同步发电机的运行

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

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S N≤100MW；

转子氢内冷、定子氢表冷，额定容量S N≤250MW；定子、转子氢内冷，额定容量S N≤1000MW；

转子氢内冷、定子铁心氢表冷、定子绕组水内冷，额定容量S N≤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：

nl D KAB P i 2δ=P 为单机容量；六个影响单机容量的因素：