同步发电机的运行.doc

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第八章 同步发电机的运行
第一节 同步发电机的基本结构
同步发电机是发电厂最主要的电气设备，它利用电磁感应原理将原动机转轴上的动能通过磁场转换成为电能。
一、同步发电机的分类和型号
㈠同步发电机的分类
⒈按照原动机的不同分为：
⑴水轮发电机；⑵汽轮发电机；⑶燃汽轮发电机；⑷柴油发电机。
⒉按照转子的不同分为：
⑴隐极式发电机：用于汽轮发电机和燃汽轮发电机，转速高；⑵凸极式发电机：用于水轮发电机，转速低。
⒊按照冷却介质不同分为：
⑴空气冷却；⑵氢气冷却；⑶水冷却等。
4、按照发电机机安装方式不同可分为：
⑴卧式；⑵立式；
5、按照冷却方式不同可分为：
⑴水-氢-氢：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷；
⑵水-水-空：定子、转子绕组水内冷、铁心空冷；
⑶水-水-氢：定子、转子绕组水内冷、铁心氢冷。
㈡同步发电机的型号
对于汽轮发电机，根据其冷却方式不同，分为以下几种型号：
⑴空冷汽轮发电机QF系列，如QF-25-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，25表示额定功率 (单位是MW)，2表示极数。
⑵氢外冷汽轮发电机QFQ系列，如QFQ-50-2，其型号的意义为： Q－汽轮，F－发电机，Q－氢冷，数字解释同⑴。
⑶氢内冷汽轮发电机QFN系列，如QFN-100-2，其型号的意义为： Q－汽轮，F－发电机，N－氢内冷，数字解释同⑴。
⑷双水内冷汽轮发电机QFSS系列，如QFSS-200-2，其型号的意义为：Q－汽轮，F－发电机，S－定子绕组水内冷，S－转子绕组水内冷，数字解释同⑴。
⑸水氢氢冷汽轮发电机QFSN系列，如QFSN-300-2，其型号的意义为：Q一汽轮，F－发电机，S－定子绕组水内冷，N－转子绕组氢内冷，数字解释同⑴。
对于水轮发电机，根据推力轴承安放的位置不同，可分为以下两种型号：
⑴悬式水轮发电机TS系列，如TS854/156-40，其型号的意义为：T－同步，S－水轮，854表示定子铁芯外径(cm),156表示铁芯长度(cm).40表示极数。
⑵伞式水轮发电机TSS系列，如TSS1260/160-48，其型号的意义为：S－水轮，T－同步，S一双水内冷，数字解释同⑴。
二、同步发电机的冷却
发电机在运行时，由于绕组中的电流和铁芯中的交变磁通会产生热量，这种热量会使发电机温度升高，随着发电机单机容量的增大，温升也越来越高。就发电机而言，温升受到电机铁芯冲片绝缘和线圈绝缘材料允许温度的限制，因此，必须加以冷却。
80多年来，发电机冷却介质已从空气时代进展到氢气和水的时代，氢气的重量仅为空气的1/4，导热性能比空气高六倍，其冷却效果比空气好，效率提高了0.7-1.0%。一般汽轮发电机从空冷改为氢冷后，可提高出力20-35%，冷却方法从冷却介质接触绝缘外部的间接冷却进展到与铜线的内部接触直接冷却，称之内冷式，大大提高了冷却效果;而采用水作为冷却介质，为电机技术的发展开辟了一条崭新的道路，当水的流速仅为空气的百分之几时，它的冷却能力比空气大几十倍。发电机的定子采用水内冷，转子及铁芯采用氢内冷方式，可大幅度提高其出力。下表为空气、氢气和水三种常见冷却介质的冷却性能
表 各种冷却介质的冷却能力比较
冷却介质
相对比热
相对密度
相对流量
相对吸热量
针对冷却能力
空气
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
氢气（0.414MPa）
14.35
0.35
1.0
3.0
5.0
油
2.09
848
0.012
--
21.0
水
4.16
1000
0.012
208
84.0
由上表可以看出：水是最好的，其热容量是空气的4.16倍，密度是空气的1000倍，散
热能力是空气的84倍，此外水还有良好的绝缘性能。
大型同步发电机常见的冷却有：
定子、转子氢表冷，额定容量SN≤100MW；
转子氢内冷、定子氢表冷，额定容量SN≤250MW；
定子、转子氢内冷，额定容量SN≤1000MW；
转子氢内冷、定子铁心氢表冷、定子绕组水内冷，额定容量SN≤1200MW；
水氢冷发电机的特点是，定子绕组用水冷却，转子绕组采用氢气冷却，一般水源取自汽轮机的凝结水，这种水源比较清洁，符合冷却水质的要求。发电机铁芯也采用氢气冷却。
水氢冷发电机虽然可以减少材料消耗，但是和空冷电机相比，它的结构比较复杂，维护修理比较麻烦，同时还必须配备一套专用冷却系统，所以一般情况下，它只适用于大型电机，而对5万kW以下的中小型电机，由于它的经济意义不大，故仍采用空冷型式为主。
我国QFSN-300型30万kW机组和QFSN-600型60万kW机组，由于容量大、额定电压高，较之普遍的中小型氢冷、水冷机组，在提高电气性能和加强机械强度、确保安全运行方面，都采取一系列特殊而有效的必要措施。
三、同步发电机的额定容量
同步发电机的额定容量是电力系统发展的重要标志。下表示出了我国国产汽轮发电机单机容量增长速度。目前同步发电机的单机容量不断增长，原因：
⒈降低造价和材料消耗；
⒉降低电厂基建安装费；
⒊降低运行费用。
但是，并非是任何情况下单机容量越大越好，而是要与系统的总容量匹配。如系统容量小于1000MW，单机最大容量一般是系统容量的4~6%；系统容量在1000~10000MW，单机最大容量一般是系统容量的6~10%；系统容量在大于10000MW，单机最大容量一般可以超过系统容量的10%。
表 国产汽轮发电机单机容量增长速度
时间
1952
1954
1957
1958
1959
1960
1969
1970
1974
1994

型
号

QF
-3-2

QF
-6-2

QF
-12-2

QF
-25-2

QF
-50-2

TQN
-100-2

QFS
-125-2
QFQS
-200-2
QFQS
-200-2

QFSN
-300-2

QFSN
-600-2
单机容量MW

3

6

12

25

50

100

125

200

300

600
冷却
方式
空冷
空冷
空冷
空冷
氢外冷
氢外冷
双水
内冷
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水内冷
提高发电机单机容量，不能只靠增加电机体积，因为发电机转子锻件和护环锻件的机械性能极限使锻件尺寸受到限制，因此随着单机容量增加，材料利用率越来越高，单位体积的发热量也大为增加，为限制发电机温度，必须在冷却上采取强化措施。所以，发电机冷却方式可以反映出发电机的容量等级和结构特征。

同步发电机的单机容量可用下式计算：

P为单机容量；六个影响单机容量的因素：
K为常数，不可改变；
n为额定转速，r/min，一般也不可改变；
定子内径，m，因为转子中心孔所受应力与直径的3次方成正比，所以受转子材料的机械强度的限制不宜过大。
为定子铁心有效长度，m，因转子的长度与直径的比例不能太大，所以受转子刚度、挠度的限制不宜过大。
Ｂδ为气隙磁通密度，T，受硅钢片饱和的影响不宜过大。
A为定子线负荷，A/mm，是提高单机容量的唯一途径，可以通过冷却技术来提高定子线负荷，从60A/mm提高到200～250A/mm，再提高有相当难度。
目前正研究“超导”材料，转子绕组采用“超导”材料，定子绕组采用常导材料，因“超导”励磁绕组可以产生高于常导励磁绕组产生的气隙磁密，无需定子和转子铁心，所以定子绕组可作成无槽气隙绕组，其空间利用率及线负荷大大提高，单机容量可达3600MW；
上表示出了常见汽轮发电机冷却方式与容量的关系。以下3表分别是国产汽轮发电机单机
表 进口300MW汽轮发电机组的技术指标
制造国厂家
美国西屋
美国通电
前苏联э-С
意大利
法国
罗马尼亚
运行厂
石槽
上安
--
--
元宝山
蒲城
机型
--
AB-350-2
ТББ-300-2
--
--
THA-320-2
额定功率MW
300
379
300
320
300
330
额定电压kV
20
23
18
20
22
24
额定电流kA
10.190
11.196
11.320
10.868
9.264
9.140
功率因数
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
转速r/min
3000
3000
3000
3000
3000
3000
冷却方式
全氢
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水氢氢
额定氢压MPa
0.428
0.414
0.3
0.32
0.41
0.35
效率%
98.5
98.72
98.8
98.76
98.46
98.87
短路比
0.609
0.50
0.63
0.585
0.498
0.5
励磁方式
无刷
机内励
高频整流
可控硅
可控硅
可控硅
表 国产300MW汽轮发电机组的技术指标
型号
QFSN-300-2
QFSN-300-2
QFSN-300-2
QFS-300-2
QFN-300-2
生产厂
东方电机厂
哈尔滨电机厂
上海电机厂
上海电机厂
上海电机厂
额定功率MW
300
300
300
300
300
额定电压kV
20
20
20
18
20
额定电流A
10190
10190
10190
11320
10190
功率因数
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
转速r/min
3000
3000
3000
3000
3000
冷却方式
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水水空
氢氢氢
额定氢压MPa
0.3
0.3
0.31
0.2(水压)
0.41
效率%
98.8
98.82
98.8
98.61
>98.6
短路比
0.556
0.656
>0.5
0.42
>0.5
励磁方式
三机同轴交流
静止SCR
三机同轴交流
静止SCR
三机同轴交流
旋转SCR
三机同轴交流
静止SCR
三机同轴交流
旋转SCR
励磁电流/电压
2203A/426V
2642A/365V
2510A/302V
1844A/483V
2698A/403V

容量增长情况、进口300MW、600MW机组技术经济指标和国产300MW、600MW机组的主要参数。
表 引进型600MW汽轮发电机组的技术指标
运行厂
平圩发电厂
北伦港电厂1#机
石洞口二厂
元宝山电厂
生产厂家
哈尔滨
日本东芝
ABB
法国A-A
机型
QSFN-600-2
ANKS
50WT23E-600-2
T260-640
额定功率MW
600
600
644.4
600
最大连续出力MW
--
732.6
747.7
688.9
定子额定电压kV
20
20
24
20
功率因数
0.9
0.9
0.9
0.9
转速r/min
3000
3000
3000
3000
冷却方式
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水氢氢
频率Hz
50
50
50
50
定子绕组进水温℃
45~50
46
45
35
定子绕组温升℃
<50
54
60
<65
励磁电流A/电压V
5900/480
4700/510
5080/484
2963/592
转子额定氢压MPa
0.53
0.41
0.46
0.39
转子进氢温度℃
45±1
46
45
55
效率%
98.775
99
98.91
98.94
短路比
0.6899
0.539
0.5
0.51
定子中性点
接地方式
经400/100V
变压器高阻接地
经20kV/190V
配电变压器接地
经配电变压器
高阻接地
经配电变压器
高阻接地
负序能力稳态I2
0.08
0.08
0.08
0.10
表 世界各国600MW汽轮发电机组的技术指标㈠
公司
型号
哈电、上电
优化600MW
引进WH技术
2-105×234
BBC
50WT23E-128
HITACHI
额定容量MW/MVA
600,650/667,722
600/667
600/667
600/667
最大出力MW/MVA
654,680/727,756

644/716
666/740
定子额定电压kV
20
20
24
21
氢压MPa
0.4
0.517
0.47
0.43
励磁方式
无刷
无刷
静止并励
静止并励
定子铁芯外/内径mm
2673/1316
2673/1270
2934/1350
2514/1320
转子直径/长度mm
1130/6250
1092.2/5892.8
1150/6400
1079/6190
励磁电流A/电压V
4202/429
5898/477.5
5100/450
5450/457
转子额定氢压MPa
0.53
0.41
0.46
0.39
效率%
98.94
98.67
98.91
98.87
短路比
0.542
0.602
0.5
0.54
通风形式
气隙取气
轴向径向
轴向径向
气隙取气
冷却方式
水氢氢
水氢氢
水氢氢
水氢氢

表 世界各国600MW汽轮发电机组的技术指标㈡
公司
型号
AESALDG
THAR
MITSUBICHI
KWU
THDD115/67
A-A
TOSHIBA
额定容量MW/MVA
600/667
600/667
600/667
600/667
600/667
最大出力MW/MVA
681/756.5
650/722
657/730
652/724
657/730
定子额定电压kV
20
20
21
20
20
氢压MPa
0.43
0.51
0.41
0.39
0.41
励磁方式
静止并励
无刷
无刷
无刷
静止并励
定子铁芯外/内径mm
2560/1283
2800/1295
2950/1350
--
--/1340
转子直径/长度mm
1111/7570
1100/5800
1150/6400
--
--
励磁电流A/电压V
4760/488
5420/500
4520/453
2504/--
4760/--
转子额定氢压MPa
0.43
0.51
0.41
0.39
0.41
效率%
98.90
98.84
98.91
98.92
98.90
短路比
0.52
0.55
0.53
0.51
0.526
通风形式
气隙取气
轴向径向
轴向径向
--
气隙取气
冷却方式
水氢氢
水氢氢
全氢
水氢氢
--
四、同步发电机的主要部件
发电机主要有以下部件：定子（绕组及铁心）、转子（绕组及铁心）、机座、励磁系统、冷却系统、油循环系统及监测系统（温度、电流等）等；
下图是我国QFSN-300-2型30万kW和QFSN-600-2型型60万kW发电机组的侧面图。

大型汽轮发电机通常采用卧式轴，实行一轴三机，即同一个轴上同时有发电机、主励磁机和副励磁机。副励磁机采用永磁性转子，定子发出400～500Hz的交流经可控硅整流后给主励磁机励磁，主励磁机则发出100Hz的交流经可控硅整流后给同步发电机，QFSN-300-2
型30万kW发电机组就是采用这种三机励磁方式。

有些发电机的主励磁机采用定子励磁，三相绕组装在转子上，三相电流顺转轴引到同轴旋转的整流装置整流送到发电机励磁绕组，采用了无刷励磁。QFSN-600-2型60万kW发电机组多采用静止励磁（自并励）方式或无刷励磁方式。江苏利港发电厂60万kW发电机采用自并励励磁方式。
㈠定子
定子由定子铁芯、定子绕组(也叫电枢绕组)、机座、端盖及挡风装置等部件组成。

定子铁芯是电机磁路的一部分，同时也嵌放定子绕组。定子铁芯的形状呈圆筒形，在内壁上均匀地分布着槽。为了减小铁芯损耗，定子铁芯一般采用0.35mm或0.5mmn厚的硅钢片叠装制成。当定子铁芯外径大于1m时，用扇形冲片拼成一个整圆，错缝叠装，沿轴向分成若干段，段与段之间留有1cm宽的风道。整个铁芯用非磁性的端压板和抱紧螺杆压紧固定于机座上。如图是60万kW发电机组的定子局部图。
定子绕组是定子的电路部分，它是感应电动势、通过电流、实现机电能量转换的重要部件。定子绕组用铜线或铝线制成。汽轮发电机多采用双层叠绕组。为了减小集肤效应引起的附加损耗，绕制定子绕组的导线由许多互相绝缘的多股线并绕而成，在绕组的直线部分还要换位，以减小因漏磁通而引起各股线间的电动势差和涡流，整个绕组对地绝缘，如图是水冷定子线棒断面图。
定子机座应有足够的强度和刚度，一般机座都是用钢板焊接而成，主要用于固定定子铁芯，并和其他部件一起形成密闭的冷却系统。
㈡转子
转子由转子铁芯、转子绕组 (也叫励磁绕组)、滑环、转轴等部件组成。对于一对磁极的汽轮发电机，其转速达3000r/min。因此转子要做得细一些，以减少转子圆周的线速度，避免转子部件由于高速旋转的离心作用而损坏。所以转子形状为隐极式，它的直径小，为一细长的圆柱体，如图为300MW汽轮发电机转子外形图。

转子铁芯既是电机磁路的一部分，又是固定励磁绕组的部件，大型汽轮发电机的转子一般采用导磁性能好、机械强度高的合金钢锻成，并和轴锻成一个整体。沿转子铁芯轴向，铁芯表面三分之二的部分对称地铣有凹槽，槽的形状有两种，一种为辐射排列，一种是平行排列，如图所示。我国生产的电机都采用辐射形槽。占转子表面1/3的不开槽部分形成一个大齿，大齿的中心实际为磁极中心。
励磁绕组由矩形的扁铜线绕成同心式绕组，嵌放在铁芯槽中，所有绕组串联组成励磁绕组。直流励磁电流一般是通过电刷和集电环引入转子励磁绕组，形成转子的直流电路。励磁

绕组各匝间相互绝缘，各匝和铁芯间也有可靠的绝缘。
如图为日立600MW汽轮发电机双路斜流通风风路和ABB600MW汽轮发电机转子通风及开口槽断面图。
㈢通风冷却系统
介绍几种典型的通风冷却系统。
⒈半轴向通风的冷却系统如图。
定子铁芯和转子绕组都采用半轴向通风的冷却系统，此种通风系统如图所示。冷却器5置于电机中部，经冷却器冷却后的冷氢，由汽端(即汽轮机侧的发电机端部)风扇4迫使其分成两路。其中一路直接进入汽端铁芯2和转子绕组轴向冷却风道，另一路经机壳上的风道送至励端(即发电机的励磁机侧)进入铁芯和转子绕组的另一半轴向冷却风道。汽励两端进入铁芯和转子绕组的氢气都从铁芯中段径向风道排出。排出的热氢再进入冷却器，这就完成了机内氢气的循环冷却功效。

这种发电机冷却结构在石洞口二电厂的进口机组美国ABB公司生产的600MW发电机上采用，意大利ANSALDO公司等厂家也采用。
⒉定子铁芯轴向通风和转子绕组半轴向通风的冷却系统
平圩电厂600MW水氢氢冷汽轮发电机(引进美国WH公司技术)采用这种冷却系统。其通风冷却结构类似下图所示(平圩电厂发电机的两组立式氢气冷却器布置在发电机汽端两侧)。风路由转子护环6外汽端的五级轴流式高压头风扇5抽的热氢，首先进入设置在汽端的冷却器4，冷却器出来的冷风分为两路:一路经铁芯背部流到励端水母管2，一部分进入定子铁芯3的全轴向通风道，在汽端排出，另一部分进入转子绕组1的端部和轴向风道，分别在转子本体端部排气槽和转子中部径向排至气隙;另一路冷风转弯经风路隔板和汽端端盖间的风路进入汽端转子绕组端部和轴向风道，分别在转子本体端排气槽和转子中部径向排至气隙。铁芯的轴向出风和转子的气隙出风 (热氢)都被高压头风扇抽出再进入冷却器，完成氢气的机内循环冷却功效。为防止励端风路短路，在励端铁芯端部的气隙处设有气隙隔环。
⒊定子铁芯径向通风和转子绕组气隙取气斜流通风的冷却系统
这种通风系统也称为定、转子藕合的径向多流式通风系统。

山东邹县电厂日立公司产的600MW水氢氢冷汽轮发电机的通风系统如下图所示。定子铁芯径向通风冷却，转子绕组采用气隙取气双排斜流通风(一风斗二路)冷却方式。定子铁芯和

转子绕组采用"五进六出"相对应的通风结构，即沿发电机轴向长度分为五个进风区和六个出风区，进出风区交替布置。机座内设有四个冷却器，分别布置在励端和汽端两侧。经冷却器
冷却后出来的冷氢，由汽端和励端的风扇送到各个进风区，冷却定子铁芯和转子绕组后都经铁芯的径向风道排向出风区，再进入冷却器，完成机内氢气循环冷却功效。
优化设计的国产QFSN-600-2YH型水氢氢冷汽轮发电机，定、转子沿轴向有11个风区，为带有气隙隔环的“五进六出”的定、转子径向藕合的多路(流)通风系统。东方电机厂生产的(采用GE技术)和北仑港电厂的(日东芝产-GE技术)600MW汽轮发电机，则是采用带有气隙隔环的“六进七出”的多路通风结构，定、转子沿轴向共有13个风区。
㈣供气系统
采用氢冷方式的汽轮发电机需要建立专用的供气系统。
供气系统应保证：给发电机充以氢气和空气；进行两种气体的置换，补充漏气；自动监视和保持氢气压力和纯度。
如图为QK3-300-1型供气系统，各种不同型号的汽轮发电机，供气系统基本上相同，其主要特性如下。

⑴氢气由中央制氢站或储氢罐提供。
⑵输氢管道上设置有自动氢压调节阀保持机内为额定氢压。当机内氢气溶于密封回油被带走而使氢压下降或机内氢气纯度下降需要进行排污换气时，可通过调节阀自动补氢。
⑶设置一只氢气干燥器，以除去机内氢气中的水分，保持机内氢气干燥和纯度。
⑷设置一套气体纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度。有的系统中可能专设一套换气分析仪和换气纯度计，专门用于监视换气的完成情况。
⑸在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳 (或氮气)作为中间介质，用间接方法完成，以防止机内形成空气与氢气混合的易爆炸气体。
下图为利港发电厂供气系统图。供气系统的组成：制氢站、供气管路、排气管路、氢气过滤器、液位控制器、气体状态监测仪表、氢气干燥器、气体控制屏等。
氢气走向：氢气干燥器→发电机低压区→发电机冷却→发电机高压区→氢气干燥器，以保持氢气的干燥；
补偿：制氢站（或储氢钢瓶）→母管→氢气过滤器→发电机氢气总管，以保持氢气压力恒定；
监测：发电机高压区→气体分析器→发电机，以保持氢气纯度。

利用二氧化碳CO2（氮气N2）进行发电机充氢或排氢的过程（江苏利港发电厂使用CO2）：
①充氢时，先用二氧化碳CO2（氮气N2）置换发电机中的空气，当中间气体纯度达到85%CO2（或95%N2），再换氢气；
②排氢时，先用二氧化碳CO2（氮气N2）置换发电机中的氢气，当中间气体纯度达到95%CO2（或97%N2），再换空气；当中间气体纯度达到15%时，停止排气。
以上是两种600MW汽轮发电机组的供气系统图。
㈤供水系统
采用水冷方式的汽轮发电机需要建立的供水系统，主要用于定子的冷却。
对大容量水氢氢冷汽轮发电机定子绕组，对供水系统要求：
①冷却水应有良好的介质特性，装设离子交换器和过滤器；
②管道运行畅通，具有高度可靠性；
③具有良好的密封性，特别在发电机内不允许泄漏，故应保持一定的氢、水压。
④供给额定的定子绕组冷却水流量。
⑤控制进入定子绕组的冷却水温度达到要求值。
⑥保持高质量的冷却水质(除盐水，又称凝结水)。要求冷却水的电导率低于5μS/cm（S为西门子），最高不大于10μS/cm(25℃时)，否则应停机。
水氢氢冷发电机定子绕组的水冷系统都大同小异。如图是典型供水系统。
供水系统的组成：2个水冷却器、2台水泵、3个过滤器、离子交换器、水箱和一系列指示仪表及信号器等。

供水走向：水箱→水泵→水冷却器→滤网→发电机定子→水箱；例如利港发电厂600MW汽轮发电机组进水温度45~50℃，出水温度71℃，供水系统的流量为105t/h；
为防止水分浸入发电机导致绕组受潮，要使水压低于氢压；但氢气则可能进入水中，为此，水箱装设气水分离系统，通过排气管道排出；
冷却水的补充：补充水→电磁阀S→离子交换器→过滤器→水箱；

供水系统的信号：水泵停止、液位过高或过低、水温过高、电导率过高、氢水压差过低等均发信号。
上图为利港发电厂和其他发电厂的供水系统图。
㈥密封油及供油系统

发电机转轴与端盖之间的密封装置称轴封。它的作用是防止外界气体进入电机内部或阻止氢气从机内漏出，以保证电机内部气体的纯度和压力不变。所有的氢冷发电机都采用“油密封”装置，为此需要一套供油系统称为密封油系统。
采用油进行密封的原理是，在高速旋转的轴与静止的密封瓦之间注入一连续的油流，形成一层油膜来封住气体，使机内的氢气不外泄，外面的空气不能侵入机内。为此，油压必须高于氢压，才能维持连续的油膜，一般只要使密封油压比机内氢压高出0.015MPa就可以封住氢气。从运行安全上考虑，一般要求油压比氢压高0.03～0.08Mpa，（例如江苏利港发电厂油压比氢压高0.084Mpa）。为了防止轴电流破坏油膜、烧伤密封瓦和减少定子漏磁通在轴封装置内产生附加损耗，轴封装置与端盖和外部油管法兰盘接触处都需加绝缘垫片。目前应用的油密封结构足以使机内氢压达0.4～0.6MPa。
供油系统除满足油量、油温、油压外还应满足：
①系统密封性好，不漏气；
②当供油系统破坏时，密封部件和轴应完好无损；
③保证密封瓦温度不超过规定的75℃；
④防止油经过密封部件漏入发电机内。
如上图是典型供油系统。供油系统应有两个独立的油路系统。下图为利港发电厂的供油系统图。

⒈空气侧油系统
油走向：主油泵（2MPa）→射油器（0.8MPa） →油冷却器→过滤器→压差阀→发电机密封瓦空气侧油环→空侧回油箱→主油箱；
空侧回油箱：进行空气、油分离；
直流、交流油泵：保证供油可靠性；

⒉氢气侧油系统
油走向：氢侧回油箱→交流油泵→油冷却器→过滤器→分为汽端和励端两路→两个压差阀→发电机密封瓦→氢侧回油箱；
氢侧回油箱：进行氢、油分离；
直流油泵：保证供油可靠性；
供油系统的组成：氢侧回油箱、空侧回油箱、4台油冷却器、4台油泵、射油器及滤油器。
油密封从结构上可分为盘式(径向轴封)和环式(轴向轴封)两种。600MW机组都采用环式油密封。环式油密封主要有三种:单流环式、双流环式和三流环式，每一种又有不同的具体结构，以下是这三种环式油密封的结构图。
一、单流环式油密封如下左图所示。
二、双流环式油密封如下右图所示。
三、三流环式油密封如下图所示。

第二节 同步发电机的工作原理
一、工作原理
我们知道，导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将原动机转轴上的动能通过磁场转换成为电能的。
图7-1所示为同步发电机的工作原理示意图。在同步发电机的定子铁芯内，对称地安放着A－X、B－Y、C－Z三相绕组。所谓对称三相绕组，就是每相绕组匝数相等，三相绕组的轴线在空间互差120°电角度。在同步发电机的转子上装有励磁绕组，当直流电通过励磁绕组时会产生主磁场，其磁通如图中虚线所示。磁极的形状决定了气隙磁密在空间基本上按正弦规律分布。所以，当原动机带动转子旋转时，就得到一个在空间按正弦规律分布的旋转磁场。定子三相绕组在空间互差120°电角度（如图所示）。因此，三相感应电动势在时间上也差120°电角度，发电机发出的就是对称三相交流电，即
（7-1
感应电动势的频率取决于发电机的磁极对数和转子转速。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；当转子有对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变了个周期。设转子的转速为(r/min)则感应电动势每秒钟交变次，即感应电动势的频率为

(Hz) (7-2)
式(7-2)表明，当同步发电机的极对数、转速一定时，则定子绕组感应电动势的频率一定，即转速与频率保持严格不变的关系，这是同步发电机的基本特点之一。
我国电力系统的标准频率规定为50Hz，因此，当＝3000r/min时，发电机应为一对极；当＝1500r/min时，发电机应为两对极，依次类推。
当同步发电机的三相绕组与负载接通时，对称三相绕组中流过对称三相电流，并产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速,即定子旋转磁场的转速与发电机转子转速相同，亦就是同步，故称为同步发电机。
二、同步发电机的额定参数
1、额定容量或额定功率
额定容量是指发电机长期安全运行时，所能输出的最大视在功率，一般以千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)为单位；额定功率是指发电机正常运行时，所能输出的最大有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)为单位。
2、额定电压
额定电压是指发电机额定运行时，定子三相绕组的线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
3、额定电流
额定电流是指发电机正常连续运行时，定子绕组允许通过的最大线电流，单位为安(A)。
4、额定功率因数
额定功率因数是指同步发电机的额定功率和额定容量的比值，铭牌上一般标有额定功率和值。
上述四个额定参数之间有如下基本关系
＝＝
另外，在同步发电机的铭牌上还常列有：额定效率(%)、额定频率(Hz)、额定转速(r/min)、额定励磁电压(V)、额定励磁电流(A)和额定温升(℃)等。例如江苏利港发电厂QFSN-600-2发电机组的参数：
额定功率：600MW（最大648.862MW）； 冷却方式：水氢氢
额定电压：20 kV； 额定电流：19250 A；
额定功率因数：0.90； 额定效率：99.0%；
额定频率：50 Hz； 额定转速：3000 r/min；
额定励磁电压：407 V； 额定励磁电流：4145 A；
极数：2； 额定氢压：0.4Mpa。
三、同步发电机的电动势方程、等值电路和相量图
1、同步发电机带负载运行时的电磁量
同步发电机负载运行时，由于定子三相绕相中有电流通过，也会形成一个磁场，该磁场也是旋转磁场，称之为电枢磁场，电枢磁场以与转子主磁场相同的转速，相同的方向旋转。所以同步发电机运行时，气隙中存在着两个旋转磁场，即转子旋转磁场和电枢旋转磁场。为了分析问题简单方便，可不计磁路饱和的影响。应用叠加原理，认为一个磁动势独立产生一个磁通，并在电枢绕组中感应出相应的电动势。所以负载时定子绕组中感应电动势包括转子磁场感应的空载电动势、电枢磁场感应的电动势和漏磁通感应的电动势。
上述磁通势、磁通、电动势之间的关系可表示如下：
→ → →
→
→
→

2、电势方程
根据基尔霍夫电压定律，参看图7-6所示各电磁量正方向，得出一相绕组的电动势平衡方程式
＋ ＋ ＝ ＋ (7-3)
式中 ──发电机的相电压；
──电枢一相绕组的电阻压降；
──主磁通产生的电动势，也称空载电动势；
──电枢反应磁通感应的电动势；
──漏磁通感应的电动势。

若忽略电枢绕组的电阻压降，则有
＋＋＝ (7-4)
其中，漏电动势与漏磁通是成正比的，而漏磁通又与电枢电流成正比，因此漏电动势可以用一个电抗压降来表示，由于漏电动势滞后漏磁通90°。所以有
＝－ （7-5）
式中 ——漏电抗。
如果不计磁路饱和，则电枢反应电动势、电枢反应磁通、电枢反应磁通势和电枢电流成正比关系。电枢反应磁通与电枢电流同相位，故滞后90°，与漏电动势一样，电枢反应电动势可以用电抗压降来表示，即
＝－ (7-6)
式中 ——电枢反应电抗。
综上，电动势方程可表示为
－－＝
或 ＝＋（＋）＝＋ (7-7)
式中 ——同步电抗。
3、同步发电机的等值电路和相量图
由式(7-7)可得同步发电机的等值电路如图7-7所示。
根据图7-7的等值电路可以画出如图7-8所示的同步发电机带感性负载时的相量图。

第三节 同步发电机的运行特性
同步发电机带对称负载运行时，主要有负载电流、功率因数、端电压和励磁电流等几个互相影响的变量，这些物理量每两个量之间的关系，称为同步发电机的运行特性。
一、空载特性
同步发电机的空载特性，是指发电机转速等于额定转速，定子绕组开路(=0)时空载电动势与励磁电流的关系曲线，如图7-9所示。
由图7-9可见，空载特性曲线与发电机磁路的磁化曲线相同。空载特性是发电机的基本特性之一，它表征了发电机磁路的饱和情况，利用它可以求得同步发电机的参数，在实际生产中还可利用该曲线判断发电机的一些故障情况。例如，励磁绕组有无匝间短路故障，如果励磁绕组有匝间短路，在相同的励磁电流下，励磁磁通势减小，空载电动势减小，曲线下降。

二、短路特性
所谓短路特性，是指发电机在额定转速下，定子三相绕组短路时，定子稳态短路电流与励磁电流的关系曲线，即，如图7-10。
在做短路特性试验时，要先将发电机三相绕组的出线端短路。然后，维持转速不变，增加励磁，读取励磁电流及相应的定子电流值，直到定子电流不达额定电流值时为止，在试验过程中，调整励磁电流时不要往返调整。
短路试验测得的短路特性曲线，不但可以用来求取同步发电机的重要参数：饱和的同步电抗与短路比。在电厂中，也常用它来判断励磁绕组有无匝间短路等故障。显然，励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数的减少，短路特性曲线是会降低的。
三、负载特性
负载特性是当转速、定子电流为额定值，功率因数＝常数时，发电机电压与励磁电流之间的关系曲线，即。如图7-11所示为不同功率因数时的负载特性曲线。
当值不同，我们即可得到不同负荷种类的负载特性曲线。
用负载特性曲线、空载特性曲线、短路特性，可以测定发电机的基本参数，这是发电机设计、制造的主要技术数据。
四、外特性
同步发电机的外特性，是指发电机在额定转速下，保持励磁电流和功率因数不变时，端电压与负载电流之间的关系曲线。图7-12所示为发电机带不同功率因数负载时的外特性曲线。

曲线1为感性负载时的外特性曲线，它是随增大而下降的曲线，这是因为，当感性负载电流增加时，由于电枢磁场对转子磁场呈去磁作用，同时漏抗压降随之增大，所以端电压随之