同步发电机篇

同步发电机篇第一节同步发电机的工作原理我们知道，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机械能转变为电能的。

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n1=60f/p，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。

第二节同步发电机的基本结构从发电机的工作原理可知，同步发电机是由定子、转子两个基本部分组成的。

1．定子定子由定子铁芯、定子绕组（也叫电枢绕组）、绝缘引水管、机座、端盖、空冷器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0.5mm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（如图3–3所示）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。

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势差和涡流。

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，并和其它部件一起形成密闭的冷却系统。

2．转子转子由转子铁芯、转子绕组（也叫励磁绕组）、护环、滑环、风扇、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。

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，一种为辐射形排列，一种是平行排列。

我国生产的电机都采用辐射形槽。

占转子表面三分之一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。

第三节同步发电机的分类和型号1．分类同步发电机按原动机不同，可分为两种主要类型。

一种是汽轮机作为原动机的汽轮发电机；另一种是水轮机作为原动机的水轮发电机。

汽轮机是高速原动机，因此汽轮发电机一般是卧式的，转子多采用机械强度较好的隐极式结构；而水轮机是低速的原动机，因此水轮发电机一般是立式的，转子多采用容易制造的凸极式结构。

另外，同步发电机还可以按冷却介质和冷却方式不同，组合成水—氢—氢（定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯氢冷），水—水—空（定子、转子绕组水内冷、铁芯空冷）；水一水一氢（定子、转子绕组水内冷、铁芯氢冷）等类型。

2．型号大坝发电厂的汽轮发电机的型号为：QFS–300–2和QFS2–300–2。

其型号的意义为：Q—汽轮，F—发电机，S—定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、铁芯空冷，300表示额定功率（单位是MW），2表示极数，下标2表示Ⅱ型（改进型）。

第四节同步发电机的额定参数1．额定容量SN或额定功率PN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UN额定电压是指发电机额定运行时，机端定子三相绕组的线电压，单位为伏（V）或千伏（kV）。

3．额定电流IN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。

上述四基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ηN（%）、额定频率fN（Hz）、额定转速nN（r/min）额定励磁电压ULN（V）、额定励磁电流ILN（A）和额定温升等。

第五节同步发电机的启、停操作一、启动前的准备发电机安装或检修完毕，得到系统调度的命令即可将其启动，并投入运行。

启动前，为保证发电机的安全可靠，必须对有关设备和系统进行一系列检查、测量和试验。

只有下述全部项目都合格后，方可启动机组。

1．需要检查的项目（1）发电机—变压器组的一、二次设备安装或检修终结后，在启动前应将工作票全部收回。

详细检查各部分及其周围的清洁情况，各有关设备、仪表是否完好，短路线和接地线是否拆除，检修人员是否已撤离现场。

（2）检查升压变压器和厂用变压器油位是否正常，各散热器蝴蝶阀、冷油器进出油阀是否全开，主断路器油位、操作机构是否正常。

（3）将经过过滤与干燥的压缩空气通入发电机，保持机座内压力达到0.3 MPa，并在转子静止状态下，检查发电机水路的密封性。

（4）进水前检查滤净设备是否完好，水质的导电率、硬度、pH值等是否达到要求。

（5）检查轴承润滑油路及高压顶轴设备，在油压大于15 MPa时，顶起高度是否大于0.04mm。

（6）打开定子汇水管上的排气阀门，启动冷却水泵，开启定子绕组的进水阀，待从排气阀门溢水时关闭汇水管上的排气阀门，维持定子进水压力为0.2～0.5 MPa。

2．需要测量的项目（1）在冷态下测量转子绕组的直流电阻和交流阻抗。

（2）测量定子、转子绕组的绝缘电阻。

定子绕组的绝缘电阻采用1000～2500V摇表测量，其绝缘电阻值未作规定，但若测得结果较前次有明显降低（如为前次的1/3～1/5），则应查明原因并将其消除；转子线圈的绝缘电阻应包括发电机转子及向其供电的励磁机回路，测量时应采用500～1000V摇表。

励磁回路全部绝缘电阻若低于0.5M 时，应采取措施加以恢复。

3．需要进行试验的项目（1）在通水情况下，进行发电机定子绕组对地交流耐压试验，试验电压为0.75 (2UN + 3000) =32250 (V) (3–10)式中 UN—发电机的额定电压，试验时间为1min。

（2）对定子绕组水路进行0.75MPa、8h的水压试验，应无渗漏现象。

在额定水压下通水循环4h以后，绝缘电阻仍应符合要求。

二、启动当发电机的定子和转子内冷却水水质、水温、压力等均符合规程规定，冷却器通水正常，高压顶轴油压大于规定值时，即可启动转子。

在转速超过200r/min时停止顶轴。

应注意，发电机开始转动后，即应认为发电机及其全部电气设备均已带电。

对安装和检修后第一次启动的机组，应缓慢升速并监听发电机的声音，检查轴承给油情况及振动情况。

在确认无摩擦、碰撞声后，逐渐增加转速，然后迅速通过一阶临界转速。

通过临界转速时，轴承座的振动值要大些，但不应大于0.1mm。

这时还要检查集电环上的电刷是否有跳动、卡涩或接触不良现象，如有，应设法消除。

如无异常情况，即可升速至额定转速3000r/min。

三、升压当汽轮发电机升速至额定转速且定子绕组已通水的情况下，就可以加励磁升高发电机定子绕组电压，简称升压。

发电机电压的升高速度一般不作规定，可以立即升至规定值，但在接近额定值时，调整不可过急，以免超过额定值。

升压时还应注意：（1）三相定子电流表的指示均应等于或接近于零，如果发现定子电流有指示，说明定子绕组上有短路（如临时接地线未拆除等），这时应减励磁至零，拉开灭磁开关进行检查。

（2）三相电压应平衡，同时也以此检查一次回路和电压互感器回路有无开路。

（3）当发电机定子电压达到额定值时，应检查转子电流是否和空载电流值相符合。

此时应将发电机的励磁整流A、B柜内的“均流/均流退”小开关切至“均流”位置，检查A、B 柜均流正常，检查A、B柜输出与转子电流相符、参考电压相等。

四、并列当发电机电压升到额定值后，可准备对电网并列。

并列是一项非常重要的操作，必须小心谨慎，操作不当将产生很大的冲击电流，严重时会使发电机遭到损坏。

发电机的同期并列方法有二，即准同期并列与自同期并列，分别介绍如下：1．准同期并列准同期并列是一种常用的基本同期并列方式，并列时应满足以下三个条件：（1）待并发电机的电压与系统电压相等。

（2）待并发电机的频率与系统频率相等。

（3）待并发电机的电压相位角与系统的电压相位角一致。

并列操作可以手动进行，称为手动准同期；也可以自动进行，称为自动准同期。

自动准同期需借助于专有的自动准同期装置进行。

进行手动准同期操作前，应确认主断路器、隔离开关位置正确，如有屏幕显示器，也可通过画面确认。

还应确认操作开关及同期开关位置正确（不允许有第二个同期开关投入）。

接着可投入同期表盘，同期表开始旋转，同期灯也跟着时亮时暗。

这时可能还要少许调整发电机端电压，以满足第1个并列条件。

调整的方法是调整自动电压调节器的电压给定开关（特殊情况下也可利用调节器内的“手动回路开关”或感应调压器进行调压），继而调整发电机的转速以满足第2、3个并列条件。

当3个条件都满足时，同期表指针指在同期位置，同期灯最暗，表示已到达同步点，但一般是在指针顺时针方向缓慢旋转，且接近同步点（预留到达同步点的主断路器合闸时间）时，即可合闸，使发电机与系统并列。

随即可增加发电机的励磁电流和有功负荷，确认发电机已带上5%的负荷，即15MW的有功负荷和7～10Mvar 的无功负荷，记下并列时间，切断同期表开关和同期开关，并列操作完成。

发电机手动准同期操作是否顺利，与运行人员的经验有很大关系，经验不足者往往不易掌握好合闸时机，从而发生非同期并列事故。

因此，现在广泛采用自动准同期装置进行自动准同期并列。

自动准同期并列装置的功能是根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调速脉冲去调节待并发电机的转速，使其高出系统一预整定数值。

然后检查同期的回路开始工作，当待并发电机以微小的转速差向同期点接近，且待并发电机与系统的电压差在±10%以内时，它就提前按一个预先整定好的时间发出合闸脉冲，合上主断路器，实现与系统的并列。

应该说明，某些自动准同期装置只能发出“调速”脉冲，而不发出“调压”命令，因而并列时仍要人工调整励磁调节器的“给定”开关，使待并发电机电压与系统电压相等。

2．自同期并列自同期并列的方法是，当待并发电机的转速接近额定转速(相差±2%范围之内)时，在励磁开关断开的情况下，先合上发电机的主开关，然后再自动合上励磁开关，加上励磁，使发电机自动拉入同步。