水輪發(fā)電機(jī)組

1、水輪發(fā)電機(jī)組本章主要介紹新安江水電廠水輪發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、作用、運(yùn)行操作、運(yùn)行分析、注意事項(xiàng)和異常處理。新安江水電站，坐落在新安江銅官峽谷。廠址位于電站下游600米處的紫金灘，東與建德市新安江城區(qū)相連，北與庫區(qū)淳安縣隔水相望；距杭州市城區(qū)130余千米。設(shè)計年均發(fā)電量18.6億千瓦時；大壩全長466.5米，壩高105米（海拔高115米），設(shè)計正常高水位108米，相應(yīng)庫容178.4億立方米，為多年調(diào)節(jié)水庫，可防御萬年一遇洪水，浩瀚的水庫成了蜚聲中外的綠色千島湖。1960年4月22日，第一臺7.25萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。1977年10月，9臺機(jī)組全部投產(chǎn)。1999年2005年完成增容改造和出

2、線擴(kuò)容工程，全廠總出力增加到850MW。第一章、水輪發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)知識：1、水輪機(jī)基本工作參數(shù)：水頭H、流量Q、轉(zhuǎn)速n、出力N和效率。2、水輪機(jī)出力計算公式：N=9.81×Q×H×。3、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)：反擊式水輪機(jī)頭四大過流部件，它們的功用如下：1） 引水部件：將水流沿圓周方向均勻的引向轉(zhuǎn)輪前的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。它包括：壓力鋼管、蝸殼、座環(huán)、固定導(dǎo)葉等。2） 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：引導(dǎo)水流按一定方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，并通過改變導(dǎo)葉開度來改變流量，調(diào)整出力。此外，還用它截斷水流，以便檢修與調(diào)相運(yùn)行。它包括：活動導(dǎo)水葉、頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)、接力器等。3） 轉(zhuǎn)輪：將水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成固體機(jī)械能。4）

3、 尾水管：主要用來回收轉(zhuǎn)輪出口水流中的剩余能量及將水導(dǎo)向下游。此外，還有水輪機(jī)主軸和導(dǎo)軸承。水輪機(jī)主軸將轉(zhuǎn)輪的機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。水輪機(jī)導(dǎo)軸承用來承受水輪機(jī)軸上的徑向力，并傳給基礎(chǔ)。4、水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動： 水流在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的運(yùn)動基本上是沿垂直于水輪機(jī)軸心線的徑向方向流動，當(dāng)水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪區(qū)，其流動方向由徑向逐漸改變成軸向，這種轉(zhuǎn)換是在轉(zhuǎn)輪葉片流道中完成的。5、飛逸工況和飛逸轉(zhuǎn)速： 水輪機(jī)運(yùn)行中由于某種原因突然甩掉負(fù)荷，發(fā)電機(jī)輸出功率為零，此時調(diào)速系統(tǒng)失靈不能關(guān)閉導(dǎo)葉，因此水輪機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升高，直至隨轉(zhuǎn)速升高而增加的損失相平衡為止，這種特殊運(yùn)行工況稱飛逸工況。飛逸工況時的最大轉(zhuǎn)速稱飛逸轉(zhuǎn)速。6、同

4、步發(fā)電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：f = pn / 60 ； p 磁極對數(shù)，n 轉(zhuǎn)速 。7、同步發(fā)電機(jī)的“同步”解釋：同步發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，在氣隙里有定子和轉(zhuǎn)子兩個磁場，當(dāng)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場以相同的速度，相同的方向旋轉(zhuǎn)時，就叫做“同步”。8、同步發(fā)電機(jī)的工作原理：同步發(fā)電機(jī)是按電磁感應(yīng)原理工作的。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通以直流電流后，轉(zhuǎn)子建立磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動機(jī)拖動而旋轉(zhuǎn)時，則其主磁場與定子繞組之間便有了相對運(yùn)動，于是在定子繞組內(nèi)便產(chǎn)生交流電勢，當(dāng)定子繞組與外電路相連通后，便產(chǎn)生了交流電流。計算公式：E = 4.44 f m9、發(fā)電機(jī)由以下各主要部件組成：定子、轉(zhuǎn)子、上

5、機(jī)架、推力軸承、上導(dǎo)軸承、制動系統(tǒng)、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)、永磁機(jī)、勵磁機(jī)及其它附屬設(shè)備。10、發(fā)電機(jī)定子主要由鐵芯、繞組、機(jī)座、上下齒壓板、拉緊螺桿等部件組成。11、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主要由主軸、輪輻、磁軛、磁極等部件組成。磁極由鐵芯、線圈、托板、阻尼繞組等部件組成。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上裝有阻尼繞組，是用以提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時穩(wěn)定性。12、推力軸承承受水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)動部分的重量以及軸向水壓力。其主要由鏡板、軸瓦（10塊）、托盤、抗重螺絲、油冷卻器和油槽等部件組成。13、上導(dǎo)軸承承受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時的徑向機(jī)械不平衡力和電磁不平衡力，維持機(jī)組在軸承間隙范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。第二章、水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成：

6、 一、水輪機(jī)部分的組成和作用： 我廠裝有九臺立式混流式水輪機(jī)，有兩種不同的型號，其中 1、3、4、6、7、8、9號機(jī)為HLS66.46-LJ-410型，2、5號機(jī)為HLA778-LJ-410型。水輪機(jī)設(shè)計水頭73m，額定轉(zhuǎn)速150r/min，飛逸轉(zhuǎn)速140%nr（306 r/min），各部結(jié)構(gòu)見下圖。 1、蝸殼： 蝸殼是將壓力鋼管水引導(dǎo)到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪前的導(dǎo)水室。我廠全部采用金屬蝸殼。進(jìn)口直徑5.2米，包角為345（或343.5）度。 2、基礎(chǔ)部分： 基礎(chǔ)部分由座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)等部件組成，承受著全部機(jī)組及上部混凝土的負(fù)荷?；A(chǔ)環(huán)放于基礎(chǔ)混凝土上，下部與尾水管里襯聯(lián)接，上部與座環(huán)相聯(lián)接。座環(huán)是由上、下環(huán)

7、和固定導(dǎo)葉組成。它是安裝水輪機(jī)及其他部件的基準(zhǔn)。1、2號機(jī)座環(huán)為鑄焊結(jié)構(gòu)，由上、下兩環(huán)及24個固定導(dǎo)葉組成。3、4、5、6、9號機(jī)由ZG20整體鑄成，固定導(dǎo)葉為12個。7、8號機(jī)用鋼板焊接座環(huán)，固定導(dǎo)葉為24個。上下法蘭分別與頂蓋及基礎(chǔ)環(huán)聯(lián)接。 3、轉(zhuǎn)輪： 轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)中把水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能的核心部件。轉(zhuǎn)輪由葉片、上冠、下環(huán)、止漏環(huán)、泄水錐和減壓裝置（引水鋼板）組成，其名義直徑為4.1米。轉(zhuǎn)輪均采用鑄焊結(jié)構(gòu)，上冠、下環(huán)、葉片分別鑄造后焊成整體轉(zhuǎn)輪。上冠和下環(huán)均有迷宮式止漏環(huán)，分別與固定在頂蓋上及座環(huán)上的止漏環(huán)組成止漏裝置，用以減少能量損失。轉(zhuǎn)輪上冠法蘭與主軸由聯(lián)接螺栓聯(lián)接。上冠下平面裝有泄水

8、錐，泄水錐引導(dǎo)水流順軸線的方向泄出，避免水流相互碰擊和向上旋轉(zhuǎn)所造成的水力損失，提高效率，增強(qiáng)水輪機(jī)工作的平衡性。 4、主軸：水輪機(jī)主軸用以傳遞水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩，為雙法蘭空心軸。主軸上法蘭與發(fā)電機(jī)主軸法蘭聯(lián)接，主軸下法蘭與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠法蘭聯(lián)接。 5、水導(dǎo)軸承：水輪機(jī)導(dǎo)軸承用以維持機(jī)組主軸在軸向的準(zhǔn)確位置，并承受各種徑向力。水導(dǎo)軸承包括分半的軸承體和12塊軸瓦組成，水導(dǎo)軸承軸瓦材料為金屬彈性塑料瓦。水導(dǎo)軸承采用水冷卻和潤滑方式。軸承體頂部為潤滑水水箱。水箱上部為主軸密封裝置。軸承體安裝在頂蓋上，水導(dǎo)軸承設(shè)計冷卻潤滑水流量為：8×10-3m3/s。主軸密封允許少量漏水，帶走摩擦熱量，作

9、為主軸密封冷卻潤滑水。主軸密封水箱外部安裝有保護(hù)罩。 6、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)： 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是引導(dǎo)水流按一定的環(huán)量進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，并通過改變導(dǎo)葉開度來改變流量，調(diào)整出力，此外，還用它來截斷水流，以便檢修和調(diào)相運(yùn)行。它由活動導(dǎo)葉和其傳動機(jī)構(gòu)組成。我廠機(jī)組活動導(dǎo)水葉數(shù)量均為24只，均勻分布在轉(zhuǎn)輪四周，每只活動導(dǎo)葉均繞自身的軸心旋轉(zhuǎn)?；顒訉?dǎo)葉通過上中下軸套定位。下軸頸裝于壓在底環(huán)上的鐵套軸承套中，中軸頸和上軸頸安裝于頂蓋上的套筒軸承套中。導(dǎo)水葉上部采用分半鍵與拐臂相聯(lián)，為了防止導(dǎo)水葉因水壓作用上竄，在套筒上各裝有兩個銅止推塊。 在24只導(dǎo)葉拐臂上分別裝有剪斷銷（2、5、8號機(jī)導(dǎo)水葉剪斷銷為12只）。當(dāng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在關(guān)閉時受

10、阻，其作用力接近或超過1.5倍時剪斷銷即破壞，并同時通過剪斷銷信號機(jī)構(gòu)裝置發(fā)出信號。 控制環(huán)屬于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)。其上部有二個對稱大耳環(huán)，分別由圓柱銷通過推拉桿與接力器活塞桿聯(lián)接。下部有24個小耳環(huán)，分別通過連桿機(jī)構(gòu)和活動導(dǎo)葉拐臂相連。當(dāng)控制環(huán)在接力器活塞的推動下轉(zhuǎn)動某個角度時，24只活動導(dǎo)葉也被帶動旋轉(zhuǎn)某一相應(yīng)角度，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的?？刂骗h(huán)安放在頂蓋上。 7、底環(huán)：底環(huán)安裝在座環(huán)下部，用以裝置導(dǎo)水葉，其中2、5號機(jī)下迷宮環(huán)與底環(huán)一體。8、頂蓋：頂蓋安裝在座環(huán)的上部，用以安裝水輪機(jī)的各部件及阻斷水流與上部的聯(lián)系。在頂蓋上安裝有真空破壞閥，24個活動導(dǎo)葉和水導(dǎo)軸承，其上部為控制環(huán)。9、補(bǔ)氣裝

11、置： 水輪機(jī)在運(yùn)行中，其轉(zhuǎn)輪室內(nèi)將產(chǎn)生較大的真空度。真空引起葉片汽蝕，機(jī)組振動增大，危及機(jī)組安全運(yùn)行，所以，水輪機(jī)在運(yùn)行中采用各種補(bǔ)氣方式，及時地破壞真空值，減少汽蝕和振動。 我廠補(bǔ)氣方式有兩種：主軸中心孔補(bǔ)氣和緊急真空補(bǔ)氣閥補(bǔ)氣。主軸中心孔補(bǔ)氣，有球型和平板式兩種吸力補(bǔ)氣閥，裝置于發(fā)電機(jī)軸端或水輪機(jī)泄水錐內(nèi)。通常情況下，緊急真空補(bǔ)氣閥補(bǔ)氣，當(dāng)水輪機(jī)的開度在40-80%時，即當(dāng)尾水管內(nèi)出現(xiàn)局部真空達(dá)到0.05MPa真空度時，補(bǔ)氣閥動作，補(bǔ)入自然空氣。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)突然關(guān)閉時在轉(zhuǎn)輪內(nèi)部真空達(dá)到0.03Mpa時，自由空氣通過頂蓋上真空破壞閥補(bǔ)入空氣，消除以上現(xiàn)象。機(jī)組正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)輪真空度達(dá)

12、到0.03Mpa也進(jìn)行補(bǔ)氣消除真空。10、鋼管伸縮節(jié)： 伸縮節(jié)主要以適應(yīng)鋼管應(yīng)外界溫度影響，橫向和豎向變形的需要，除此之外尚允許伸縮有一個較小的轉(zhuǎn)動，即在其位置上有一個微小的移動，以便使鋼管有較好的調(diào)節(jié)。11、尾水管： 尾水管是水輪機(jī)的重要組成部分之一，主要起引導(dǎo)水流及回收轉(zhuǎn)輪出口動能的作用。它由進(jìn)口直錐管、中間肘管、出口擴(kuò)散管組成。尾水管安裝在機(jī)組的最下層，它與基礎(chǔ)相連。尾水管在現(xiàn)場用鋼筋混凝土澆成，因跨度大，為了減少尾水門尺寸，在中間加裝支墩。為了保證流道順暢，尾水管直錐管段加裝了導(dǎo)流板。 12、調(diào)相浮筒： 下圖為調(diào)相浮筒示意圖：圖中調(diào)相浮筒3號閥通向下游。 13、進(jìn)人孔： 每臺機(jī)組共設(shè)置

13、3個進(jìn)人孔：鋼管進(jìn)人孔、蝸殼進(jìn)人孔和吸出管進(jìn)人孔。水輪機(jī)剖面圖二、 發(fā)電機(jī)部分的組成和作用：我廠發(fā)電機(jī)組為懸吊式水輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)型號：TS854/156-40（18號機(jī)）SF90-40/8540（9號機(jī)）。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，額定定子電流4183.8A，額定轉(zhuǎn)子電流1200A. 全廠9臺機(jī)組（除4號機(jī)外）額定出力為95MW， 4號機(jī)額定出力為90MW；發(fā)電機(jī)出口母線電壓為13.8KV。發(fā)電機(jī)主要由以下各主要部分組成：定子、轉(zhuǎn)子、上機(jī)架、推力軸承、上導(dǎo)軸承、制動系統(tǒng)，通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，及其它附屬設(shè)備。1、定子： 發(fā)電機(jī)定子由機(jī)座、定位筋、鐵芯及線圈等組成，采用雙Y接線方式機(jī)座：由鋼板焊成，機(jī)座共

14、分六個圓環(huán)板，最上的一環(huán)組裝上機(jī)架，最下一個環(huán)與基礎(chǔ)板連接，中間四個環(huán)供固定鐵芯之用。鐵芯：定子鐵芯用兩面涂有絕緣漆的厚約為0.5mm的矽鋼片交疊而成。鐵芯整個高度分成44段，每段之間有高為6mm的通風(fēng)溝共43條（其中1、2、4號機(jī)為27段），為了減少端部的漏磁損失，鐵芯的兩端疊成階梯形。線圈：我廠發(fā)電機(jī)共有線槽396個，定子繞組為條形波繞組，每相兩支路并聯(lián)，每極每相槽數(shù)為個，定子線棒絕緣為環(huán)氧粉云母，由46股銅線（線規(guī)為2.55×7.1mm）的F級絕緣經(jīng)360o的加長換位編織而成。19號機(jī)定轉(zhuǎn)子絕緣等級： 機(jī)號項(xiàng)目123456789定子絕緣等級BBFFFBFFF轉(zhuǎn)子絕緣等級FAFF

15、FAFFF 2、轉(zhuǎn)子：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由主軸、輪幅、磁軛、磁極等組成。主軸：發(fā)電機(jī)主軸中間為空心，其中孔直徑為300mm，軸身直徑為900mm，長度為8284mm，并直接與水輪機(jī)主軸相連接。輪幅：由輪轂和輪臂組成，輪轂用熱套法與主軸配成一體，上端用卡環(huán)卡緊，輪臂有8塊，成輻射方向與輪轂通過合縫板及螺栓來連接。磁軛：共有2658片，沖成扇形片堆疊而成，扇形片有三種類型，普通的、具有彈簧槽、及通風(fēng)溝的。整個磁軛高度為1770mm分成7段，具有6個40mm高的通風(fēng)溝。在磁軛底部有10塊可拆卸式的制動閘板組成制動環(huán)，磁軛與輪臂連接。4、5、6號機(jī)增容改造后轉(zhuǎn)子磁軛全部更新重疊，新轉(zhuǎn)子磁軛增加了上、下壓板，八

16、只磁極正對著轉(zhuǎn)子支臂，與舊的安裝形式相比，使轉(zhuǎn)子增加了8個通風(fēng)溝，增大轉(zhuǎn)子的通風(fēng)量。磁極：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極為凸極式的，是產(chǎn)生磁場的主要部件。磁極鐵芯由鋼片沖疊成。磁極借一個“T”尾型槽固定在磁軛上。磁極線圈屬F級絕緣， 9號機(jī)為75×8mm，磁極主絕緣為環(huán)氧玻璃絲層壓板， 3、推力軸承： 推力軸承承受水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)動部分的重量以及機(jī)組軸向水推力。我廠機(jī)組為剛性螺釘支柱式軸承，其主要組成部分為鏡板、軸瓦、托盤、抗重螺絲、油冷卻器和油槽等部分組成。軸瓦放在托盤上，托盤支持在球面的抗重螺絲頭上。軸承由10塊扇形彈性金屬塑料瓦組成。鏡板與推力頭絕緣，推力軸承基座與上機(jī)架之間也是絕緣

17、的，以切斷軸電流的回路， 4、上導(dǎo)軸承： 上導(dǎo)軸承位于上機(jī)架的中心部分，其承受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時的徑向力，徑向力通過機(jī)架的支臂傳到定子機(jī)座上，因此導(dǎo)軸承瓦數(shù)和機(jī)架臂數(shù)相等，為8塊，其瓦對地絕緣。上導(dǎo)油槽內(nèi)裝有8只小冷卻器，冷卻器和瓦均浸在油中，油槽油位到抗重螺絲中心線位置。（見圖）5、上機(jī)架：上機(jī)架為輻射式結(jié)構(gòu)，有8個支臂，中間為上導(dǎo)軸承，上部為推力軸承，下部為蓋板及滅火水管。6、制動器：轉(zhuǎn)子制動環(huán)底部有8只偏心式制動器，主要起制動作用，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的1520%時，用0.50.7Mpa的風(fēng)壓使制動閘頂住轉(zhuǎn)子制動，當(dāng)檢修時用油壓頂起轉(zhuǎn)子進(jìn)行推力軸承部分檢修。制動器由閘板、大小活塞缸體

18、、密封圈、蝶形彈簧等組成。7、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)：本廠發(fā)電機(jī)為密封雙回路徑向通風(fēng)冷卻，在發(fā)電機(jī)機(jī)座四周均勻的裝置8只空氣冷卻器，并在磁極上下分別裝有40塊擋風(fēng)板，運(yùn)行時，熱空氣由定子通風(fēng)溝經(jīng)空氣冷卻器冷卻后變?yōu)槔淇諝?。再分上下兩路重新回入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，經(jīng)轉(zhuǎn)子支架磁軛通風(fēng)溝再進(jìn)入空氣間隙循環(huán)。目前4、7號機(jī)還采用風(fēng)扇的形式，風(fēng)循環(huán)除了由轉(zhuǎn)子經(jīng)空氣間隙到定子，經(jīng)空冷器冷卻后回到機(jī)組內(nèi)部外，風(fēng)斗從磁極的上下端面強(qiáng)行將空氣吹入空氣間隙，然后經(jīng)定子到達(dá)空氣冷卻器進(jìn)行冷卻，以增強(qiáng)通風(fēng)冷卻效果。空氣冷卻器為套片式冷卻器，改善發(fā)電機(jī)冷卻效果。共埋設(shè)了18個測溫點(diǎn)。巡檢號空冷器測溫點(diǎn)巡檢號空冷器測溫點(diǎn)371號空冷器熱風(fēng)404號空冷器熱風(fēng)382號空冷器熱風(fēng)415號空冷器熱風(fēng)393號空冷器熱風(fēng)426號空冷器熱風(fēng)437號空冷器熱風(fēng)495號空冷器冷風(fēng)448號空冷器熱風(fēng)506號空冷器冷風(fēng)451號空冷器冷風(fēng)517號空冷器冷風(fēng)462號空冷器冷風(fēng)528號空冷器冷風(fēng)473號空冷器冷風(fēng)53空冷器進(jìn)水溫484號空冷器冷風(fēng)54空冷器出水溫8、測溫系統(tǒng)：在定子上下層線圈之間槽底共埋設(shè)了36個測溫元件（1、4號機(jī)為12