发电机基础知识讲解...pdf

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1、生生 产产 培培 训训 教教 案案 培训题目：发电机知识讲解 培训目的：了解发电机及励磁系统基本知识，发电机保护，运行定期 检修试验项目。 内容摘要： 1、发电机工作原理。 2、发电机获得励磁电流的几种方式 。 3、发电机保护 4、发电机试验： 培训内容： 发电机基本原理：发电机基本原理： 三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转 速 n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻就会感应（产生） 交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。发电 机是利用电磁感应现象的原理制成的， 它是把机械能转化为电能的装 置。交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、

2、电刷 等。 感应电势 E4.44fN（N：匝数） 频率 fPn/60 交流发电机的特点：把机械能转化为电能的一种机器。因为它提 供的是方向做周期性变化的交流电，故称为交流发电机。 发电机的主要构造是转子（转动部分）和定子（固定部分），滑环 两个，电刷两个。小型发电机的转子是线圈，定子产生磁场，就像教 学演示用的模型一样。大型发电机恰好相反。它的线圈是定子，产生 磁场是转子。 同步发电机为了实现能量的转换， 需要有一个直流磁场而产生这 个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方 式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发 电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电

3、机。 发电机获得励磁电流的几种方式发电机获得励磁电流的几种方式 ： 1、直流发电机供电的励磁方式： 这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流 发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕 组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。 这种励 磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优 点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。 缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在 10mw 以上的机组 中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式 现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁 机也装在发电机大轴上， 它

4、输出的交流电流经整流后供给发电机转子 励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整 流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流 副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。 为了提 高励磁调节速度， 交流励磁机通常采用100200hz的中频发电机， 而交流副励磁机则采用 400500hz 的中频发电机。 这种发电机的 直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内， 转子只有齿与槽而没 有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有 工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流 电势的谐波分量也较大。 3、无励磁机的励磁方式：

5、 在励磁方式中不设置专门的励磁机， 而从发电机本身取得励磁电 源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静 止励磁可分为自并励和自复励两种方式。 自并励方式它通过接在发电 机出口的整流变压器取得励磁电流， 经整流后供给发电机励磁，这种 励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复 励磁方式除没有整流变压外， 还设有串联在发电机定子回路的大功率 电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时， 给发电机提供较大 的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。 这种励磁方式具有两种 励磁电源， 通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的 电流源。 发电机与励磁电流的有

6、关特性发电机与励磁电流的有关特性 1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控 制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因， 当励磁 电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。 但是为了 满足用户对电能质量的要求， 发电机的端电压应基本保持不变， 实现 这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时， 可以认为是与无限大容量电源的母线 运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此 时发电机的无功电流也跟着变化。 当发电机与无限大容量系统并联运 行时，为了改变发电机的无功功率，必须

7、调节发电机的励磁电流。此 时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了 送入系统的无功功率。 3、无功负荷的分配： 并联运行的发电机根据各自的额定容量， 按比例进行无功电流的 分配。大容量发电机应负担较多无功负荷， 而容量较小的则负提供较 少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配， 可以通过自动高压调 节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变， 还可对发电 机电压调节特性的倾斜度进行调整， 以实现并联运行发电机无功负荷 的合理分配。 自动调节励磁电流的方法 在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行， 因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方

8、法是改 变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。 常用的方 法有改变励磁机励磁回路的电阻， 改变励磁机的附加励磁电流， 改变 可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法， 它是根据 发电机电压、电流或功率因数的变化， 相应地改变可控硅整流器的导 通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管， 可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体 积小和重量轻等优点。 在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和 实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大 单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量 信号（如电压、电流等）

9、 ，经测量单元变换后与给定值相比较，然后 将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控 制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。 同步单元的 作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源 同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的 发电机能稳定和合理地分配无功负荷。 稳定单元是为了改善电力系统 的稳定而引进的单元 。 励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定 性。 限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而 设置的。 必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单 元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关

10、。 自动调节励磁的组成部件及辅助设备自动调节励磁的组成部件及辅助设备 自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、 励磁变压器； 励磁装置需要提供以下电流， 厂用 ac380v、 厂用 dc220v 控制电源.厂用 dc220v 合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机. 自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号， 发电机机端电压 100v，发电机机端电流 5a，母线电压 100v，励磁 装置输出以下继电器接点信号； 励磁变过流， 失磁， 励磁装置异常等。 励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关 偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、

11、电量变送器等组 成。 在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外， 还必须灭磁，把 转子磁场尽快地减弱到最小程度， 保证转子不过的情况下， 使灭磁时 间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。 根据额定励磁电压的大小可 分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。 获得励磁电流的方法称为励磁方式。 目前采用的励磁方式分为两 大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统； 另 一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系 统。现说明如下： 1 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采 用他励接法时， 励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的 直流发电

12、机供给。 2 静止整流器励磁 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流 副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供， 待电压 建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流 经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机， 而主励磁机的交流输出 电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 为何发动机定子绕组采用双为何发动机定子绕组采用双 Y Y 接线：接线： 发电机 Y 接线能消除三次谐波（三次谐波环流均消耗于） ，电枢 磁场是无法做到完全正玄波形，产生三次谐波电势不可避免。 （双 Y 型接线，比单 Y 接线其磁势及电势的波形更优，双 Y 接

13、线可以装设 横差保护。 ） 345345 号机发动机装设出口开关优劣：号机发动机装设出口开关优劣： 机端装设开关，断开后主变低压侧无接地点，理论上的低压侧零 序等值阻抗开路，发生一点接地后无零序电流， 当然三次谐波电势还 是存在的，但其数值很小，保护灵敏度不高。另一个原因，还有一个 作用是，在发生单相接地时，限制非故障相电压不至于升至 1.732 倍 （限制故障过电压不大于 2.6 倍，这是初设人给的解释） 。 电流闭锁失步保护作用电流闭锁失步保护作用 发电机失步进入异步运行状态后，在机端与系统电压相位差接近 180是， 发动机与主变间环流非常大， 此时跳开发动机出口开关将使 其断开很大的故障

14、电流，对开关寿命及安全构成极大损伤， 为保护发 电机出口开关，当电流大于 14 万安培时闭锁失步功能，一个指令闭 锁开关跳闸，同时发指令闭锁另柜失步保护跳闸。 发电机功率圆特性曲线：发电机功率圆特性曲线： 功 率 功角 发电机静稳定特性曲线： 180角 90角 发电机保护：发电机保护： 双套设置，完全独立。每套有三个 M-3425 继电器。 发变组保护发变组保护 0101（和（和 0404）柜）柜 M-3425-1M-3425-1 保护名称定值 时限 （周波） 1 动作结果 主开 关 灭磁 开关 主汽 门 减出 力 启动 失灵 闭锁 输入 信号备注 87发电机差动 0.77 启动 0.77A,

15、延时 1 周波,比率 20% 圆直径 15,偏移9.2,阻抗角 85,延时 14 周波,FL（振荡）闭 锁 剩余电流 1.0 失步 I 段 II 段 基波 I 段 基波 II 段 定子接地 三次谐波 I 段 三次谐波 II 段 过电压 误上电 负序过流 负序反时限过流 I 段 II 段 -0.5 -0.5 20 5 1.5 0.3 130 110 5% 9 750 6000 25 500 25 25 25 25 1 500 10 逆功率 启动 3.1A、70V，延时 1 周波 发变组保护发变组保护 0101（和（和 0404）柜）柜 M-3425-2M-3425-2 时限 （周波） 动作结果

16、主开 关 灭磁 开关 主汽 门 减出 力 启动 失灵 闭锁 输入 保护名称定值信号备注 失步 程跳 逆功率 I 段 II 段 -0.5 -0.5 20 25 75 25 圆直径 15,偏移9.2,阻抗角 85,延时 14 周波,FL 闭锁 圆直径 4.12,偏移3.1,阻抗角 85 ,延时 125 周波,FL 闭锁 剩余电流 1.0 发电机阻抗 定子接地基波 I 段 基波 II 段 三次谐波 I 段 三次谐波 II 段 过电压 I 段 II 段 I 段 过激磁 II 段 反时限 I 段 频率 II 段 III 段 IV 段 I 段 失磁 II 段 5 1.5 0.3 130 110 125 1

17、10 51.5 51 48 47.4 500 25 25 25 25 250 25 25 50 启动 110%,反时限曲线#1,时间 刻度 1 圆直径 30.3,偏移2.3，延时 100 周波,电压控制 85V,FL 闭锁 圆直径 36,偏移 3.3，延时 100 周波,FL 闭锁 发变组保护发变组保护 0101（和（和 0404）柜）柜 M-3425-3M-3425-3 时限 （周波） 450 35 500 10 0 15 250 25 25 50 动作结果 主开 关 灭磁 开关 主汽 门 减出 力 启动 失灵 闭锁 输入 保护名称定值信号备注 过负荷 反时限过流 负序过流 负序反时限过流

18、闭锁失步保护 断路器失灵 I 段 II 段 频率 III 段 IV 段 4.49 4.72 5% 9 28.8 442 51.5 51 48 47.4 发电机 CT 变比：25000/5 闭锁本柜及另一柜失步 剩余电流 1.0 发电机试验：发电机试验： 气密性试验：0.5MPA 压力，维持 24 小时测量泄漏量，注意维 持发电机内其他温度保持不变。 空载特性试验：发电机机端电压与励磁电流的关系曲线。 短路特性试验：发电机短路电流与励磁电流的关系曲线。 零起升压同期回路检查： 主要是校验发电机同期装置及其二次回 路接线的正确性。 假同期试验：隔离刀闸断开，经同期合闸，用录波仪测量开关合 闸时间与

19、相位角是否一致，是否符合同期条件。 交流阻抗测试：要求在不同转速下测量交流阻抗值， 偏差不大于 10。 铁损试验：加入 1.4T（特斯拉）的磁密，测铁心损耗及铁心局 部温升。 定子绕组起晕试验：目测无明显白光点。 定子绕组端部固有频率测定： 防止线帮固有频率落入倍频自激振 荡区。 电位外移试验：机端加额定电压，在端部手包绝缘处测感应电压 要小于 500V。 交直流耐压试验：加 4 万伏直流电压，维持 1 分钟，读取各阶段 泄漏电流。加 1.5 倍交流电压，维持 1 分钟，读取各阶段泄漏电流。 绝缘测量：要求大于 1000 兆欧，相偏差系数不大于 2。 直阻测量： 检查定子线棒焊接。 定子水流量

20、标定(超声波)：测量线棒冷却水流量。 定子水热水流测试：测量冷却水通道有无堵塞。 局放：局放： （测量泄漏电流）（测量泄漏电流） 大型发电机定子绕组局放的在线监测对减少停电事故、 提高供电 质量、甚至对电力系统的安全稳定运行，都具有十分重大的意义，国 内外对电机局放的在线监测技术已经做了大量的研究工作， 也开发了 各种在线局放监测系统应用于上千台电机中。 但如何根据检测到的 放电信号判断电机绝缘状况是在线监测技术的难点之一。 （对于主变 局部放电监测和定位局部放电(PD)是变压器常见故障， 110kV 及以上 电力变压器事故中，有 50 属于正常运行电压下，发生匝间短路， 其原因大都是局部放电

21、所致。变压器绝缘结构复杂，如果设计不当， 可能造成局部区域场强过高， 工艺上存在某些缺点可能会使绝缘中含 有气泡，运行中油质劣化分解脱出气泡， 机械振动和局部材料过热会 分解出气泡，以上几种情况都会导致局部放电， 而局部放电又会进一 步导致绝缘恶化乃至击穿。因此，在线监测局部放电具有重要意义。 ） a. 由于发电机本身复杂的阻抗特性，局放信号在定子内传输时会产 生衰减和振荡，从而严重影响测试结果，所以目前的局部放电标 定方法对于大型发电机定子的放电量的标定是不合适的。 b.由于大型发电机定子局部放电标定中存在的困难， 所以用传统 的 pC（皮库）值来表示放电量的大小也是不合适的。传统的以 pC

22、 来度量放电的大小容易给人造成错觉， 以为二台经标定后放电量均为 1000pC 的电机，其内部的放电程度是相同的，从而得出二台电机的 绝缘状况相同的错误结论。所以建议今后以 mV(电压) 和 mA(电流) 来表示电机局放的测试结果。 c.用不同带宽的测试系统监测电机定子的局放量，其所得结果幅 度相差几倍乃至数十倍都有可能， 所以在考虑局放程度时还应将测试 系统及测试方法放在一起来考虑。 d.目前局部放电量标定的方法不适合于电机定子， 应在进一步研 究局部放电产生的机理以及传输特性的基础上深入研究电机定子局 放程度的表示方法。 介质损耗：介质损耗： （额定电压下的介损试验）（额定电压下的介损试验） 绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应， 在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。测量介损对判 断电气设备的绝缘状况是一种传统的、 十分有效的方法。绝缘能力的 下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如： 绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。