水轮发电机百科
来源:中山电气网 发布时间:2018-10-11 阅读:49

水轮发电机简介
水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时,将水能转换成机械能,水轮机的转轴又带动发电机的转子,将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。

工作原理
水轮发电机由水轮机驱动。它的转子短粗,机组的起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,除一般发电外,特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。
柴油发电机由内燃机驱动。它起动迅速,操作方便,但发电成本高,主要用作应急备用电源,或在大电网没有达到的地区和流动电站使用。容量多在几千瓦至几千千瓦之间。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动,须防止共振和断轴事故。
水轮发电机的转速将决定发出的交流电的频率,为保证这个频率的稳定,就必须稳定转子的转速。为了稳定转速,可采用闭环控制的方式对原动机(水轮机)转速进行控制,即将发出的交流电的频率信号采样,并将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中,去控制水轮机的输出功率,通过反馈控制原理,就可以让发电机的转速稳定了。

应用
世界第一座水电站于1878年建于法国。美洲第一座水电站于1882年建在美国威斯康星州,采用直流发电机。1889年后,开始使用三相交流发电机。此后,单机容量增长很快,1890年仅1.5万kW,至1955年已能生产10.5万kW的发电机。中国在1949年以前自制的水轮发电机单机容量不超过200kW,1949年以后电机工业获得了蓬勃的发展,1958年已能生产7.25万kW单机,1972年已制造出30万kW双水内冷水轮发电机。位于世界前列的大容量水轮发电机为大古力水电站的 71.8万kVA定子水冷半伞式水轮发电机、伊泰普水电站73.7万kVA定子水冷半伞式水轮发电机和古里水电站70.0万kVA空冷伞式水轮发电机以及向家坝80.0万KW水轮发电机等。 

主要为提高水轮发电机的单机容量向巨型机组发展,为了提高其可靠性和耐久性,在结构上采用不少新技术。例如为解决定子的热膨胀而用定子浮动结构、斜支承等,转子采用圆盘式结构。为解决定子线圈的松动,用弹性楔下垫条以防止线棒绝缘磨损。改进通风结构,减少风损和端部涡流损耗以进一步提高机组效率。①随着水泵水轮机制造技术的发展,发电电动机的转速和容量也在增大,向大容量高转速发展。世界上装有大容量、高转速发电电动机的已建蓄能电站有英国的迪诺威克抽水蓄能电站(33万kVA、500r/min)等。②采用双水内冷发电电动机,定子线圈、转子线圈及定子铁芯用离子水直接内冷方式可提高发电电动机的制造界限。美国拉孔山抽水蓄能电站的发电电动机(42.5万kVA、300r/min),也采用双水内冷。③磁推力轴承的应用。随着发电电动机容量增大转速增高,机组的推力负荷及起动转矩也在增加。用了磁推力轴承后,推力负荷由于加上了与重力反方向的磁吸引力,从而减少了推力轴承的荷载,减小了轴面阻力损失,降低了轴承温度和提高了机组效率,起动阻力矩也减小。韩国的桑朗京抽水蓄能电站的发电电动机(33.5万kVA、300r/min)即采用磁推力轴承。

分类
水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:
1)卧式结构
卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。卧式水轮机组通常采用两个或三个轴承。两个轴承的结构其轴向长度短,结构紧凑,安装调整方便。但当其轴系临界转速不能满足要求或轴承负荷较大时,这需要采用三轴承结构。国产卧室水轮机发电机组大部分属于中小型机组。而容量为12.5MW的大型卧式机组也有生产,国外生产的卧式水轮发电机组,容量在60--70MW的并不罕见,而用抽水蓄能电站的卧式水轮发电机组,单机容量可达300MW。
2)立式结构
国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。
3)贯流式结构
贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。

选型指南
一、原则 
1、充分考虑电站特点(水文水能、电力系统技术条件,电站总体布置)。
2、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期,提前发电
3、提高水电站总效率,多发电 
4、便于管理、检修、维护,运行安全可靠,设备经久耐用
5、优先考虑套用机组 

二、内容 
1、确定机组台数及单机容量
2、选择水轮机型式(型号)   
3、确定水轮机转轮直径D1、n、Hs、Z a;Z0、d0
4、绘制水轮机运转特性曲线
5、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、 调速器及油压装置选择
6、根据选定水轮机型式和参数,结合水轮机在结构上、材料、运行等 方面的要求,拟定并向厂家提出制造任务书,最终由双方共同商定机组的技术条件,作为进一步设计的依据。

维护保养
水轮发电机组的检查:水轮机的外壳是否完好,有无开裂情况出现,连接螺栓是否有松动;传动装置、调速器及水轮机的转动部分是否能灵活运转;联轴器的连接有无异常,传动带接头是否牢固,传动带的松紧程度是否满足运行要求;检查全部阀门和导叶是否在关闭位置;各轴承及润滑部位是否按要求进行润滑,油质及油面应符合要求。对电气部分的检查:检查发电机和控制屏的接线是否安全,绝缘有无破损现象;转动发电机转子,并仔细判断有无异常摩擦或者撞击等不正常的响声;检查电刷与集电环或者换向器的接触是否良好,电刷压力是否适当,电刷在刷握中的活动是否正常;检查各开关的分合是否灵活,各熔断器的熔体是否已经全部插上。控制屏上全部开关的位置应正确,使发电机处于空载状态。 

水轮发电机的日常维护: 根据水电站机组的运行情况,定期对水轮发电机组进行必要的清扫,保持水轮发电机组设备的清洁,做到四周无杂物、无积水和及时处理掉有可能导致水轮发电机组不能正常运转的安全隐患。例如,定期切换压油装置的油泵和导轴承油泵,以防电动机受潮;调速器的各杠杆连接处要定期注油,以防止锈蚀现象;各汽水分离器要定期放水;定期清扫橡胶水导轴承润滑水的过滤器,防止杂物堵塞;机组备用时,定期做橡胶水导轴承备用润滑水的投入试验;定期向蝶阀轴承注油。此外,对于多泥沙的河流,要注意观察泥沙对轴承、导叶、转轮等的磨损;北方电站在冬季运行时,要注意防止冰块对水轮机转轮叶片的破坏。 

管理人员做好检查防护工作  对发电站的管理和技术人员要定期进行技术培训,提高其理论水平、故障分析和实际操作能力。在培训中,可以根据对发电机进行检修、维护、保养、故障处理等不同的工作内容对相关人员制定不同的培训计划、开展培训活动。目前有效的现场技术培训办法有技术问答、现场考问讲座、技术讲座、培训班、故障分析、实际操作和基本功表演等。可以通过签订师徒合同的形式,对电站的新人进行培训。此外,发电机的运行管理和监督工作,应该根据发电厂管理体制、值班方式的具体情况,指定专门单位的专人担任,其职责分工,应在现场运行规程中明确规定。对于“无人值班”电厂的发电机及其电气机械仪表的巡视检查和表计记录应在现场运行规程中明确规定。  水轮发电机是整个发电站的主要设备之一,能否保证水轮发电机长期、正常运行会直接影响到水电站的生产和经济效益。因此,工作人员在日常的工作使用中,一定要严格遵守水轮发电机组的运行使用规程,科学使用,做好必要的日常维护、维修工作,防患于为然,每一环节都要严格把关,保证整个工作顺利开展。只有做到使用正确维护及时,才能使水轮发电机组正常运行,延长它的使用寿命,使水电站的安全生产得到有力的保障,只有这样,才能为发电厂提供一个安全、稳定、可靠的运行环境,保证电力能源的顺利供给,促进社会生产的进步,同时也为发电厂创造较好的经济效益。

注意事项
水轮发电机组运行中遇有哪些情况时应采用手动调速,禁止用自动调速?    

(1) 调速系统失灵。 

(2) 自动调速系统漏油过多,油压不正常。 

(3) 厂用电一时不能恢复或调速电机和启动回路故障。

(4) 油泵及压力信号装置损坏。 

(5) 压力油罐内油气比例失调。    

水轮发电机组并车,遇有哪些情况时禁止并列合闸? 
(1) 整步表回转过快,不易控制时间。 

(2) 指针接近红线时停止不动。 

(3) 指针有跳动现象。

(4) 整步表失灵。 

(5) 操作者情绪紧张,四肢抖动,应暂时停止操作。    

水轮发电机组具备哪些条件时,方可开机?   
导叶开度指示在零位,导水叶全关。油压装置一切正常。 

(1)若用调速器操作时,总油阀应开启,调速器锁锭在解除位置。

(2)油气水系统工作正常。

(3) 蝶(闸)闷在全开位置。 

(4) 调速器紧急停机电磁阀在落下位置。

(5) 制动气压保持在0.5MPa以上,制动闸在落下位置。 

(6) 发电机油开关在分闸位置。 

(7) 灭磁开关在断开位置。 

(8) 开机指示灯亮。 

(9) 各转动皮带无断股、过松现象。    

水轮发电机组遇有哪些情况应禁止启动?   
(1)进水闸门、尾水闸门及蝶阀尚未全开。 

(2) 水轮机或发电机主要保护失灵。 

(3) 轴承油位、油色不合格。 

(4) 冷却水不能经常供给。 

(5) 油压装置或调速器失灵。 

(6) 制动装置故障,不能安全停机。   

故障排除
水轮机的常见故障  由于水轮机的转轮与轴之间的键松脱、转轮叶片损坏或者被卡住等原因,使水轮机在运行时出现转速很低甚至不转的情况,操作人员要根据具体情况重新安装或者紧固转轮与轴之间的键,修复或者更换转轮叶片,定时清除机壳内的杂物,保证水轮机的畅通。 

调速器的常见故障  由于活动导叶轴锈蚀或者活动导叶及传动装置被杂物卡住等原因,会造成调速器不能活动的情况,维修人员要定期进行检查和除锈工作,并清除杂物,对于锈蚀严重的零部件要及时进行更换,避免在机组运行时造成严重的后果。
发电机的常见故障  由于过载或者三相负载不平衡时间太长、发电机保存时受潮、通风道阻塞或者风扇损坏、定子绕组短路或漏电、铁芯松动、转子轻微扫膛等原因,会导致发电机运行时过热,严重损害发电机的使用。工作人员要根据情况及时减少负载,调整三相负载使其保持平衡。

此外,在发电机停止运行时,定期清除发电机内部的灰尘杂物,疏通风道,检修风扇或者更换风扇;紧固铁芯,检修轴承,校正主轴中心。  发电机或者励磁机失去剩磁、励磁机电刷与换回器接触不良或者刷架松动、发电机定子绕组或者转子绕组断路、发电机引出线接线松动、开路或者开关接触不良等原因容易造成发电机在运行时不发电的情况,针对具体的问题可以分别采用蓄电池直流电源给发电机转子绕组或者励磁机磁极绕组充磁、拧紧螺钉及增加电刷弹簧压力、修理断路处、接好接线头等措施,使发电机正常运行。  

此外,发电机组长期没有运行或者放置在潮湿的环境中,发电机容易受潮致使绝缘达不到运行的要求,这时就必须进行采取措施对发电机进行干燥处理,一般可以采用热风法或者红外线灯泡法烘干发电机。

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