。在装置中，由于纯度风机负载很小，其转速几乎恒定，所以风机输出的风压差与气体密度成正比。该风机的差压通过装置上的差压变送器转换成电流信号，并送至氢油水监测柜中以除温组件和信号转换组件。经综合运算后，即可在仪表上显示机内气体纯度、密度等参数，由于装置中自带风机，故无论发电机处于何种状态，均可显示机内气体参数汽轮发电机练习题1汽轮发电机的主要结构部件是什么?2汽轮发电机定子的主要结构部件是什么?3大型汽轮发电机的转子为什么都显得比较笨重?转子支架有何作用?4伞式和半伞式汽轮发电机在结构上有何异同?5汽轮发电机转子绕组和定子绕组有何区别?第四章变压器概述变压器是一种把电压和电流转变成另一种（或几种）同频率的不同电压电流的电气设备。发电机发出的电功率，需要升高电压才能送至远方用户，而用户则需把电压再降成低压才能使用，这个任务是变压器才能完成的。随着输电距离，输送容量的增长，对变压器要求也愈来愈高，不仅需要数量多，而且要性能好，技术经济指标先进，还要保证运行安全、可靠、经济。第一节变压器的分类按照单台变压器的相数来区分,可以分为三相变压器和单相变压器。在三相电力系27 统中,一般应用三相变压器，当容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中也可以应用三台单相式变压器组成变压器组。按照绕组的多少来分，可分为双绕组变压器和三绕组变压器。通常的变压器都为双绕组变压器，即在铁芯上有两个绕组，一个为原绕组，一个为副绕组。三绕组变压器为容量较大的变压器（在5600 千伏安以上），用以连接三种不同的电压输电线。在特殊的情况下，也有应用更多绕组的变压器。按照结构形式来分类，则可分为铁芯式变压器和铁壳式变压器。如绕组包在铁芯外围则为铁芯式变压器；如铁芯包在绕组外围则为铁壳式变压器。二者不过在结构上稍有不同，在原理上没有本质的区别。电力变压器都系铁芯式。按照绝缘和冷却条件来分，可分为油浸式变压器和干式变压器。为了加强绝缘和冷却条件，变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。在特殊情况下，例如在路灯，矿山照明时，也用干式变压器。此外，尚有各种专门用途的特殊变压器。例如，试验用高压变压器，电炉用变压器，电焊用变压器和可控硅线路中用的变压器，用于测量仪表的电压互感器与电流互感器。我们主要介绍油浸式变压器和干式变压器。第二节油浸式变压器油浸式电力变压器在运行中，绕组和铁芯的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。油浸式电力变压器的冷却方式，按容量的大小，可分为以下几种：1、自然油循环自然冷却（油浸自冷式）2、自然油循环风冷（油浸风冷式）3、强迫油循环水冷却4、强迫油循环风冷却油浸式变压器应特别注意其防火安全措施。1、油量在 2500kg 以上的油浸式变压器与油量在600kg2500kg的充油电气设备之间，其防火间距不应小于5m。2、当相邻两台油浸式变压器之间的防火间距不满足要求时，应设置防火隔墙或防28 火隔墙顶部加防火水幕。单相油浸式变压器之间可只设置防火隔墙或防火水幕。3、当厂房外墙与屋外油浸式变压器外缘的距离小于规范表规定时，该外墙应采用防火墙。该墙与变压器外缘的距离不应小于0.8m。4、厂房外墙距油浸式变压器外缘5m以内时，在变压器总厚度加3m的水平线以下及两侧外缘各加3m的范围内，不应开设门窗和孔洞；在其范围以外的该防火墙上的门和固定式窗，其耐火极限不应低于0.9h。5、油浸式变压器及其它充油电气设备单台油量在1000Kg以上时，应设置贮油坑及公共集油池。6、油浸式变压器应按现行的有关规范规定，设置固定式水喷雾等灭火系统。油浸式厂用变压器应设置在单独的房间内，房间的门应为向外开启的乙级防火门，并直通屋外或走廊，不应开向其它房间。第三节 干式变压器相对于油式变压器,干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。特别是新的系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。1、干式变压器的温度控制系统干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的，今对TTC-300系列温控系统作一简介。(1)风机自动控制：通过预埋在低压绕组最热处的Pt100 热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达110时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度低至90时，系统自动停止风机。(2)超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到155时，系统输出超温报29 警信号；若温度继续上升达170，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。(3)温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100 热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度)，可将最高温度以 420mA 模拟量输出，若需传输至远方(距离可达 1200m)计算机，可加配计算机接口，1 只变送器，最多可同时监测31 台变压器。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。2、干式变压器的防护方式根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20 防护外壳，可防止直径大于12mm 的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用 IP23防护外壳，除上述 IP20 防护功能外，更可防止与垂直线成60角以内的水滴入。但 IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。3、干式变压器的冷却方式干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。4、干式变压器的过载能力干式变压器的过载能