发电机变压器部分讲义.doc

发电机部分变压器部分电气设备部分水轮发电机第一节 同步发电机工作原理 同步电机的基本特点是：同步电机的转子转速n恒等于定子旋转磁场的同步转速n1，它和电网的频率f之间严格遵守下式关系： n=n1=60f/p （r/min） p为同步电机的转子磁极对数同步电机即由此得名。我国的工业频率规定为f=50Hz，而电机的磁极对数p是整数，因此，对某一台具体的同步电机而言，其转速总为一固定值，例如：皂角湾电站发电机磁极对数为6对，则其同步转速n=60f/p=3000/6=500转/分。同步电机和其他电机一样，从原理上讲是可逆的，它不仅可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。同步发电机是同步电机的一种，是专门用于产生三相交流电能的电源装置，在现代电力行业，根据原动机不同，常见的同步发电机有水轮发电机，汽轮发电机。同步发电机与其它电机一样，是由定子和转子两部分所组成。它的定子是将三相交流绕组嵌置于由冲好槽的硅钢片叠压而成的铁芯里，它的转子通常由磁极铁芯及励磁绕组构成。图为转子是二极时的同步电机结构原理图。定子、转子之间有气隙。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，相绕组由多匝串联的绕组元件(见图（b）)连接而成，每相绕组的匝数相等，在空间上彼此相差120电角度。转子磁极上装有励磁绕组，由直流励磁电流产生磁场，其磁通由转子N极出来，经过气隙、定子铁芯、气隙，进入转子s极而构成回路，如图中虚线所示。 如果用原动机拖动同步电机的转子，以每分钟n的速度旋转，同时在转子上的励磁绕组中经过滑环（图中未画出）通入一定的直流电励磁，由于原动机的拖动，那么就会在转子上得到一个机械的旋转磁场，该磁场对定子磁场发生相对运动，根据电磁感应原理，就会在定子中感应出三相对称交流电势。由于定子绕组制造时，三相对称绕组在空间上互差120电角度，因此三相电势也在时间上相差120电角度。如果同步发电机接上负载，就会有三相电流流过，这时，同步发电机将机械能转换为电勇。接入电网的同步发电机，在一定条件下，也可以作电动机运行，这时同步电动机便将电能转换为机械能。第二节 同步发电机基本结构一、基本结构：发电机本体主要是由一个不动的定子（以水轮发电机组为例包括上机架、下机架、定子铁芯、定子绕组、推力轴承、导向轴承、冷却装置等）和一个可以转动的转子（包括转子铁芯、绕组等主要部件）构成的，定子上置有三相交流绕组；转子上置有励磁绕组，当通入直流电流后，能产生磁场。定子有时也称为电枢，转子有时也称为磁极。转子的结构一般有两种基本型式，一种称为凸极式；另一种称为隐极式。凸极式发电机从转子上看，有着明显的磁极，如图（a）所示。当通有直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替出现南极S和北极N。凸极式转子短而粗，适用于转速较低的机组，如水轮发电机组，风能发电机组等；转子结构型式图(a) 凸极式（四极）； （b）隐极式（两极）隐极式发电机从转子上看，没有凸出的磁极，如图3-1-2（b）所示。但通入励磁电流后，沿转子圆周也会交替出现南极和北极的极性。隐极式转子细而长，适用于转速较高的机组，如汽轮发电机组。二、水轮发电机通常小容量水轮发电机常布置为卧式安装，而大容量水轮发电机，由于原动机的要求，都采用竖轴式（立式）安装。其中立式机组根据推力轴承所处的位置，又分为悬式机组和伞式机组，皂角湾属于卧式悬式机组。水轮发电机都是采用的凸极式转子，在这样的转子上，除了装有励磁绕组外，还装有阻尼绕组。组尼绕组与位于转子端部的短路同环连接形成鼠笼形状，可以减小负序电抗和当同步发电机产生不稳定运行时，抑制转子的振荡。对于同步电动机，阻尼绕组主要作为起动绕组用。 三、同步发电机的额定参数1、额定电压Ue。是指发电机在正常运行时定子三相绕组的额定线电压值。电压的单位以V 或KV来表示；2、额定电流Ie。是指发电机在额定运行时流过定子绕组的额定线电流。电流的单位以A来表示；3、额定功率Pe。是指发电机在正常运行时输出的电功率，用公式表示如下：Pe=3UeIecose （KW）4、额定转速Ne。是指转子正常运行时的转速。发电机在一定极数及频率下运行时，转子的转速即为同步转速，其关系为：Ne=60Fe/p (r/min) ；5、额定功率因素cose 是指同步电机额定有功功率和额定视在功率的比值。6、额定频率fe 我国的标准工频规定为50Hz；第三节 发电机运行维护以下参照运规增补，句话最终定稿时你自己删除一、启动前的试验二、启动前的检查（应具备的条件）三、发电机启动与并列操作1、发电机准同期并列的条件：A 发电机电压与系统电压大小相等（最大误差不大于10%）；B 相位相同；C 发电机频率与系统频率相等；D 发电机电压的相序与系统电压的相序一致。2、发电机启动操作及注意事项：3、发电机同期并列操作及注意事项四、发电机组运行中的检查与维护五、发电机的停机操作及灭磁六、发电机的额定运行方式及调整范围 第四节 发电机异常运行及事故处理变压器第一节 变压器的基本原理与分类变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应原理把一种交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。在电力系统中，变压器已占着极其重要的地位，无论是在发电厂或变电所，都可以看到各种型式和不同容量的变压器。应用于电力系统（包括发电厂和变电所）中供输电和配电用的变压器，统称为电力变压器。一、变压器的基本原理变压器是应用电磁感应原理来进行能量转换的，其结构的主要部分是两个(或两个以上)互相绝缘的绕组，套在一个共同的铁芯上，两个绕组之间通过磁场而耦合，但在电的方面没有直接联系，能量的转换以磁场作媒介。在两个绕组中，把接到电源的一个称为一次绕组，简称原方(或原边)，而把接到负载的一个称为二次绕组，简称副方(或副边)。当原边接到交流电源时，在外施电压作用下，一次绕组中通过交流电流，并在铁芯中产生交变磁通，其频率和外施电压的频率一致，这个交变磁通同时交链着一次、二次绕组，根据电磁感应定律，交变磁通在原、副绕组中感应出相同频率的电势，副边有了电势便向负载输出电能，实现了能量转换。利用一次、二次绕组匝数的不同及不同的绕组联接法，可使原、副方有不同的电压、电流和相数。二、变压器的分类变压器是发电厂和变电所重要的电器设备之一。它不仅能够实现电压的转换，以利于远距离输电和方便用户使用；而且能实现系统联络并改善系统运行方式和网络结构，以利于电力系统的稳定性、可靠性和经济性。变压器是构成电力网的主要变、配电设备，起着传递、接受和分配电能的作用。在发电厂中，将发电机发出的电能经过变压器升压后并入电力网，称这种升压变压器为主变压器；另一种是分别接于发电机出口或电力网中将高电压降为用户电压，向发电厂厂用母线供电的变压器，称为厂用变压器。1. 按单台变压器的相数来区分，电力变压器可分为三相变压器和单相变压器。在三相电力系统中，一般使用三相变压器。当容量过大受到制造条件或运输条件限制时，在三相电力系统中也可由三台单相变压器连接成三相组使用。2. 电力变压器，为了加强绝缘和改善散热，其铁芯和绕组都一起浸入充满变压器油的油箱中，故称为油浸式变压器。此外，还有一类电压不高的、无油的干式变压器，适用于需要防火防爆等场合。 3. 电力变压器按其每相绕组数分，有双绕组、三绕组或更多绕组的等型式。双绕组变压器是适用性强、应用最多的一种变压器。三绕组变压器常在需要把三个电压等级不同的电网相互连接时采用。例如，系统中220KV、110KV、35KV之间有时就采用三绕组变压器来连接； 4. 大容量机组（单机200MW及以上）的厂用电系统，当只采用 6KV一级厂用高压时，为安全起见，主要厂用负荷需由两路供电而设置两段母线，这时常采用分裂低压绕组变压器，简称分裂变压器。它有一个高压绕组和两个低压绕组，两个低压绕组称为分裂绕组。实际上这种变压器是一种特殊结构的三绕组变压器。5. 变压器种类按用途可分为电力变压器和特殊用途变压器两大类。特殊用途变压器是根据不同用户的具体要求而设计制造的专用变压器。它主要包括：整流变压器、电炉变压器、试验变压器、矿用变压器、船用变压器、中频变压器、测量变压器和控制变压器等。6. 电力变压器按用途又可分为升压变压器、降压变压器和联络变压器；按冷却方式分为干式空冷变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环风冷变压器和强迫油导向循环水冷变压器等。第二节 变压器的结构和各部分的作用变压器主要有：铁芯、绕组、油箱、附件等组成。 1、铁芯：是变压器的磁路部分，由铁芯柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采用0.35mm0.5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。2、绕组：是变压器的电路部分，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上。绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势 。为便于绝缘，一般低压绕组在里，高压绕组在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。器身：是指铁芯和绕组装在一起的整体。3、油箱：是装器身和变压器油的，为了便于散热，有的箱壁上焊有散热管。变压器油的作用是绝缘和冷却。4、变压器的附件：电力变压器的附件作用是保证变压器的安全和可靠运行 变压器的附件包含：储油柜（油枕）、分接开关、高低压套管、安全气道（防爆管）、呼吸器（吸湿器）、气体继电器、散热片、测温装置、净油器（油再生器）、油位计、放油阀、油样阀、接地装置等。（1）储油柜（油枕）：装在油箱上，一是起着储油和补油的作用、二是使油箱内部与外界隔绝，减少变压器油与空气的接触面，减少油的劣化速度。（2）分接头开关：为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。 （3）高低压套管：装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。（4）压力释放装置：分为和压力器：安全气道（防爆管）装在油箱顶盖上，保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。主要用于小型变压器 压力释放器也称减压器，装在变压器油箱顶盖上，类式于安全阀。当油箱内压力超过规定值时压力释放器密封阀门被顶开，气体排出，压力减小后，密封门靠弹簧压力又自行关闭。压力释放器动作压力的调整，必须与气体继电器动作流速的整定相协调。如压力释放器的动作压力过低，可能会使油箱内压力释放过快而导致气体继电器拒动，扩大变压器的故障范围。（5）呼吸器（吸湿器）：通常由一根管道一玻璃容器组成，容器内装干燥剂（一般为硅胶或活性氧化铝），当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩小时，排出或吸入的空气都经过呼吸器把空气中的水分过滤掉从而保持油的清洁。硅胶一般为白色或钴蓝色颗粒，受潮的硅胶可通过加热再使用。白色变为淡黄色，钴蓝色变为红色（6）散热片：当变压器上层与下层油温有温差时，通过散热片形成油的对流，经散热片冷却后流回油条，起到降温的作用。为提高散热效果，可采用风冷、强迫油风冷、强迫油水冷等措施。（7）气体（瓦斯）继电器：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，是变压器主要保护措施之一，分为轻瓦斯和重瓦斯两种 。它能反映变压器内部的各种故障及异常运行情况，如油位下降、绝缘击穿、发热放电及匝间短路等。内部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号；当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸。（8）测温装置：监测变压器的上层温度。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计或PT100测温元件。（9）净油器（油再生器）：净没器是一个充满吸附剂（硅胶或活性氧化铝）的容器，它安装在变压器油箱的侧壁或强油冷却器的下部。当变压器运行时上下层油温之差，油从下向下经过净油器形成对流。油与吸附剂接触，其中水分、酸和氧化物等被吸收，使油清洁延长油的使用寿命。（10）变压器油：要求：高的介质强度和低的粘度，高的发火点和低的凝固点，不含酸、碱、灰尘和水分等杂质。作用：加强绝缘和散热。国内一般采用国产25#变压油。（11）油样阀，对于8000KVA及以上的变压器每年都对变压器油进行油的简化试验和色普分析。因此通过油样阀取油样。 第三节 变压器的运行方式（一）电力变压器投运前的技术要求满足下列条件可不进行干燥投入运行：1、油的击穿强度在20KV下产品不低于25KV。2、测得的绝缘电阻与技术资料实验值比较无显著变化。3、变压器器身吊出后在空气中停留时间：（1）、在干燥天气（相对湿度60%）不超过12小时（2）、在潮湿天气（相对湿度75%）不超过8小时上述条件中有一条件不符合也要进行干燥处理，直到完全满足方能投入运行。（二）、变压器的额定运行方式 1、主变压器在规定的冷却条件下，按铭牌规范长期运行。2、主变压器运行电压的变动在额定电压的5%以内，其额定出力不变，加在变压器分接头上的电压不得大于其相应额定值的105%。3、不论变压器分接头开关在何位置，变压器的外加一次电压可以较额定值为高，但一般不超过分接头电压值的105%。4、油浸式变压器油温反映的是变压器的上层油温，自然循环冷却、风冷的变压器当最高环境温度40 时能长期运行上层油温一般不得超过85，最高不能超过95，对于强迫油循环风风冷或强迫油循环水冷长期运行上层油温一般不超过75 ，最高不超过85 。5、油浸风冷主变上层油温超过55应启动风扇，超过70时发出温度升高信号，超过85时发出温度过高信号并跳主变高低压侧断路器。正常运行应保持变压器温度在70以内运行。（根据皂角湾的实际情况修改数据）注：1、油浸式变压器最高温度到最低温度的次序是：绕组-铁芯-上层油温-下层油温。2、温浸式变压器一般采用A级绝缘材料，其耐热温度为105 ，B级绝缘材料的耐热温度为130 。而绕组的平均温度比油温高10左右。6、变压器在任何环境下，其温度温升均不得超过允许值。（1）油浸式自冷或风冷变压器在额定负荷上层油温温升不得超过55 （2）强迫油循环风冷变压器在额定负荷上层油温温升不得超过45 （3）强迫油循环水冷变压器在额定负荷上层油温温升不得超过40 运行中的变压器不仅要监视变压器的上层油温还要监视其上层油的温升。这是因为变压器内部介质的传热能力与周围环境温度的变化不是成正比关系，当周围环境温度下降很多时，变压器外壳的散热能力将大大增加，而变压器内部的散热能力却提高很少。所以当变压器在低环境温度下运行时，尽管上层油温没有超过允许值，但上层油温升已超过允许值，这样运行也是不允许的。如一台变压器，环境温度25 ，上层油温75 ，温升为75-25=50，未超过允许值。如果环境温度降到0 ，而上层油温为65 ，（未超过允许值），但温升为65-0=65，超过允许值。故应采取措施，使温升降到允许值以下（三）变压器允许过负荷的运行方式 1、变压器可以在正常过负荷和事故过负荷的情况下运行。正常过负荷可以经常使用，其允许值根据变压器的负荷曲线、冷却介质的温度及过负荷前变压器所带的负荷情况等来确定。事故负过荷只允许在事故情况下使用。下表为变压器事故过负荷倍数及允许运行时间（h:）2、变压器事故过负荷后，应将事故过负荷的大小和持续时间记入变压器的技术档案内，并询问当时的系统情况3、主变冷却装置故障时，若上层油温上升至70，减负荷至额定负荷70%下连续运行。4、在风扇停止工作时允许的负荷应遵守厂家的规定。如果上层油温不超过55，则可不开风扇在额定负荷下运行。（四）变压器并列运行的条件1、接线组别相同2、电压比差值不超过0.5%3、短路阻抗相差不得超过10%4、变压器容量的最大允许差值不得超过1/3。第四节 变压器的运行监视及巡视检查（一）基本要求：（根据皂角湾运规酌情修改，增补）1、巡视人员应严密监视变压器的电压、电流等各项运行参数（电压、电流、功率、上层油温、线圈油度等）在规定范围内2、每班应对运行和备用的变压器至少巡回检查两次，每轮班值应对运行和备用的变压器至少熄灯检查两次，熄灯是为了检查电气设备有无电晕放电以及过热现象。3、备用中的变压器及其全部附属设备应按规定进行维护和巡回检查。4、未经调度同意，不得在备用变上工作。5、备用变及其附属设备应经常处于完好状态，保证能随时投入运行。（二）对变压器的巡视检查项目1、变压器有无异常音响2、变压器的上层温不得超过第五条的规定，测温装置应完好3、变压器油位、油色是否正常，阀门及各部有无漏油、渗油现象4、导管瓷瓶是否清洁，有无破损、裂纹、放电痕迹及其它异常5、变压器外壳接地是否良好6、各引出接头处有无过热、变色现象7、气体释放阀是否正常8、瓦斯继电器内有无气泡，油色、油位是否正常9、呼吸器应完好，硅胶是否变色10、主变风扇风机、引线是否发热，声音是否正常11、变压器的消防设备是否齐全、可靠12、中班高峰时，应对主变进行一次熄灯检查有无火花、放电、电晕及过热现象；13、值班员应经常监视变压器各项运行参数，每2小时记录一次，上层油温每4小时记录一次，每值对变压器检查不少于4次；（三）新投入（检修后）或经短路故障后的变压器及异常情况、由于系统异常运行引起冲击，雷雨或气温剧变，应增加对变压器的检查次数，对变压器进行特殊检查项目1、对主变进行全面的外观检查2、检查高低压导管有无放电、闪络现象3、风扇电机运转是否正常4、主变风机控制柜内各设备应完好5、检查主变外壳接地应完好6、中班高峰时，应对主变进行一次熄灯检查有无火花、放电、电晕及过热现象；第五节 变压器操作一、变压器操作原则（根据皂角湾运规酌情修改，增补）1、变压器充电应在高压侧进行，递升加压应该从低压侧进行2、新安装或经过内部检修的变压器投运前必须作递升加压检查，无异常后方可从主变高压侧进行全电压空载充电（冲击合闸）五次。3、主变的投入、退出、检查应得到调度命令和批准手续二、主变充电操作程序1、收回工作票，工作人员已全部撤出工作场所，拆除临时遮栏和标示牌，2、将设备恢复到备用状态3、对变压器作一次详细的外部检查4、将主变低压侧断路器或隔离刀闸拉开。5、合上主变高压侧断路器，向主变充电6、检查主变无异常三、主变由运行转冷备用的操作1、将主变负荷减至“0”（先减有功再减无功）2、分开主变高压侧断路器3、检查高压侧断路器在“分闸”位置4、分开主变低压侧断路器，若主主变低压侧为隔离刀闸应先分开机组断路器再拉开隔离刀闸。5、检查主变低压侧断路器在分闸位置6、分开主变高压侧隔离刀闸7、检查主变高压侧隔离刀闸在“分闸”位置四、主变由运行转检修的操作1、将主变负荷减至“0”（先减有功再减无功）2、分开主变高压侧断路器3、检查高压侧断路器在“分闸”位置4、分开主变低压侧断路器，若主主变低压侧为隔离刀闸应先分开机组断路器再拉开隔离刀闸。5、检查主变低压侧断路器在分闸位置6、分开主变压侧隔离刀闸7、检查主变压侧隔离刀闸在“分闸”位置8、在主变高低压侧验电，确无电压后，9、在主变高压侧断路器和隔离刀闸间装一组三相短路接地线D110、在主变低压侧装一组三相短路接地线D211、将微机屏主变保护单元电源断开12、在主变风机动力屏断开风机电源开关第六节 变压器保护及动作的后果（分别讲主变及厂变、44B）第七节 变压器的维护一、日常维护1、视情况对主变进行定期或不定期的清洁维护2、对主变风扇电机定期进行加油和实验3、视情况对主变进行放油或加油，以保证其正常油位。主变加油、滤油一般应在晴天、停电下进行，对加油和滤油后的变压器应将重瓦斯切除，24小时确认无气体后，方可将重瓦斯投跳闸（主变重瓦斯退出时，差动保护必须投入）。4、每年应对变压器各种控制箱、二次回路检查和清扫一次。5、每周切换运行变压器冷却装置的备用电源和冷却器。6、定期检查吸湿器油杯内变压器油是否存在，若发现蒸发干燥或减少时应及时添加。吸湿器上部无水硅胶如吸收水份到饱和时失去作用，此时呈淡红色，在干燥时呈蓝色。（若无水硅胶干燥时为白色，吸水饱和时为淡黄色）二、特殊检查1、变压器在安装、检修及停用10天以上，投入运行或备用前均应测量高低压线圈的绝缘电阻，结果不得降低原来值的50%，其吸收比R60/R151.6，测量6KV及以上的变压器线圈的绝缘电阻应使用2500V以上的摇表，测量前后应对设备充分放电。2、分接头开关应每年进行一次维护工作：在改变变压器分接头档位时应测量其直流电阻。每年测量直流电阻时，应转动分接头开关1015次，然后调至所需位置。3、变压器箱盖上装有无载分接开关，不可在带电状态下调整电压，在变换分接头前应将变压器高低压侧的电源切断；变压器变换分接头后，必须用万用表或电桥检查回路的完整性和三相电阻的均一性，变换情况应作记录。4、应按照变压器预防性试验的周期和项目完成变压器的各试验。第八节 变压器故障及事故处理一、主变压器的不正常运行（一）、变压器运行中有下列现象应想法尽快消除，并报告站领导1、变压器漏油、油枕油位迅速下降（除堵塞外），在采取加油的同时应联系调度把重瓦斯保护投入信号位置2、变压器温度异常