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发电机知识172问 - 发电|环保
发电机知识172问
1.什么是"同步"发电机 同步转速是如何确定的 答:发电机是发电厂的心脏设备,发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机(水力)和汽轮发电机(蒸汽).本书所涉及的内容均是指同步发电机(限于立式水轮发电机).发电机在正常运行时,在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场,这个磁场由两个磁场合成:转子磁场和定子磁场.所谓"同步"发电机,就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等.转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组(磁极)产生,转子磁场的转速也就是转子的转速,也即整个机组的转速.转子由原动机驱动,转速由机组调速器进行调节,这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示.定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组(按120°对称布置)产生,其转速由式确定(式中:p为转子磁极对数;f为电力系统频率;n为机组转速).从式中可见,对某一具体的发电机,其磁极对数是固定不变的,而我国电力系统的频率也是固定的,即50Hz(也称工频),可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是"定值".当然,电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理论值,而是允许在这个值的上下有微小的波动,也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的.转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化,也即机组的转速作动态的调整.如果转速不能与定子磁场保持一致,则我们说该发电机"失步"了.2.什么是发电机的飞轮力矩. 它在电气上有什么意义 答:发电机飞轮力矩,是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积.看起来它是一个与电气参数无关的量,其实不然,它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大.它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升,它首先应满足输水系统调节保证计算的要求.当电力系统发生故障,机组负荷突变时,因调速机构的时滞,使机组转速升高,为限制转速,机组需一定量的飞轮力矩,越大,机组转速变化率越小,电力系统的稳定性就越好.与机组造价密切相关, 飞轮力矩越大,机组重量越大,制造成本越大.3.什么是发电机的短路比Kc Kc与发电机结构有什么关系 答:短路比Kc,是表征发电机静态稳定度的一个重要参数.Kc原来的意义是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比,即Kc=Iko/IN.由于短路特性是一条直线,故Kc可表达为发电机空载额定电压时的励磁电流Ifo与三相稳态短路电流为额定值时的励磁电流Ifk之比,表达式为:Kc=Ifo/Ifk≈1/Xd.Xd是发电机运行中三相突然短路稳定时所表现出的电抗,即发电机直轴同步电抗(不饱和值).如忽略磁饱和的影响,则短路比与直轴同步电抗Xd互为倒数.短路比小,说明同步电抗大,相应短路时短路电流小,但是运行中负载变化时发电机的电压变化较大且并联运行时发电机的稳定度较差,即发电机的过载能力小,电压变化率大,影响电力系统的静态稳定和充电容量.短路比大,则发电机过载能力大,负载电流引起的端电压变化较小,可提高发电机在系统运行中的静态稳定性.但Kc大使发电机励磁电流增大,转子用铜量增大,使制造成本增加.短路比主要根据电厂输电距离,负荷变
化情况等因数提出,一般水轮发电机的K,取0.9～1.3. 结构上,短路比近似的等于可见,要使Kc增大,须减小A,即增大机组尺寸;或加大气隙,须增加转子绕组安匝数.4.什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd′ 与发电机结构有什么关系 答:Xd′是代表发电机运行中三相突然短路初始时间(阻尼绕组的电流衰减后)的过渡电抗.直轴瞬变电抗是发电机额定转速运行时,定子绕组直轴总磁链产生的电压中的交流基波分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比.它也是发电机和整个电力系统的重要参数,对发电机的动态稳定极限及突然加负荷时的瞬态电压变化率有很大影响.Xd′越小,动态稳定极限越大,瞬态电压变化率越小;但Xd′越小,定子铁芯要增大,从而使发电机体积增大,成本增加.Xd′的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定.结构上,Xd′与电负荷A,极距τ有如下关系:k为比例系数.可见,要降低Xd′,必须减小A或加大τ,都将使发电机尺寸增大.5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd〃 与发电机结构有什么关系 Xd〃的大小对系统有什么影响 答:Xd〃是代表发电机运行中三相突然短路最初一瞬问的过渡电抗.发电机突然短路时,转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变,感应出对电枢反应磁通起去磁作用的电流,将电枢反应磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的路径上,这个路径的磁阻很大即磁导很小,故其相对应的直轴电抗也很小,这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗Xd〃,也即有阻尼绕组的发电机突然短路时,定子电流的周期分量由Xd〃来限制.结构上,Xd〃主要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定.对于无阻尼绕组的发电机,则Xd〃= Xd′.由于Xd〃的大小影响电力系统突然短路时短路电流的大小,故Xd〃值的大小也影响到系统中高压输变电设备特别是高压断路器的选择,如动稳定电流等参数.从电气设备选择来说,希望Xd〃大些,这样短路电流小一些.6.阻尼绕组的作用是什么 答:水轮发电机转子设计有交,直轴阻尼绕组.阻尼绕组在结构上相当于在转子励磁绕组外叠加的一个短路鼠笼环,其作用也相当于一个随转子同步转动的"鼠笼异步电机",对发电机的动态稳定起调节作用.发电机正常运行时,由于定转子磁场是同步旋转的,因此阻尼绕组没有切割磁通因而也没有感应电流.当发电机出现扰动使转子转速低于定子磁场的转速时,阻尼绕组切割定子磁通产生感应电流,感应电流在阻尼绕组上产生的力矩使转子加速,二者转速差距越大,则此力矩越大,加速效应越强.反之,当转子转速高于定子磁场转速时,此力矩方向相反,是使转子减速的.因此,阻尼绕组对发电机运行的动态稳定有良好的调节作用.7.3 Y接线是什么含义 发电机为何多采用星形接线 答:在发电机铭牌或图纸中,我们常见到发电机定子绕组的接线方式表示为Y,3 Y,5 Y等.这表示发电机是按星形方式接线. Y3表示发电机定子绕组是3路星形并联,也可以理解为3个星形接线的发电机并联在一起.由于发电机的磁通内有较强的3次谐波,如果发电机接成△线,则3次谐波会在△内形成回路,造成附加的损耗和发热.此,发电机定子绕组一般接成Y形,使3次谐波不能形成回路.8.什么是励磁绕组？什么是电枢绕组？ 答:在电机的定,转子绕组中,将空载时产生气隙磁场的绕称为励磁绕组(或激磁绕组);将另一产生功率转换(吸收或出有功功率)的绕组称为电枢绕组.可见,水轮发电机的励磁组就是转子绕组,而定子绕组则是电枢绕组.异步电动机的励绕组是定子绕组,而基本处于短路状态下的转子绕组则是电枢组.9.什么是叠绕组 有何特点 什么是波绕组 有何特点 答:叠绕组是任何两个相邻的线圈都是后一个线圈叠在前一线圈的上面.在制造上,这种绕组的一个线圈多为一次制造成,这种形式的线圈也称为框式绕组.这种绕组的优点是短矩时节省端部用铜,也便于得到较多的并联支路.其缺点是端部的接线较长,在多极的大电机中这些连接线较多,不便布置且用量也很大,故多用于中小型电机.波绕组是任何两个串联线圈沿绕制方向象波浪似的前进.在造上,这种绕组的一个线圈多由两根条式线棒组合而成,故也为棒形绕组.其优点是线圈组之间的连接线少,故多用于大型轮发电机.在现场,波绕组的元件直接称呼为"线棒".本书述中,多以"线棒"代替"线圈".10.什么是每极每相槽数g 什么是整数槽绕组 什么是分槽绕组 答:对某一具体的发电机,发电机定子的槽数和转子的磁极数都已确定.其中有一个重要的概念是每极每相槽数q.发电绕组由A,B,C三相组成,则每一相在定子中所占的槽数是等的,各1/3;对应于转子的每个磁极,各相在每个磁极下对应所占的定子槽数也是相等的.每极每相槽数q,即在每个磁极下,每一相应该占有的槽数.式中Z——定子总槽数;2p——磁极个数;m——相数.由公式可见,q值很容易求得.当q为整数时,则称绕组为整数槽绕组;q为分数时,则称绕组为分数槽绕组.如q=3,则表示一个磁极下,A,B,C三相在定子槽中各占有三槽.如表示一个磁极下,A,B,c三相在定子槽中各占有槽,也即分数槽.可是,一个定子槽是不可能劈开为分数的.也即11/4,这就表示,每4个磁极下,A,B,c三相在定子槽中各占有1l槽,各相磁极下对应的总的槽数还是相等.11.什么是分数槽绕组的循环数(或轮换数) 它是如何组成和确定的 '答:在发电机定子绕组图纸的参数中,我们可以看到绕组循环数或轮换数,如某发电机定子为792槽,每极每相槽数其绕组循环数为3233,这个数就是分数槽绕组的轮换数,它与每极每相槽数是密切相关的,它表示定子三相绕组的排列中各相对应布置的定子槽数.上述的3233,其4位数字相加:3+2+3+3=11;ll为定子槽数,"位数"4表示4个磁极,显然两数分别为每极每相槽数q=11/4的分子和分母.它表示定子的所有槽数排列顺序为:按A相3槽,B相2槽,C相3槽,A相3槽(注意已排了一轮),B相3槽,C相2槽,A相3槽,B相3槽(注意已排了两轮)……,如此一直将所有的定子槽数排完(见图2—1).即按3233的顺序将定子的全部槽数均分为三等分,如该发电机共有792槽,则以3233这个顺序数排72轮(72×1l=792),就将全部定子槽数排完了,每相占有264槽(参见本部分13题).同为11/4,循环数当然也可排为.之所以选3233,是根据各种排列在方块图上排列显示后,以其连线最省的原则确定的.也即绕组线棒之间的连接方式,以选用端部接头最少的波绕方式为佳,绕组端部接线的设计应使极问连接线的数量最少.为节省篇幅,只标出一个支路的连接,中间部分槽省略.12.什么是波绕组的合成节矩 合成节矩中的数值各代表什么意义 答:合成节矩是用来表征波绕组连接规律的参数.它表明波绕组将各个线圈串接成完整绕组沿绕制方向前进的槽数,为相邻两线圈的对应边相隔的槽数.如在发电机定子绕组图纸上,我们看到绕组参数栏内标有类似1-7—14这样的参数,这个参数就是绕组的合成节矩.合成节矩Y=y1+y2;其中节矩y1,表明一个定子线圈的一根线棒在N极下而另一根线棒处在s极下,两端相隔的定子槽数,1-7表示这个线圈一端在第1槽而另一端在第7槽,y1=6:节矩y2,表示该线圈从第7槽出来后下一个相连的线圈槽号是第14槽,y2=7,则合成节矩Y=13.14.分数槽绕组有何优缺点 答:大型水轮发电机多采用分数槽绕组,其优点有:①能削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电势;②能有效地削弱齿谐波电势的幅值,改善电动势的波形;③减小了因气隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值,减少了磁极表面的脉振损耗.其缺点是分数槽绕组的磁动势存在奇数次和偶数次谐波,在某些情况下它们和主极磁场相互作用可能产生一些干扰力,当某些干扰力的频率和定子机座固有振动频率重合时,将引起共振,导致定子铁芯振动.因此,分数槽q值选择不当也可能带来很多隐患,这在实际发电机的运行中是有例子的.15.什么是齿谐波电势 削弱齿谐波电势有哪些方法 答:在发电机绕组电势的分析中,首先是假定定子绕组的铁芯表面是平滑的,但实际上由于铁芯槽的存在,铁芯内圆表面是起伏的,对磁极来说,气隙的磁阻实际上是变化的.磁极对着齿部分,则磁阻小,对着铁芯线槽口部分的气隙磁阻就大,随着磁极的转动,就会由于气隙磁阻的变化在定子绕组中感应电势.这种由于齿槽效应在绕组中感生的电势就称为齿谐波电势.削弱齿谐波电势的方法有:(1)采用斜槽,即定子或转子槽与轴线不平行.把定子槽做成不垂直的斜槽或将磁极做成斜极,当然这在大型发电机中是无法做到的.在小型电机如异步鼠笼电动机中,转子绕组采用的就是斜槽.在一些中小型发电机中也采用了定子斜槽的方式,一般斜度等于一个定子槽距.(2)采用磁性槽楔,即改善磁阻的大小.但目前没有成熟技术,也只限于中,小型电动机上应用.(3)加大定,转子气隙也能有效地削弱齿谐波,但会使功率因数变坏,故一般也不采用.(4)采用分数槽绕组.这是目前大型水轮发电机广泛采用的方法.16.发电机运行中的损耗主要有哪些 答:发电机的损耗大致可分为五大类,即定子铜损,铁损,励磁损耗,电气附加损耗,机械损耗.发电机运行中,所有的损耗几乎都以发热的形式表现出来.(1)定子铜损即定子电流流过定子绕组所产生的所有损耗.(2)铁损即发电机磁通在铁芯内产生的损耗,主要是主磁通在定子铁芯内产生的磁滞损耗和涡流损耗,还包括附加损耗.(3)励磁损耗即转子回路所产生的损耗,主要是励磁电流在励磁回路中产生的铜损.(4)电气附加损耗则比较复杂,主要有端部漏磁通在其附近铁质构件中产生的损耗,各种谐波磁通产生的损耗,齿谐波和高次谐波在转子表层产生的铁损等.(5)机械损耗主要包括通风损耗,轴承摩擦损耗等.17.发电机突然短路有哪些危害 答:(1)发电机突然短路时,发电机绕组端部将受到很大的电动力冲击作用,可能使线圈端部产生变形甚至损伤绝缘.(2)定,转子绕组出现过电压,对发电机绝缘产生不利影响.定子绕组中产生强大的冲击电流,与过电压的综合作用,可能导致绝缘薄弱环节的击穿.(3)发电机可能产生剧烈振动,对某些结构部件产生强大的破坏性的机械应力.18.什么是绝缘的局部放电 发电机内的局放有哪几种主要形式 答:在电场的作用下,绝缘系统中绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强,在部分区域发生放电,这种现象称为局部放电(Partial Discharge).局部放电只发生在绝缘局部,而没有贯穿整个绝缘.发电机中的局部放电主要有绕组主绝缘内部放电,端部电晕放电及槽放电(含槽部电晕)三种.此外,发电机中还有一种危害性放电,是由定子线圈股线或接头断裂引起的电弧放电,这种放电的机理与局部放电不同.19.发电机主绝缘内的局部放电产生的原因是什么 有什么危害 答:大型发电机定子线棒在生产过程中,由于工艺上的原因,在绝缘层问或绝缘层与股线之间可能存在气隙或杂质;运行过程中在电,热和机械力的联合作用下,也会直接或间接地导致绝缘劣化,使得绝缘层间等产生新的气隙.由于气隙和固体绝缘的介电系数不同,这种由气隙(杂质)和绝缘组成的夹层介质的电场分布是不均匀的.在电场的作用下,当工作电压达到气隙的起始放电电压时,便产生局部放电.局部放电起始电压与绝缘材料的介电常数和气隙的厚度密切相关.气隙内气体的局部放电属于流注状高气压辉光放电,大量的高能带电粒子(电子和离子)高速碰撞主绝缘,从而破坏绝缘的分子结构.在主绝缘发生局部放电的气隙内,局部温度可达到1000℃,使绝缘内的胶粘剂和股线绝缘劣化,造成股线松散,股问短路,使主绝缘局部过热而热裂解,最终损伤主绝缘.局部放电的进一步发展是使绝缘内部产生树枝状放电,引起主绝缘进一步劣化,最终形成放电通道而使绝缘破坏.20.什么是电晕 电晕对发电机有什么危害 答:发电机内的电晕(Corona),是发电机定子高压绕组绝缘表面某些部位由于电场分布不均匀,局部场强过强,导致附近空气电离,而引起的辉光放电.可见,电晕是发电机局部放电的一种.它产生在绝缘的表面,它与我们所熟悉的一般户外高压电场下的导体附近的电晕是有所不同的.与其他形式的局部放电相比,电晕本身的放电强度并不是很高,但电晕的存在大大的降低了绝缘材料的性能.表面电晕使绝缘表面局部温度升高,电晕的热效应及其产生的03和N2的化合物(03极易分解与空气中的氮N2及水分化合生成酸)也会损坏局部绝缘,对黄绝缘来说是将绝缘层变成白色粉末,其程度的深浅与电晕作用时间有关,材料表面损坏后,放电集中于凹坑并向绝缘材料内部发展,严重时发展为树枝放电直到击穿.此外,电晕还使其周围产生带电离子,各种不利因数的叠加,一旦定子绕组出现过电压,则就有造成线棒短路或击穿的可能.黄绝缘的击穿场强随温度的升高而略有下降,当温度超过180℃时,其击穿场强将急剧下降.21.发电机内哪些部位易产生电晕 答:发电机一般在机内可能产生外部电晕的部位有:①线棒出槽口处.绕组出槽口处属典型的套管型结构,槽口电场非常集中,是最易产生电晕的地方.②铁芯段通风沟处.通风槽钢处属尖锐边缘,易造成电场局部不均匀.③线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处.④端箍包扎处.⑤端部异相线棒间.绕组端部电场分布复杂,特别是线圈与端箍,绑绳,垫块的接触部位和边缘,由于工艺的原因往往很难完全消除气隙,在这些气隙中也容易产生电晕.22.发电机电晕与哪些因素有关系 答:(1)与海拔高度有关.海拔越高,空气越稀薄,则起晕放电电压越低.(2)与湿度有关.湿度增加,表面电阻率降低,起晕电压下降.(3)端部高阻防晕层与温度有关.如常温下高阻防晕层阻值高,则温度升高其起晕电压也提高.常温下如高阻防晕层阻值偏低,起晕电压随温度升高而下降.(4)槽部电晕与槽壁间隙有关.线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产生电火花放电.环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙在是O.2～0.3mm左右.目前我国高压大电机采用的环氧粉云母绝缘的线膨胀系数很小,在正常运行条件下,环氧粉云母绝缘的线棒的膨胀量不能填充线棒和铁芯间的间隙.这是与黑绝缘区别比较大的地方.(5)与线棒所处部位的电位和电场分布有关.越高越易起晕,电场分布越不均匀越易起晕.23.什么是电腐蚀 什么是内腐蚀和外腐蚀 防止电腐蚀的措施有哪些 答:电腐蚀是发生在发电机槽部定子线棒防晕层表面和定子槽壁之间因失去电接触而产生的容性放电,从而引起线棒表面的腐蚀和损伤.这种容性放电的放电能量比纯电晕放电要大得多,严重时发展为火花放电.火花放电温度可高达摄氏几百度至上千度.同样,放电使空气电离产生的臭氧与空气中的氮,水分产生化学作用,对线棒表面和铁芯产生腐蚀.电腐蚀轻者,使线棒防晕层及主绝缘表面变白并有不同程度的蚕食;严重者防晕层损坏,主绝缘外露或出现麻点,引起线棒表面防晕层乃至主绝缘,垫条的烧损.这种引起线棒防晕层,主绝缘,垫条等损伤的情况统称为"电腐蚀".根据电腐蚀产生的部位分外腐蚀和内腐蚀.外腐蚀指发生在防晕层和定子槽壁之间的电腐蚀;内腐蚀是指发生在防晕层和主绝缘之间的电腐蚀.内腐蚀的原因是由于线棒的表面防晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不好,存在微小空气气隙的缘故,如主绝缘表面不平整,半导体漆没有浸透或半导体漆本身的问题等.随着发电机制造技术的发展,"内腐蚀"基本上已成为了一个历史名词.防止电腐蚀的措施有:①定子槽内在下线前喷低阻半导体漆.②选择合适的低阻半导体垫条,打紧槽楔,保证线棒直线部分表面防晕层的完好,使线棒表面防晕层与垫条或铁芯壁有良好的接触.③改进线棒槽内固定方式.④改进制造工艺水平,如线棒的尺寸和平直度,铁芯的制造和叠片公差等.良好的线棒制造工艺和整机制造水平是减少电腐蚀发生的有力保证.目前我国在线棒防晕和防止电腐蚀方面有了长足的进步,如主绝缘和防晕层同时热压成型,半导体适型毡工艺,线棒采用半导体槽衬槽内固定等.24.永磁发电机有什么作用 一般采用什么类型的永磁机 答:永磁发电机位于发电机组的机头部分,与发电机组同轴同步旋转.其作用主要是为水轮机的调速系统采集机组频率提供信号电源(除此信号电源外,一般机组调速系统还通过发电机出口的电压互感器取得信号)和给机组转速继电器供电.永磁机以往多采用三相凸极式,即以永久磁钢作磁极旋转,体积很大.现广泛采用的单相感应子式永磁机,体积很小.近来,也有的电厂以安装在大轴上的齿盘测速装置来代替永磁机.新建电厂的机组则有取消永磁机的趋势. .25.感应子式永磁机转子没有线圈也没有极性,为什么永磁机也能发出交流电 它是如何反映机组转速的 答:凡能变更线圈所耦合的磁通,都能使线圈产生感应电势,不一定要有旋转的线圈或磁极.感应子式永磁发电机就是基于转子表面齿槽的存在而使定转子间的气隙磁导发生周期性地变化而感应出交流电的.永磁机转子上没有绕组,只有带齿槽的铁芯,依靠齿槽的存在使定转子气隙磁导发生周期性的变化,而定子绕组感应发电,所以转子也称为感应子.单相感应子式发电机的电压波形与转子齿槽形状密切相关,因此只能是近似的正弦波.永磁机的气隙磁通的利用率很低,只有其交变分量用来感应电势,而交变分量一般只占气隙磁通的35%左右.永磁机定子内部内置的永久磁钢为定,转子提供了恒定磁场,感应子转动过程中,当齿部对着定子表面时,空气隙小而磁通大,当凹部对着定子表面时,空气隙大而磁通小,这样磁通的交替变化,气隙中就产生了一个交变分量,交变分量的一个周期相当于一个转子齿距,这交变分量就在定子绕组内感应出交流电势.也即转子的一个齿相当于凸极发电机的一对极,其产生的频 率为:,式中:Z2为转子齿数,n为机组转速.由式中可见,只要Z2选择得与机组发电机的磁机对数(P)相等,则永磁机的频率严格反应发电机组的转速变化.这就是为什么从永磁机中提取频率信号的原因.26.什么是发电机的轴电压和轴电流 轴电压产生的原因是什么 它对发电机的运行有何危害 答:发电机在转动过程中,只要有不平衡的磁通交链在转轴上,那么在发电机的转轴的两端就会产生感应电势.这个感应电势就称为轴电压.当轴电压达到一定值时,通过轴承及其底座等形成闭合回路产生电流,这个电流称为轴电流.为了消除轴电压经过轴承,机座与基础等处形成的电流回路,防止轴电流烧坏瓦面,所以要将轴承座对地绝缘.为防止转轴形成悬浮电位,同时转轴还要通过电刷接地.此电刷接地可与转子一点接地保护要求的"接地"共用为一个.防止轴电压的重点在于防止轴电流的形成,轴承间只要不形成轴电流回路,则不需对所有的轴承绝缘.电磁轴电压主要可分为两部分,一是轴在旋转时切割不平衡图2—3垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流示意图磁通而在转轴两端产生的轴电压,二是由于存在轴向漏磁通而在转轴两端产生的轴电压.造成发电机磁场不平衡的原因主要有:①定,转子之间的气隙不均匀.②磁路不平衡.如定子分瓣铁芯,定子铁芯线槽引起的磁通变化,极对数和定子铁芯扇形片接缝数目的关系等.③制造,安装造成的磁路不均衡.此外分数槽绕组的电枢反应也会在转轴上产生轴电压.图2-3为垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流示意图.当轴承底座绝缘垫因油污,损坏或老化等原因失去绝缘性能时,则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电.放电会使润滑油的油质逐渐劣化,放电的电弧会使转轴颈和轴瓦烧出麻点,严重者会造成事故.27.什么是发电机的"调相运行" 答:发电机的调相运行,是指发电机不发出有功功率,只用来向电网输送感性无功功率的运行状态,从而起到调节系统无功,维持系统电压水平的作用.调相运行是使发电机工作在电动机状态(即空转的同步电动机),发电机进相运行时消耗的有功功率可来自原动机也可来自系统.发电机作调相运行时,既可过励磁运行也可欠励磁运行.过励磁运行时,发电机发出感性无功功率;欠励磁运行时,发电机发出容性无功功率.一般作调相运行时均是指发电机工作在过励磁即发出感性无功功率的状态.水轮发电机远离负荷中心的,一般不考虑作调相运行.28.什么是发电机的"进相运行" 对发电机有何影响 针对进相应对发电机作哪些检查 答:电力系统正常运行时,其负荷是呈感性的.发电机正常运行时,电压的相位是超前电流的相位的,此时发电机向系统发出有功功率和感性的无功功率.如果发电机的运行中出现电流的相位超前于电压的相位情况时,我们称此时发电机处于进相运行状态,此时发电机向系统发出有功功率和吸收感性无功功率(或称发出容性的无功功率).当电力系统的无功功率过剩时,系统的电压就会升高,降低电压的措施之一就是让发电机吸收系统过剩的无功让其运行在进相状态.吸收越多,则进相越深.一般情况下,发电机在设计时也考虑了这种对发电机不利的运行情况,允许发电机作短时的进相运行.但不同的发电机在作进相运行时可能表现出较大的差异.发电机进相运行后,发电机端部的漏磁比正常情况下有所增加,因而使端部的金属件发热,局部温度升高,同时端部振动也增加.进相深度越大,端部温升越高.据试验实测,进相时定子铁芯端部最高温度发生在铁芯齿顶处,其次是压指处,这与理论分析是一致的.针对发电机进相特别是深度进相后,检修时应仔细检查定子绕组的上下端部,特别是铁芯齿顶,线棒出槽口处和压指部分有无异常.发现问题应及时上报处理,不适宜再作进相运行的发电机应申请停止.进相对发电机的不良影响比较复杂,可能需长期的运行才能发现问题. .29.为什么发电机停机采用电气制动 如何实现 答:一般水轮发电机在停止转动的过程中,由于转速下降,导致发电机推力轴承的油膜破坏会损坏轴承;因此,当转速下降到一定程度时,要采取机械制动的方式使发电机组尽快停机,如顶起转子的风闸等.但对转动惯量很大的发电机组采用这种方式则比较困难,因此引入了电气制动的方法.电气制动采用定子绕组三相对称短路,转子加励磁使定子绕组产生额定电流大小的制动电流的方式,从而产生电磁制动力矩,实现电气制动,迅速停机.具体方法是在发电机的出口侧安装三相短路开关,当发电机组转速下降到某一定值时,投入制动开关,然后,电气制动的控制装置在励磁绕组投入由低压厂用电系统整流而来的励磁电流,使定子产生的电气制动电流迅速上升至发电机的额定电流,使发电机工作在制动状态.制动过程中,定子电流和转子电流均保持恒定,故制动力矩随转子转速的降低而增大.正常停机制动可采用两种方式,一种方式是在发电机转速降至某一值,如50%～60%额定转速时,投入电气制动装置,经几分钟后机组全停;另一种方式是在发电机转速降至某一值如50%～60%额定转速时投入电气制动,转速降至5%～10%的发电机额定转速时投入机械制动,制动时间可缩短一些.30.什么是发电机绝缘的在线监测 在线监测有哪些方法 答:在线监测是区别于我们所熟悉的常规离线绝缘测试方法如介损,泄漏电流测试等,而在发电机运行工作电压下对发电机绝缘进行的连续测量.目前发电机的绝缘在线监测主要是发电机局部放电的在线监测.局部放电在线监测是在发电机内(或出线回路上)永久性地安装传感器,这些传感器可以连接到某种便携式的局放测试仪,对局部放电进行定期监测,或连接到某种固定式的局部放电监测系统进行持续监测.目前在线监测主要指后者.局部放电与发电机定子绕组的绝缘状况密切相关.应用在线监测系统,可以对运行中的发电机持续地进行局部放电监测.连续测取比离线监测能测取到更真实的反映发电机绝缘状况的数据.发电机绝缘的在线监测方法按所取信号的种类可分为非电测法和电测法.非电测法,是通过声学,特征气体等非电参量进行监测的方法.这些方法的优点是无需测取电量,测量中不受电气干扰.缺点是判断依据存在准确性方面的问题,也不能定量.主要有:①超声波检测.局部放电同时产生声脉冲,其频谱约为Hz,但其声信号非常微弱.超声波检测即将其声音信号转换为电信号后放大输出.②特征气体检测.如臭氧浓度检测法,由于臭氧是发电机电晕的特征气体,通过对臭氧浓度的测试来判断发电机电晕的状况.在国外省的机组中,在发电机风洞里就设置了臭氧(03)检测装置,以确定发电机在运行中的局部放电强度.目前,这种方式是作为局部放电电测法的一种补充方法.欧洲的一种观点认为:与局放电测法相比,03检测能独自对发电机端部电晕进行定量评估.结合电测法,是分析发电机局部放电最有效的办法.这种方法在国内还没有应用.③离子式过热诊断法.早期在上世纪60年代国外就开始应用,这种方法是将发电机冷却用的循环氢气采样引入到测定器内,利用发电机绝缘因局部放电后产生的热解离子,通过检测离子浓度的方法来检测发电机的绝缘状态.这种方式应用很少.④气相色谱法.这种方法是从发电机中采集气体,利用气相色谱分析法来推定采得的气体中的有机物成分,这种方式也只能由于氢气冷却的发电机,根据循环氢气中的所含混合其他的成分和数量,来推断绝缘的状态.后两种化学方法不适合水轮发电机使用.电测法即在线监测发电机运行过程中局部放电的电量参数,如绝缘局部放电时产生的脉冲电流(脉冲电流法,即ERA法)或局部放电时产生的电磁辐射波(无线电干扰电压法,即RIV法)等.脉冲电流法可以根据局部放电的等效电路来校定视在放电电荷,相对检测灵敏度也较高.目前脉冲电流法是发电机局部放电在线监测应用最主要的方法.31.发电机局部放电在线监测电测法有哪些主要方法 答:发电机局部放电在线监测,目前以电测法的脉冲电流法(ERA)为主流方法.根据检测装置响应带宽,发电机绝缘的局部放电装置可分为窄带检测装置和宽带检测装置,目前的检测设备普遍都采用宽带装置.发电机在线局部放电监测的首要关键技术之一是如何取得故障信号,也即根据传感器而对应的检测技术.根据发电机的局部放电在线检测传感器的型式和布置,主要有以下几种监测方法:(1)发电机中性点耦合射频监测法.其理论原理是:当发电机内任何部位产生局部放电时,都会产生频率很宽的电磁波,而发电机内任何地方产生的相应的射频(Radio Frequency)电流会流过中性点接地线,因而局部放电的传感器可以选择在中性点接地线上,从而提取局部放电的电磁信号.发电机主绝缘上的局部放电可以看作是一个点信号源,由局部放电所引起的电磁扰动在空间内产生的电磁波,由于发电机不同槽间电磁耦合比较弱,所以可以用传输线理论来分析脉冲在绕组中的传播,即绕组中的放电脉冲以一定的速度沿绕组传播.根据这种理论,在发电机中性点处安装宽频电流互感器,就可以监测到局部放电高频放电波形,以监测发电机内部放电量及放电量变化.射频监测法利用宽频带的高频电流传感器从发电机定子绕组中性线上拾取高频放电信号,以反映定子线圈内部放电现象.这种监测法的优点是中性线对地电位低,高频CT传感器制作与安装相对容易;缺点是由于信号衰减厉害,对信号处理技术要求较高.另外,不同大小的发电机,其槽间的电磁耦合差异较大,并不都是可以忽略的,故传输线理论分析有很大的误差,尤其对槽数多的大型水轮发电机.(2)便携式电容耦合监测法.20世纪70年代加拿大研制的一种局部放电在线监测装置.监测放电信号时,将3个电容(如每个375pF,25kV)搭接在发电机三相出线上,信号通过带通滤波器(如30kHz至1MHz)引入示波器,并显示出放电信号的时域波形.这种方法在加拿大的一些电厂目前仍在应用.它的缺点是要依靠有经验的操作人员来区分外部干扰信号和内部放电信号.(3)发电机出口母线上耦合电容器法.传感器采用固定安装形式,在发电机出口母线上的每相安装一个电容耦合器和在发电机中性点安装一个电容耦合器或高频电流传感器.其原理是安装于母线出口的电容耦合器用于测取来自发电机定子绕组内部的局部放电脉冲信号,安装在中性点上的电容耦合器用于监测现场的空间噪声,相应测试仪器为4通道的监测仪器.这种方法对应的测试仪,采用硬件和软件等方法对现场主要影响局部放电测量的噪讯进行消除.如来自励磁的电刷产生的噪声是通过系统分析软件进行消除;来自空间的噪讯通过天线接收,采用对比的方法进行消除.也有的未采用中性点部位的传感器,而采用软件法消除噪声.其中一个缺点是耦合电容位于发电机高压侧,其本身的可靠性影响到机组的可靠性.这是目前应用比较多的一种方法,水轮发电机和汽轮发电机均能使用,在欧洲应用较多.(4)发电机出口母线上成对耦合电容器法.这种方法的局部放电信号是通过安装在发电机定子绕组上各相汇流环或发电机出口母线上的高压耦合电容器获取的,每相各有一对耦合电容器,每对耦合器的安装位置有一定的空间距离,以便消除来自电机外部的干扰.由于每相安装有一定空间距离的双传感器,利用放电脉冲信号和外界干扰信号到达两个传感器的时延的不同,来消除随机脉冲型干扰信号,利用绕组内放电信号和外部噪声信号在绕组中传播时具
有不同特点来抑制噪声,提取放电信号.同时,利用数字滤波,幅值鉴别,动态阀值等软件处理方法滤除其他干扰.传感器耦合到的6路信号进入信号调理单元后,经由多路开关选通其中一相对应的两路信号进行放大处理,然后进入采集卡,再由采集卡转化为数字信号实施监控和数据处理.这种监测法适用于水轮发电机,因水轮发电机相对体积大,便于耦合器安装.此法是以成对耦合器上的两并联支路完全对称来消除干扰的,实际上使两支路参数完全对称是很难的,因此应尽可能减少这种不对称或采用延时线进行补偿,以提高抑制干扰的能力.另一缺点同上,即耦合电容的可靠性影响到机组的可靠性.北美的公司较多的采用了这种监测法.(5)发电机定子槽耦合器法.这种方法是直接在定子槽内安装耦合传感器SSC(Stator SlotCoupler),这种定子槽耦合器是一种用于检测局放信号的"天线",它装在靠近出口端的定子槽的槽楔下面.每个SSC约50cm长,1.7mm厚,与定子槽等宽.定子槽耦合器在频率从10～1000MHz范围内有相当好的频率响应,因此它能检测到沿定子槽的高频信号比较真实的脉冲波形.定子槽耦合器最先是为了能在大型汽轮发电机有效地检测到局部放电脉冲而提出的,它的重要特点是对局部放电和电噪声能产生不同的脉冲响应.理论研究与实际测量表明,定子绕组产生的局部放电脉冲约以1～5ns宽的脉冲能被SSC检测出来,而所有的各种内部与外部噪声则以大于20ns宽的脉冲形式被检测出来,这是因为噪声经绕组传播时,定子绕组起了自然滤波的作用.脉冲宽度的这种明显差别使得它能很容易把定子局部放电和其他干扰噪声区别开来.这种方法适用于大型汽轮发电机使用,其优点是局部放电信号和噪声信号的区别能力强,灵敏度在这几种方法中也最高;但此法要求在发电机绕组的槽楔下面埋设特制的SCC,故在耦合器的制作与埋置方面成本很高,在多支路多槽数的水轮发电机的应用中受到限制.(6)以埋置在定子槽里的电阻式测温元件导线作传感器的监测法.这种方法是把埋置在定子槽里的某些电阻式测温元件(RTD)导线作为局部放电传感器,而不需另装其他传感器.这种方法理论上与SSC法有相似之处,且利用预先埋置在定子某些槽里的电阻式测温元件(RTD)导线作为放电传感器测量局部放电脉冲,对发电机回路不会带来任何影响,附加成本低.这种局放传感器频率特性也较宽(约3～30MHz),便于将局放脉冲与噪声脉冲区别开来.这种方法目前还处在探索实验阶段,应该说这是一个很有发展前景的监测方式.我国目前还没有颁布发电机局放在线检测的相关标准,IEEE在其2000年颁布的关于电机局部放电监测的试用标准(IEEE Trial—Use Guide t0 the Measurement of Partial Discharges in RotatingMachinery)中主要推荐了采用电容耦合法与定子槽耦合法进行发电机局部放电在线监测.(二)发电机结构部分32.什么是发电机定子绕组的主绝缘 答:线棒是组成发电机定子绕组的基本构件,发电机定子绕组的主绝缘就是指发电机线棒的绝缘.组成发电机线棒的各根股线(自带绝缘层的导线)经过编织,换位和胶化成型后,然后整体连续包绕绝缘层,以某种工艺固化成型.这个绝缘层就是发电机定子绕组的主绝缘,见图2-4.以往发电机定子还有所谓非连续绝缘,即线棒在定子槽部的直线段采用一种固化工艺成型,而线棒端部采用其他的方式包绕绝缘,现已淘汰.33.发电机使用什么类型的主绝缘材料 多胶带与少胶带有什么区别 主绝缘经历了哪些发展过程 答:发电机使用的主绝缘材料基本是云母制品,云母制品中主要成分是云母.发电机主绝缘由云母,胶黏剂和补强材料这三部分构成.以前主绝缘采用天然的剥片云母,为了提高原材料的性能和利用率,现广泛采用粉云母.粉云母厚度均匀,电气性能稳定,生产成本较片云母低.主绝缘的电气性能和机械性能在某种程度上取决于主绝缘的固化工艺和参数,而其固化的工艺参数又是由绝缘带内所含的黏接胶剂决定的.根据绝缘带内的黏接胶的含量,目前主绝缘用的云母带可分为多胶粉云母带(含胶量为32%～40%)和少胶粉云母带(6%～8%).两者的绝缘固化成型工艺有很大的区别,其固化工艺根据胶的含量有液压和模压的方式.大型发电机的绝缘,欧洲在1910年,就采用了虫胶云母箔卷烘绝缘;1930开始使用以沥青及其复合物取代虫胶作为云母的胶黏剂;1954年开始使用以环氧树脂为胶黏剂的多胶云母带.我国于1966年第一台采用环氧粉云母绝缘的发电机是盐锅峡1号机(当时仅采用了1/4瓣定子线棒),直到80年代才开发和应用了电气强度和机械强度都较高的高云母含量的F级环氧粉云母带.虫胶云母箔卷烘绝缘采用天然虫胶作云母的黏接剂,热压成型,未经真空处理,虫胶溶剂挥发后,则绝缘内会残留空隙.沥青浸渍云母绝缘以剥片云母为基,以沥青作云母的黏接剂.沥青胶密实性较好,但使用年限长后易干枯龟裂,内部游离腐蚀严重.从过去解剖退下来的旧线棒可见,绝缘层脱壳且间隙较大,有的大的间隙甚至可以塞进钢板尺.这两种绝缘基本上已不再用于发电机绝缘.在高压电机绝缘的发展过程中,曾采用过其他的材料来代替云母材料,但未能取得成功.目前大型发电机主绝缘材料普遍使用环氧玻璃粉云母带,以粉云母为基料,补强材料为玻璃布或涤纶纤维毡,黏合剂为环氧树脂黏接剂体系,耐热等级多为B,F级.现在主绝缘的特点是以热固性黏合剂取代以往使用的沥青漆和虫胶,以玻璃布代替以往的云母带纸或电话纸作衬垫补强材料,以粉云母代替片云母.与以往的纸带作衬垫补强材料相比,玻璃纤维的耐热性更好,以玻璃纤维织物作补强材料,使绝缘的耐热性和机械性能都得到了改善.用于云母制品的胶黏剂的发展主要经历了有虫胶漆,沥青漆,醇酸漆,环氧桐油酸酐胶,环氧聚酯漆及有机硅漆等.绝缘结构上的改进,使新型绝缘比以往的绝缘具有更优异的性能.虽然云母绝缘制品中的主要成分是云母,但在整个绝缘构成中,胶黏剂是影响绝缘带电气,机械性能和质量的主要因素,还决定云母绝缘的耐热等级,此外,还取决于主绝缘的固化成型工艺.定子绕组主绝缘的固化成型是一种高分子物质在高温高压状态下聚合反应的复杂过程,其加工质量与温度,时间,压力的准确控制及其有机结合密切相关,固化工艺也是各厂家的质量保证所在.目前主绝缘所采用的少胶和多胶绝缘带仍是两条平行的绝缘工艺路线.34.什么是线棒绝缘的少胶VPI工艺 其应用情况如何 答:VPI即"真空压力浸渍(vacuum—pressure impregnation)"之意,是针对少胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘固化成型的工艺,这种绝缘固化工艺从上世纪40年代起即开始使用.少胶VPI工艺线棒绝缘成型是在线棒上连续包绕少胶云母带完成后,在专用容器内通过抽真空将线棒绝缘层间的空气排除,用高压将无溶剂浸渍树脂注入绝缘层中,再置于模具中经过高温固化使绝缘成为一个整体.少胶VPI绝缘成型工艺的特点是生产效率高,绝缘的整体性能好,绝缘层问可以基本做到无气隙,因而绝缘内部的气体游离放电,电晕和发热较小,绝缘寿命好;但其生产设备价格昂贵,工艺复杂.国外采用该绝缘工艺的厂家较多,到目前为止,已应用在额定电压为27kV的汽轮发电机组和额定电压为20kV的水轮发电机组上.国内有的厂家也开始使用VPI工艺.35.线棒主绝缘的多胶固化工艺有哪些 其应用情况如何 答:多胶固化工艺是针对采用多胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘成型的固化工艺.多胶连续绝缘的固化又分为多胶真空模压和多胶液压工艺,这种工艺对生产工艺和设备要求较低,在上世纪50年代已开始应用.线棒多胶带真空模压成型工艺,是在线棒上连续包绕多胶云母带完成后,采用真空干燥除去绝缘层和云母带中的空气,挥发成分,再置于模具中加热,加压,使云母带中多余的树脂流动,填充绝缘层中的空隙,树脂固化后,绝缘层中基本无空隙.这种方法可将半导体防晕层一次模压完成,即将防晕层与主绝缘同时包扎后一起固化,使得防晕层与主绝缘黏接为无气隙的整体,有效提高防晕效果.多胶模压方法虽然应用压模较多,生产效率较低,但线棒形状是最好的.更低一些电压等级的电机线圈,直接加热模压,不用抽真空处理.线棒多胶液压成型工艺,是在线棒上连续包绕多胶云母带后,将线棒送人专用液压罐,经过真空干燥处理后,以沥青为介质加温加压使绝缘固化成为一个整体.但这种工艺的线棒几何尺寸不如模压线棒精确.国外使用多胶液压成型工艺的厂家也有不少,目前已应用于额定电压为24kV的发电机上.国内生产厂家目前在大型发电机组上基本采用多胶连续绝缘和多胶热模压绝缘成型工艺.采用多胶绝缘热模压工艺生产并已投运的汽轮发电机最高额定电压达到22kV,水轮发电机最高额定电压达到20kV.36.什么皂黑绝缘 什么是黄绝缘 答:黑绝缘是以前发电机定子绕组主绝缘采用沥青云母绝缘的俗称,而黄绝缘是主绝缘采用环氧玻璃粉云母绝缘的俗称.目前,黑绝缘已经淘汰,黄绝缘广泛用于B级和F级发电机绝缘.37.条形定子线棒由哪些部分组成 答:定子波绕组条形线棒由多股铜导线和主绝缘构成,线棒的两端设有连接接头.水内冷机组的线棒内部还有空心导线或空心不锈钢冷却水管.其中,编织导线本身也是自带绝缘的导线,导线绝缘材料包括股间绝缘材料,排间绝缘材料,换位绝缘材料,换位填充材料等,此外在主绝缘包绕前,还有导线外表均匀电场分布的内均压层材料等.定子线棒局部剖析图见图2-4.38.什么是线棒的内均压层 其作用是什么 答:线棒的内均压层是在线棒各股线编制组合并胶合成为一体后,在主绝缘包绕前,进行的半导体均压处理层.线棒内均压层的作用与高压电力电缆的内屏蔽层的作用类似.电缆内屏蔽的作用是使导体与绝缘层良好接触,消除导体表面因不光滑引起的局部电场畸变.内均压层的作用主要有两个:一是均匀导体外部电场,并消除主绝缘与导体间的气隙;二是相当于加大了导线的圆角半径,可以改善角部电场分布,起到降低最大电场强度的目的.内均压层结构上有涂刷半导体漆(胶)或包绕半导体带的方式.因此,这种线棒如果在现场作局部修理时,应注意保持其结构上的完整性.39.什么是涡流 什么是集肤效应 发电机线棒如何克服涡流和集肤效应 答:当交流电流通过导线时,在导线周围产生交变的磁场.处在交变磁场中的整块导体的内部会产生感应电流,由于这种感应电流在整块导体内部自成闭合回路,形似水的旋涡,所以称做涡流.因为金属导体电阻很小,因此这种感生电流很大,造成发热损耗.在直流电路内,均匀导线的横截面上的电流密度是均匀的,而当交流电通过导线时,由于交变磁场的作用,在导线截面上各处电流分布不均匀,中心处电流密度小,而越靠近表面电流密度越大,这种电流分布不均匀的现象称为集肤效应(也称趋肤效应).集肤效应的原因也是因为涡流的存在.交流电的频率越高,则集肤效应越严重.此外集肤效应也使得线棒内部的导线载流能力下降.发电机的线棒截面都比较大,涡流和集肤效应都会使线棒造成严重的发热,所以克服发电机线棒发热的办法是将线棒内的导体设计成由若干股相互绝缘的细小导线并联组成.如某发电机其设计的支路电流为2000A,其每根线棒由44股2.5×8mm规格的双玻璃丝包线并联并经换位编织而成.40.什么是循环电流 发电机线棒如何克服循环电流引起的损耗 答:定子绕组的线棒是由多股相互绝缘的导线组成的,线棒放置在线槽中,由于每根导线所处的位置不一样,则其所交链的磁通也不一样,故感应的电势也不一样.由于组成线棒的各根股线在线棒两端是并联在一起的,因而会在单根线棒内产生环流,引起附加的发热和损耗,这个环流称为循环电流.由循环电流引起的附加损耗比集肤效应产生的附加损耗大得多.因此,发电机线棒通过内部导线换位来减少这种由循环电流引起的损耗.41.什么是换位 什么是"罗贝尔线棒" 答:所谓"换位",即线棒内部的多根股导线在线棒直线段进行交叉换位,通过导线空间位置的改变,使各股线交链的磁通尽可能均衡,产生基本相等的感应电势,以消除线棒内的内部环流,降低线棒损耗.可见,组成线棒的每根股导线并不是与线棒长度等长的直线,而是略长,因要在线棒直线段进行编织换位.这种进行了编织换位的线棒称为罗贝尔线棒,也即编织线棒(典型的罗贝尔线棒编织接线见图2-5).目前,大容量的发电机均采用这种线棒.罗贝尔换位的标准定义是:组成线棒的股线排成两列,各股线在铁芯全长范围内依次以相同的间隔两次由一列跨越到另一列,并按一定的规律加以编织使每一线股占据两列中的所有垂直位置.图2.5典型的罗贝尔线棒编织援线在水内冷的发电机线棒中,线棒内带有冷却水管,基于同样的道理,无论这些水管是否参与导电,也需要与实心导线一样进行编织换位.42.线棒有哪些换位方式 各有什么特点 答:一般比较传统而常用的是360°换位,即线棒内的每根导线通过槽部直线段进行编织旋绕换位后,在线棒直线段的另一端回到换位前相同的位置.360°换位方式在线棒端部没有换位.由于定子绕组端部漏磁通的关系,端部各股线处于电机端部磁场的不同空问位置,也将感应不同的电势,造成各股线感应电势不平衡.各股线内仍有环流流过,引起端部附加损耗增加.因此,为解决这个问题,又有了其他的不同角度的换位,根据导线编织换位后的空间角度,还有540°,312°,360°加直线段空换位等换位方式.如根据一些电厂的试验表明,312°,329°等不完全换位就优于360~换位.这种不完全换位利用各股线在槽部感应电势的差异来抵消端部漏磁场在线棒端部所感应的不同电势,从而使线棒各股线问的环流降低,以减小线棒端部损耗;但线棒的绕制工艺相对比较复杂.540°换位就是在线棒除在直线段360°换位后还在线棒端部继续换位或槽部540°换位而两端部不换位.线棒内股导线各种换位方式示意图见图2-6.图2—6线棒内股导线各种换位方式,下意图水轮发电机一般多采用360°(或小于360°)的换位,汽轮发电机多采用540°换位.43.绝缘材料的耐热等级如何分类 发电机使用什么等级的绝缘 答:影响绝缘材料使用寿命的因素有很多,其中使用温度的影响最大.因此,各种绝缘材料都有一定的极限使用温度,即在此温度下长期使用时,绝缘材料的物理,机械,化学和电气性能不发生显著恶性变化,如超过此温度,则绝缘材料的性能发生质变,或引起快速老化.因此,绝缘材料最高允许工作温度是根据它的经济使用寿命确定的.目前绝缘材料的使用温度共分9级(以前分为7级),我国和国外的绝缘材料耐热等级分类都是一致的.表2-1 绝缘材料的使用温度分级现发电机绝缘多使用B级,F级绝缘,电动机多使用E级,B级绝缘.44.什么是发电机的温升和温升限度 实际运行中如何确定温升 答:电气设备的标准中,对绝缘材料的耐热通常规定的是温升而不是温度.温升是指某一点的温度与参考(或基准)温度之差,显然,温升反应了设备自身的发热特点.在电机中一般都采用温升作为衡量电机发热的标志,因为电机的功率是与一定温升相对应的.因此,只有确定了温升限度才能使电机的额定功率获得确切的意义.发电机的温升即是指发电机某部件与周围冷却介质温度之差,称该部件的温升.发电机的温升限度是指发电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时,发电机各部件温升的允许极限.电机温升限度,在国家标准《旋转电机定额和性能》(GB755—2000)中有明确的规定.如B级绝缘空气冷却的发电机绕组,其极限温度为130℃,考虑其风冷器的出口风温为40℃,则发电机绕组的最大允许温升是为85K.但在实际运行中,检温计所测出的最高温却并不一定就是整个发电机绕组绝缘的最高温度,一方面检温计可能存在误差,另一方面考虑到发电机各部位的发热不均匀和一定的可靠性,电厂实际运行中所控制的温升还要低一些,如70K.45.发电机有哪些防晕材料 答:(1)防电晕漆.防电晕漆是防电晕的主要材料,按其电阻值高低可分为低阻,中阻,高阻漆.按漆基不同可分为醇酸防晕漆,环氧防晕漆,前者目前已淘汰.防晕漆由漆基,导电材料,填料,溶剂混合经球磨后过滤而成.在使用前加入干燥剂,以适量溶剂调整黏度,再搅拌均匀.一般要求防晕漆的黏结性好,漆的固体含量不于50%,表面电阻率符合要求,低阻漆表面电阻率应为1×103～l×105Q;高阻漆表面电阻率应为1×109～1×1012Q,非线性高阻漆还要要求阻值能随场强变化.(2)防晕带.分为低阻带和高阻带,低叭带主要有含铁石棉带和浸半导体低阻漆的无碱璃纤维带.铁质石棉带由石棉纤维纱编织而成;低阻带用于线棒线槽部分.高阻带采用浸半导体高阻漆的无碱玻璃纤维带制成,用于线棒端部部分.(3)低阻材料.主要有乙炔黑,它是气态,液态或固态有机物不完全燃烧时析出的碳,用作防电晕漆的导电基.此外还有石墨,它是碳的一种结晶体.(4)高阻材料.主要是碳化硅,用于配制高阻非线性漆.碳化硅具有非线形电阻特性,其电阻率随外施场强下降,也即具有调节场强的能力,使槽口外端部线棒表面电位均匀分布.对于端部采用的碳化硅涂层,中电阻采用320～400目碳化硅配制,高电阻采用目碳化硅配制.(5)半导体槽衬材料.半导体布,纸如半导体聚脂无纺布等;半导体硅橡胶,橡皮;半导体玻璃布板;现场配制的半导体适形毡,半导体胶等.各厂家的材料区别较大.46.定子线棒的防晕结构是怎样的 答:根据发电机绕组电晕的特点,发电机线棒的防晕结构采用的都是直线段防晕和端部防晕相结合的方式,具体的结构和尺寸因厂家而异,各厂家都采用了不同的材料和防晕方式.还有重要的一点是,线棒的防晕结构是和线棒在槽内的固定方式密切相关的.线棒防晕结构示意图见图2-7(图中高阻防晕保护区的厚度为夸大画出);线棒外表防晕层见图2-8.(1)线棒直线段部分(即线棒与铁芯线槽相接触的部分)防晕晕.这个直线段的长度比铁2—7线棒防晕结构示意图图2—8线棒外表防晕层芯线槽长度略长,需进行低阻防晕处理,主要是采用低阻防晕带和低阻防晕漆(半导体槽衬结构是配合线棒进行处理的)进行防护.(2)线棒端部防晕.线棒上下端部防晕是指线棒出线槽后(低阻区结束)的一段经R弯部到线棒端部斜边这一部分进行防晕处理,端部为高阻防晕段,高阻区与低阻区还有一小段高低搭接区.端部防晕也是采用防晕带和防晕漆.不同的厂家其线棒防晕结构在直线低阻区差别不大,但在端部材料的使用上有较大的区别.有的利用碳化硅的非线形特点采用单级防晕或多级防晕结构,也有的使用多种端部防晕漆多级结构.目前也有厂家对自高低阻搭接区直至线棒电接头部分的全部端部进行高阻防晕处理.47.定子线棒的防晕处理有哪些方式 答:常用的方式有刷包型,涂敷型和随线棒主绝缘一次成型等.(1)刷包型防电晕处理.线棒主绝缘压型固化完成后,线棒经修饰尺寸,线棒表面刷防晕漆,干后平包低阻石棉带或半迭包低阻无碱玻璃纤维带,再刷防晕漆.(2)一次成型防电晕处理.在包完主绝缘后,在槽部和端部主绝缘外面分别包低电阻防晕带和高电阻防晕带,同时在高电阻防晕带外面加包一定层数的附加绝缘(附加绝缘材料与主绝缘材料相同,层数与定子电压等级有关,但也有的厂家工艺不采用附加绝缘).然后防晕层,主绝缘一起放人模具中一次热压成型.(3)涂敷型防电晕处理.线棒在主绝缘固化成型后,在线棒表面涂敷高低电阻防晕漆.国外一些厂家采用涂敷型防电晕处理,结合半导体槽衬结构使用.48.什么是定子端部整体防晕 答:定子端部线棒的防晕为高阻区域,但是,一般高阻防晕层只从线棒直线段低阻防晕层搭接开始到线棒端部斜边的某一尺寸止,即属于区域防晕.所谓定子端部整体防晕结构,是将高阻防晕区域扩大到定子整个端部,即端部的线棒部分,口部垫块,斜边垫块(及其适形毡),端箍等均喷涂高阻半导体漆(或其浸渍带,毡),有的连定子汇流环也采用了同样的工艺.这种结构能更有效地防止端部电晕和端部异相间的电晕,是目前为止对端部防晕考虑得比较周详的一种方式.49.水内冷定子线棒内的导线有哪些构成方式 各有什么特点 答:(1)全部由空心导线组成.冷却效果很好,但定子槽的利用率低,铜损较大,造价也高,目前已很少有厂家采用这种方式.(2)实心铜导线和空心铜导线的组合.空心铜导线也参与导电.铜损较低,冷却效果较好.但是冷却水会对铜产生腐蚀,这与铜线材质,水温,水的导电率,水速,水的含氧浓度等因素有关.这是目前水内冷应用比较多的方式.(3)实心铜导线和空心不锈钢冷却管的组合.空心不锈钢不参与导电,只提供冷却,优点是线棒的附加损耗低,不锈钢导热性能优异,长期运行中,基本无导电离子在水中溶解.相应地定子槽利用率降低,但线棒本身的刚度得以提高.这也是目前应用较多的一种方式.总之,导水的空心导线和实心导线的数量应选择一个最优搭配,空心导线过多,则损耗大,实心导线过多则各股线间的温差大.水内冷线棒的结构与水接头见图2—9.图2—9水内冷线棒的结构与水接头50.定子绕组水内冷如何组成水冷却回路 答:定子绕组一般采用同支路的4～8根线棒串联成一条水路.串联线棒太多,则冷却水的温升和水压降都会增大;太少则汇水母管和线棒间进出水接头太多.对于冷却水的流速也有要求,流速太慢,则影响散热,流速太快,则容易引起空心线的磨损,特别是铜线.以冷却水的流速一般取100～200eITl/s.定子线棒进水压力和流量以及并联水路数的设计和选择,主要是使各并联水路流量均等,各线棒的温度基本相等.在运行中,定子内的汇水总管位于地电位,而各定子线棒处于其运行电位.由线棒水接头(也是运行电位)接至汇流管(地电位)的引水管为绝缘水管,多采用耐热和耐电性能都很好的聚四氟乙烯塑料.绝缘引线的长度一般都大于500ram.水内冷机组端部见图2.10.端部见图2.10.图2-10水内冷机组端部51.水内冷定子线棒有哪些检漏环节 答:水内冷线棒制造工艺复杂,制造厂在线棒成形前,要对空心股线逐根进行水压,渗漏和流量测量,还要进行超声波和高频涡流探伤检查,保证导线表面和内部无缺陷和微小裂纹.线棒经过编织,压型,绝缘包绕,固化成型,水接头焊接等工序,每一个环节都有可能对线棒内的空心导线造成损伤,且水接头的连接工艺复杂,水接头部分的焊接制造和检漏都是在制造厂内完成.因此单根线棒制造完成后,还要对单根线棒进行水力试验,主要项目有:通流试验,流量和压差试验,冷热循环冲击试验,
水压试验及针对水接头焊接的气体检漏试验等.气体检漏试验以往采用氟利昂为介质,基于环保的原因,现已不用.现厂家采用氦气检漏,主要是利用氦气分子小,穿透力强的特点来检验线棒的密封性能.气体检漏是在经过冷热循环冲击试验及水压试验的考验之后进行,故便于发现线棒水接头的焊接质量方面的缺陷.一般定子线棒在现场完成下线和管路连接后,对线棒要进行气密试验(现场可采用干燥氮气或干燥压缩空气),合格后再进行约30min,1.5MPa左右的水压力的渗漏试验,并且在0.1MPa的压力下测得的各支路上的流量值的偏差值不大于±10%.在发电机运行维护的过程中,也要定期进行检漏试验.52.线棒接头有哪些连接方式 答:条式线棒是以单根形式下人定子铁芯线槽的,因此,线棒问必须有很好的电气连接才能连接成电气回路.目前大型水轮发电机组线棒接头根据接头采用钎焊焊料的不同,主要有两种连接方式:锡焊和银铜焊.锡焊的方式是首先在两根线棒的接头上套上铜质并头套,然后楔紧.整形完成后整体加热灌满焊锡,形成较好的电气连接.由于焊锡的液相线较低,一般在183～264%左右,故使用温升有一定的限制,接头通过的电流不能太大.银铜焊目前主要有对接和搭接两种方式,首先在每根线棒上焊有铜质连接接头,上下层需连接的线棒接头在下线完成后就已靠拢在一起(以往线棒没有设计连接接头,而是采用连接板的方式;更早的还有线棒的股线与股线直接对接的方式,均已淘汰).在这两个接触面上夹上银焊片,然后加热使银焊片熔化,达到使两接头良好接触的目的.由于银基钎焊焊料的熔点温度一般高于600%,故接头允许温升较高,通流能力很强,广泛用于大容量机组的定子接头连接中.图2.11为线棒铜焊接头示意图.铜焊电接头2-11线棒铜焊接头示意图水内冷发电机线棒由于有水路和电路,因此线棒的水接头和电接头需要分开连接,电接头的连接方式与一般线棒铜接头类似.水接头是将线棒内的导水管抽出,在制造工厂内已制成单独的水接头,现场只需引出即可,因此在发电机安装和检修维护中,其连接都比电接头要简单,但它的技术难度和工艺要求都远在电接头之上,见图2.9.53.什么是钎焊 什么是硬钎焊 什么是软钎焊 答:连接接头与熔点比它低的焊料共同加热至某一温度,在连接接头材料本身没有熔化的条件下,焊料熔化并润湿连接面,通过二者的扩散形成良好的接触,冷却后即成为牢固的整体.这种借助熔化的填充金属(焊料)来连接金属零件的焊接方式称为"钎焊".焊料熔点温度高于450℃的钎焊称为硬钎焊,发电机常用的焊料有银基钎焊料和铜基钎焊料;低于450℃则称为软钎焊,发电机常用的有锡基焊料和铅基焊料.54.什么是大过桥 什么是小过桥 答:定子绕组要将同相带的线棒连接成完整的一相绕组,需要将对应于不同磁极(N极和S极)下的线棒连接起来,这个连接线就称为极间连接线,俗称"大过桥".从定子绕组方块图中可以很清楚地看到这个大过桥,如对A相某支路,就是连接A相带区域和x相带区域的连接线.定子绕组采用波绕组的连接方式,如果其合成节矩大小采用的正好是一对极距的距离,则绕组绕行一周后将回到出发的那个槽而形成闭合.为了将本相本支路的所有的线棒全部连接成绕组,需要人为地将连接线前进或后退一个槽才能使绕组继续绕行下去.对双层绕组来说表现为两个相邻的上下层线棒之间的连接,这个连接线俗称"小过桥".小过桥的外形仅比普通绝缘盒大一些且为斜式,故现场又称为斜并头套,外部绝缘盒称为斜绝缘盒.55.定子绕组接头的绝缘处理有哪些方式 答:定子绕组接头的绝缘主要考虑相邻接头的绝缘距离和接头对地的绝缘距离.定子线棒接头绝缘以往曾采用手工包扎的工艺方式,现已淘汰,目前均采用接头绝缘盒的方式.绝缘盒有盒内注胶和不注胶两种方式.对风冷发电机的定子接头,一般采用接头绝缘盒注胶工艺.这种结构绝缘方面的性能很好,但不利于接头散热.绝缘盒采用酚醛玻璃纤维或聚酯玻璃纤维绝缘盒,按不同的接头外型压制而成.根据不同的电压等级和电流大小,绝缘盒要考虑与线棒接头绝缘部分的搭接长度和距离接头并头套的距离,这在检修和安装中都是要严格掌握的.上下接头绝缘盒的结构基本一样,只是从现场的角度看,上部的绝缘盒为无底,也称通底绝缘盒.对于有引线的线棒接头,大过桥等还是采用手工包绕的方式.水内冷的线棒接头由于有水接头,因此没有采用注胶成为实体的方式(以往也采用过注胶式的方式),而是将绝缘盒加长,然后固定在接头上以满足相邻接头的绝缘要求,对地的绝缘主要靠线棒端部本身的绝缘距离.因此这种结构的发电机定子,其端部的洁净度要比接头注胶式的结构要求高,当然,它的散热能力及运行维护中的可检查性都比注胶结构要好.所以,水内冷发电机在转子下部都设置有一个粉尘收集系统,以便收集和除去在制动时制动瓦上产生制动粉尘,以消除粉尘对定子和转子的污染.56.定子线棒和铁芯线槽间允许有多大的间隙 应采用哪些措施消除间隙 答:根据电机槽部防电晕的要求,理论上,发电机定子线棒与铁芯线槽壁间的间隙越小越好.以往老式的黑绝缘由于有受热膨胀的热塑性特点,因而在运行中,微小的间隙可以得到自动的补偿;但黄绝缘属热固性材料,热膨胀性很小,因此,间隙在运行中依然存在.环氧粉云母绝缘的介电常数比沥青云母绝缘的介电常数要大,因此在线棒与铁芯线槽壁同样的间隙情况下,环氧粉云母绝缘比沥青云母更容易放电.据研究,线棒与铁芯线槽壁间的间隙在0.2～0.3mm时,是环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙,因此,二者的间隙必须小于此值才好.但线棒的制造工艺和定子铁芯片的加工和安装很难满足防电晕的无间隙要求.为解决这个问题,从制造方面采取的措施有:①提高硅钢片叠片质量;②缩小线棒公差;③加强槽内固定,使防晕层与铁芯间有良好的稳定接触点.在安装方面,传统的防电晕方法是在嵌入线棒后,在线棒与槽壁之间加插半导体垫片,使其间隙小于0.3nun.近年来,制造厂从结构和工艺方面进行了改进,以保证线棒与槽壁间隙最小.而国外的发电机则采用了很多补偿的办法以消除间隙,如半导体槽衬等.57.发电机定子线棒在定子线槽中的固定有哪些要求 有哪些固定方式 答:在发电机运行及起,停过程中,线棒因承受电磁力,热效应和机械应力的综合作用,还有在严重的短路情况下发生的振动和冲击,可能出现变形和位移.因此要求绕组固定可靠和长期运行中不产生线棒下沉,磨损及电晕,电腐蚀等问题.线棒直线段嵌入铁芯槽中,必须使线棒表面与铁芯槽壁之间有良好的机械接触,同时为了防止电晕,又必须使线棒外表面和铁芯槽壁之间有良好的电气接触.线棒在槽内的固定方式有:(1)传统工艺方式.传统的方法是在线棒的外表面缠绕低阻铁质石棉带或低阻带直接与线棒主绝缘一起成型,而线棒与槽壁之间的空隙,在安装线棒时,用半导体板将其塞满,总体而言,是属于刚体间的连接;但如果塞之不紧,就有可能使线棒与铁芯槽壁的两个侧面接触不良,从而可能导致不良后果.(2)半导体适形毡工艺.是在线槽的槽底,上下层线棒间和楔下采用半导体适形毡材料,也可有效地解决大型立式机组发电机线棒的机械固定和防电晕问题,但其安装工艺比较复杂,半导体浸胶毡固化前的压缩量较大,其"火候"较难掌握,且长期运行后发电机线棒的可修性较低.(3)半导体槽衬固定方式.在线棒下人铁芯线槽前,在线棒的外面,采用半导体材料包缚如半导体纸,半导体胶等,然后将其下人线槽,固定在槽内.线棒本身表面的防晕层并未直接与铁芯壁相接触,而是通过这层半导体槽衬与铁芯壁接触.这些方式下线前按线棒外形尺寸与槽宽的偏差可在下线前进一步确定槽衬的补偿量,将线棒直线段加包的半导体垫层厚度调整到合适的程度.采用半导体槽衬的线棒固定方式都能有效地保证线棒在线槽内的防晕要求,线棒和铁芯槽壁都有很好的电气接触,基本可以消除二者之间的气隙.由于胶固化前本身的可塑性,可以补偿铁芯线槽壁表面存在的微小机械公差;同时也可以有效地抵消由于铁芯槽段不平在线棒外绝缘表面产生的局部机械应力.此外,还有在槽内线棒一侧置放半导体板,在槽部另一侧采用半导体斜楔(或半导体波纹板)来固定线棒的方式,多用于汽轮发电机.58.线棒半导体槽衬固定工艺有哪些方式 各有什么工艺特点和要求 答:(1)半导体硅橡胶的弹性固定工艺.发电机线棒在下线前,首先将一定宽度的半导体纸对折,然后在对折张开成"V"形的半导体纸内,利用专用设备均匀涂上室温固化的具有弹性的胶状硅脂复合胶,以夹胶后的半导体纸作缠绕带,均匀地平缠在线棒直线段上(即所有与铁芯壁接触的部分).在胶未固化的情况下,将线棒快速下人铁芯线槽.该胶的最大特点是具有自行膨胀性能,固化后也有一定弹性,因此线棒与铁芯的尺寸配合可以稍大,包绕后的线棒可以很容易下入铁芯槽,一定时间后,胶膨胀固化,使线棒与铁芯有很好的机械接触,这种弹性材料可以补偿因温度变化引起的热膨胀和运行中可能出现的位移,有利于发电机的安全运行,这种结构工艺可称为线棒弹性固定工艺.胶被半导体纸所覆盖,故线棒屏蔽表面与铁芯槽壁是通过半导体纸连接,较好地保证了电气接触,以有效地防止槽部电晕.采用这种工艺的线棒在安装时可轻易地在铁芯槽中作少许的垂直移动,以定位及对正上,下层线棒的电接头,因此线棒的安装也较为方便.(2)半导体纸与半导体胶配合的槽衬工艺.这种工艺采用的是在定子线棒直线段包敷半导体纸裹半导体胶的方法.即在专用工具上,铺好与线棒直线段长度相当的一定宽度的半导体纸,然后在纸上相对线棒宽面的对应部分均匀涂敷一定厚度的半导体胶,在涂好胶的包敷纸上成"U"形夹好线棒,在胶未固化时下入铁芯线槽.半导体胶在室温固化的过程中,没有自行膨胀的能力.这种工艺的优点是:线棒本身的防晕层与涂裹的半导体胶有很好的接触,可以有效地避免可能发生的槽内电晕.线棒表层通过胶,纸与铁芯壁接触,待胶固化后,使线棒表面与铁芯壁有很好的机械和电气接触.这种工艺操作上相对比较复杂,在下入线槽后线棒不能上下移动,
否则会拉坏半导体包敷纸,造成返工.因此,在下入线棒前需要仔细确定线棒垂直高度,尤其是下入上层线棒时更应仔细对正电接头,否则就需要返工,造成材料和工时的浪费.由于裹胶后线棒厚度增加,线棒下入线槽时也极易刮坏半导体纸而造成返工.(3)多层半导体毡固定工艺.这种工艺方式是将线棒铁芯段绝缘表面清理光滑,然后分别测量线棒和线槽尺寸,计算槽壁间隙大小,在线棒铁芯段绝缘表面涂刷低阻半导体漆,将厚度合适的一层或多层低阻半导体毡包贴,粘牢在线棒的槽内底面和两侧面,呈"u"形状.若粘贴多层半导体毡时,层问需涂刷低阻半导体漆,在漆未干时,用下线机平整地把线棒嵌入槽内,要求其两侧面和底部间隙不超过0.05mm,槽部防晕层与铁芯之间的电阻值低于10kQ,如不满足紧度和槽电阻要求,则线棒必须拔出重装,直至合格.(4)线棒外涂半导体胶的工艺.与上述必须在下线前配合制作半导体槽衬的工艺不一样,这种工艺的槽衬是事先就在制造厂完成了.这种结构通常使带半导体槽衬的线棒与铁芯线槽形成过盈配合.如以导电性室温固化(CRTV)硅橡胶,做成半导体防护层,在工厂内模压到线棒外侧,以过盈配合的方式嵌入槽内.这种可压缩的材料既可补偿线棒热膨胀和运行位移,又可使线棒防晕层和铁芯线槽壁之间保持良好地接触,以防电晕产生.但这种线棒在安装时压人铁芯线槽,或需更换时从线槽中拔出线棒,需使用专用的液压操作工具.半导体槽衬固定工艺见图2-12.图2-12半导体槽衬结构的线棒在铁芯线槽内的固定59.定子槽楔有哪些结构型式 答:发电机线棒在运行中承受电磁力和机械振动,槽楔的松紧程度直接关系到线棒的紧固,因此有效的线棒紧固系统是十分必要的.(1)传统中较为常用的方法是由槽楔(一定斜度)和其下面的斜楔组成楔对,相互楔紧,槽楔与线棒均是硬连接(刚性),由于热胀冷缩现象和长期运行后绝缘材料一定的收缩,槽楔就会出现松动现象,这就需要在检修中重新楔紧槽楔.槽楔有平式和斜式两种,平式槽楔不易打紧,现已淘汰.目前主要使用斜楔对,即上层的槽楔与其下层的斜楔形成斜楔对,上,下楔的表面倾斜率一般为1:120左右.(2)波纹弹簧垫条的槽楔紧固系统.这种方式我国多用于大型汽轮发电机.国外的大型水轮发电机定子多采用这种紧固方式.弹性槽楔在国外应用的时间较长,技术相对比较可靠.在长期运行中,由于槽楔可能出现的松动,由波纹弹簧垫条的伸缩(厚度方向)自动补偿,来保持线棒处在紧固状态.显然,这种方式对波纹弹簧垫条的材质要求是很高的,它在长期受压和热胀冷缩的作用下要保持恒久的弹性.这种方式对加强定子线棒槽内固定,提高电机安全运行具有十分重要的意义.(3)硅橡胶楔下垫条.利用硅橡胶的弹性,将硅橡胶材料制成楔下垫条,在打槽楔时放置在斜楔下层垫条的里面,因此也可以采用半导体的硅橡胶垫条(贴近线棒表面布置).既可以配合普通斜楔对,也可以配合波纹垫条,但其补偿量有限.(4)辅助固定方式.为了加强槽楔的固定,防止槽楔的串动,还有的厂家设计了发电机安装时在槽楔和下面的斜楔接触面之间涂抹一层室温固化胶,同时在铁芯线槽固定槽楔的两侧鸽尾也涂抹室温固化胶.60.定子绕组端部为何需要绑扎 其结构是怎样的 答:发电机定子绕组在运行时,绕组的端部将受到电磁力的作用.非正常运行特别是在外部短路或开关非全相等故障情况下,绕组端部要承受很大的径向交变电磁力,其频率是两倍电流的频率.电动力引起绕组线棒间的机械力作用,若端部固定不良,可能使线棒发生位移或变形,造成绝缘损伤.因此,端部也必须良好固定以防止绕组端部损坏.端部固定用无纬玻璃丝带将口部垫块,斜边垫块,端箍(也称支持环)牢牢地与线棒绑扎在一起,然后浸胶处理,绑扎,固化后成为一个整体.同时端箍通过支架与定子机座固定在一起,见图2一13.线棒出槽口部位也是受电磁振动较大的部位,固定不当容易因绝缘磨损而损坏线棒.槽口垫块也是采用双斜块结构,一般多固定采用适形毡工艺将其固定在两线棒之间.斜边垫块 图2一13端部金属端箍的绑扎固定主要加强绕组端部斜边的机械强度.口部垫块和斜边垫块均采用绝缘垫块如环氧酚醛层压玻璃布板等.61.金属端箍和非金属性材料端箍各有什么特点 答:在传统的发电机端部绑扎固定中,一般采用非磁性金属材料作端箍.大型发电机的端箍多采用非磁性钢如40MnCr72等,端箍的截面有圆形和方型两种.由于是与线棒绑扎在一起,因此端箍本身也需采用与线棒主绝缘相同的绝缘材料和厚度进行包扎热压成型.此工序在工厂分段处理,然后在现场组装成圆形.端箍处在强磁场中,因而运行中也产生损耗发热.随着技术的发展,国外大型机组已广泛采用非磁性非金属材料作端箍,见图2—14.在强度满足要求的情况下,采用非金属性材料如绝缘材料作端箍,就彻底地消除了因端箍绝缘的损坏可能导致发电机定子绝缘事故的可能性,改善了端部电场的不均匀性,降低了端部漏磁损耗.国外的制造厂家较多的采用了非金属端箍.如某厂家采用的端箍是一条较粗的玻璃纤维绳,开始安装时易于布施和与定子绕组端部无间隙绑扎,待全部安装绑扎完成后,在这条端图2-14端部非金属端箍的绑扎崮定箍内注入室温固化的绝缘胶,使之充满玻璃纤维绳,胶固化后,玻璃纤维绳即成为刚体.同样对汇流环也采用类似的绑扎工艺,不再采用螺杆的连接方式.还有的厂家的端箍采用的是刚性绝缘材料,在安装现场拼为整圆.在端箍和线棒间垫适形毡,待胶固化后成为整体,也能做到使线棒和端箍材料间无间隙.对于上,下层线棒之间的加固,有的厂家用含胶的绝缘材料卷成实心圆柱体绑扎在端部上,下层线棒之间,待胶固化后即成为刚体.62.发电机埋入式温度检测计选用的是什么型式 它在线槽内是如何放置的 答:为了在发电机运行中检测定子铁芯和定子绕组的运行温度,在定子铁芯和线槽内埋置了检温计.发电机大都使用电阻式检温计(此外还有利用双金属丝的热偶式检温计),所以也称RTD.这是一种以无感绕法绕制的电阻线圈,利用金属在不同温度下有不同阻值的特点来间接反映温度的变化,温度越高则所测的电阻值也越高.采用铜元件绕制的检温计,在0℃时,电阻为(53±0.2)Q,温度检测范围为0～130%,可用于B级绝缘的发电机;采用铂金属元件绕制的检温计,在0℃时,电阻为(100±O.1)Q,温度检测范围为0～150~C,可用于B级,F级绝缘的发电机.检温计按一定的位置和数量安放在定子铁芯背部,线槽底部,上下层线棒之间等.一般将测温电阻埋置在专用的垫条内,外形与普通垫条相当,通过屏蔽线引出.近来随着工艺的改进,上下层线棒间的垫条采用的是一根整体垫条,所以,将RTD直接埋置在垫条内(埋置部位也分上中下三部分),安装和拆卸与普通垫条一样,大大地简化了操作工艺.63.发电机对定子铁芯有什么要求 答:发电机在运行时,定子铁芯是处在交变磁场的作用之下,因此,会在铁芯材料内产生磁滞损耗和涡流损耗,其结果是使铁芯发热,能量以热的形式消耗掉.发电机为了减少磁滞损耗,就要求定子铁芯采用导磁性能良好的硅钢片;为了减少涡流损耗,需要使硅钢片片问相互绝缘,且硅钢片越薄越好.铁芯损耗中的涡流损耗与电源频率f2,硅钢片厚度d2,最大磁感应强度B成正比;与硅钢片电阻率ρ成反比.所以硅钢片厚度每增加一倍,损耗增加4倍.理论上电机采用的硅钢片越薄越好,但太薄将增加生产成本,且机械强度减弱,变薄后硅钢片的绝缘层所占比例增大,导致叠装系数降低,减少了磁路的有效面积.所以发电机所采用的硅钢片厚度多为0.35～O.5mm,两面漆膜总厚度约为0.02～0.025ram.64.什么是磁滞损耗 答:磁滞损耗是铁芯在交变磁场中反复磁化时由于铁芯材料的磁分子取向不断发生变化所引起的能量消耗.它与材料的成分和晶粒大小有关.65.硅钢片是什么性质的材料 硅钢片有哪些型式 什么是硅钢片轧制的"取向" 答:硅钢片是加入了硅的合金钢轧制而成的薄钢板,即采用硅作为合金化材料(硅与铁形成固溶体型合金,硅钢片中的含硅量一般不超过4.5%)的电工钢片.它在一定频率和磁感应强度下具有较低的铁损和较高的导磁性能,这种材料属于软磁材料.硅钢片按制造工艺的不同,主要有热轧和冷轧两种型式,冷轧硅钢片的性能要好于热轧硅钢片.根据轧制时硅钢片内部的晶粒方向,冷轧又分为有取向和无取向两种,其中冷轧有取向的性能好于冷轧无取向的硅钢片.硅钢是立方晶系的多晶体,每个晶体有三个相互垂直的易磁化的方向.所谓取向,指晶粒的易磁化轴的方位与钢带的轧制方向一致即沿轧压方向硅钢片的磁化性能最好.比如发电机定子铁芯齿部磁密高,则定子铁芯扇形片齿槽对称轴的方向应与轧制方向一致.66.什么是铁磁材料 什么是软磁材料 什么是硬磁材料 各适合作什么用途 答:铁磁材料就是导磁能力很强的物质,如硅钢,铸钢等.它具有以下的基本特征:磁导率μ随磁感应强度的增大而减小.磁感应强度有一个饱和值.在交变磁场的反复磁化中有磁滞损耗和剩磁.其基本性能可以由磁化曲线和磁滞回线来表征(在特征曲线上可分别确定磁导率μ,磁饱和感应强度Bs,矫顽力Hc,剩磁Br及铁损P等参量).简单地说,磁滞回线较窄的材料就是软磁材料(或导磁材料);磁滞回线较宽的材料就是硬磁材料.图2—15为铁磁材料的磁滞回线).软磁材料的特点是磁导率高,矫顽力低(一般软磁材料磁滞回线 硬磁材料磁滞回线图2-15铁磁材料的磁滞回线肌在1000A/m以下,也即磁化后材料保留的磁性很小),磁滞损耗小,如硅钢片,电工用纯铁等材料,它适合作传递和转换能量的部件,如电机,变压器的铁芯.硬磁材料(也称永磁材料)的特点是矫顽力高,一般Hc在几千安/米以上,也即磁化后可以保留很高的磁性,如硬磁铁氧体等材料.它适合作磁场源提供恒定磁场,如永磁发电机内的永久磁钢.67.为什么发电机转子对铁芯的磁滞性能要求不高 答:发电机正常运行时,由于转子是以同步转速在转动,故发电机定子的旋转磁场对转子铁芯来说是处在相对静止的状态,没有受到交变磁场的作用,所以也没有磁滞损耗,只需导磁性能好就可以了.由于是转动部件,因此要求材料强度要好.68.转子磁极由哪些部分构成 答:转子磁极是构成励磁绕组的基本元件,是发电机建立旋转磁场的磁感应部件.磁极有鸽尾,T尾或双T尾结构,通过磁极键固定在转子磁轭上.结构上磁极主要由磁极铁芯,磁极线圈,极身绝缘,阻尼绕组组成,此外,还有上下托板,钢垫板,匝间绝缘等零部件.磁极铁芯有实心磁极和叠片磁极两种结构,大型水轮发电机多采用叠片磁极铁芯.转子磁极铁芯多采用1.5mm左右厚度的A3,16Mn或45号薄钢板冲成的钢片叠装而成.而转子磁轭扇形片多采用2～4mm左右厚度的A3,16Mn或15MnVN等薄钢板冲成.阻尼绕组由埋设在磁极极靴内的阻尼条和磁极端部的阻尼端环组成.阻尼条一般由软紫铜棒制成;阻尼端环由扁的紫铜板制成.阻尼绕组埋设在磁极内,由磁极问的阻尼连接环将整个阻尼绕组连通.这个阻尼绕组与励磁绕组不一样,平时是看不见的,只能见到端部环和阻尼环.对抽水蓄能的发电机,因阻尼绕组在电动机状态运行时要作起动绕组,因此结构上与一般发电机有很大的差异,阻尼绕组的截面大且使用的材料也不一样.69.磁极线圈部分是如何组成的 答:大型水轮发电机的磁极线圈多采用多边形截面的裸铜排绕制而成,以利于散热.为增大冷却面积,有的线匝还设计为特殊外形,使绕组外表面形成带散热筋的冷却面.为了更好的散热,有的上下相邻匝的导线还采用了不等宽的铜排交错排列,此外还有异型铜排,如带散热翅的铜排以增大散热面积.上下层线匝间的匝间绝缘采用环氧玻璃布(不同的厂家采用的材料不一样,如三聚氰胺玻璃布板,聚脂玻璃布板等,国外发电机磁极线圈匝间绝缘多采用Nomex上胶纸.与铜排导线一起压制成型.为简化工艺,有时磁极线圈的上下托板也与线圈一起压制成型.磁极线圈的引出线有软,硬两种方式,软接头的引出是采用多层软铜片叠装组成的截面大于铜排面积的连接线,与磁极线圈导线铆接后再采用锡焊的连接固定方式.硬连接的引出线是采用硬铜排与导线焊接后引出.上下绝缘托板一般采用环氧玻璃布板加工而成,在运行中,它起到加强绕组对地绝缘的作用.磁极托板大都采用铆接式结构,这种结构可以提高材料利用率.现在也采用玻璃纤维模压的整体式托板和用环氧板加工成的整体式托板等.为防止离心力过大使磁极连接部分损坏,转速高的发电机磁极接头包括阻尼环接头还用了固定在磁轭上的拉杆装置来加强固定.70.什么是极身绝缘 答:极身绝缘是指磁极线圈整体压装成型后与磁极铁芯之间的绝缘,其高度一般略低于铁芯高度.大型发电机的磁极极身绝缘多采用环氧玻璃胚布压制,黏接成型,或用环氧板直接加工而成.71.发电机有哪些冷却方式 答:水轮发电机的冷却方式有很多种,但对大型水轮发电机而言,目前成熟技术仅限于利用空气和洁净的水作为冷却介质来进行冷却,即空冷和水内冷两种主要方式.水轮发电机在300MW及以下,利用空气作冷却介质对定子,转子绕组及定子铁芯表面进行冷却,是目前采用的主要冷却方式.单机容量增长到500MW及以上时,采用水内冷的方式较多.水内冷的方式有:定,转子绕组均直接通水冷却(即"双水内冷")和定子绕组直接通水冷却,转子绕组加强空气冷却.双水内冷的方式因技术,成本、可靠性的原因在水轮发电机组上基本不再采用.本书"水内冷"均指后一种即定子绕组通水冷却.此外,近来还发展了利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量的"蒸发冷却"的方式.72.发电机空冷和水内冷方式各有何特点 答:(1)空冷机组的特点.全空冷的发电机具有运行可靠,操作简单,维修方便的优点.空冷机组从制造上考虑,其参数较好,额定点的效率略高.没有水冷机组的如定子水接头,水处理等附属设备,结构简单,制造上比较容易实现.目前大型发电机不再采用在工厂组装分瓣,然后运到工地合缝安装的方式,而采用在现场叠片组装的安装方式.空冷机组具有安装工艺要求相对比较简单,安装周期短的优势.空冷的主要问题是定子线棒轴向温度分布不均匀,由热引起的机械应力,定子铁芯热膨胀引起定子叠片翘曲等问题较水冷机组严重.对于后一问题,目前技术上也有一些比较好的成功经验.空冷发电机因结构相对简单,发电机定子绕组内部无特殊接头,在运行可靠性方面具有优势.(2)水内冷的特点.定子绕组采用水内冷方式,绕组的热量直接由水带走.水的体积热容量为空气的3500倍,导热系数为空气的23倍,因此水冷却的效果很好.水内冷机组的极限容量可达空冷机组的1.5～2倍.全空冷的发电机尺寸比同容量的水冷发电机要大25%左右.定子绕组水内冷的主要优点是定子线棒的内部温度可控制在65℃左右,降低定子温升,改善热应力;线棒沿定子铁芯轴向的温度分布均匀,可减少因热膨胀不均引起的变形,这样主绝缘的寿命得以增加,理论上其整机寿命应长于空冷机组.水冷机组定子铁芯长度比空冷机组短,能有效节省材料.需要的通风量比空冷机组小,相应风损也减小.虽额定负荷下的效率较空冷机组低,但空载损耗较小,在低于额定容量运行时的效率较高.水冷机组的定子槽宽而浅,增加了定子铁芯刚度,使定子振动得以减轻.由于定子线棒结构复杂,使得某些制造工艺和安装工艺也很复杂.水冷机组的主要问题是定子水接头结构及水处理装置的可靠性.发电机附近发生突然短路或发电机非同步分,合闸时,定子线棒端部要受到很大的电磁力的作用,而此处又是绕组的水路连接处.水接头的焊接质量也是发电机运行可靠性的关键之一,这与厂家的制造水平有很大关系.此外,用于发电机定子绕组的冷却水必须是去除离子的洁净水,冷却水系统的可靠性对发电机运行的可靠性也构成一定的制约关系.由水冷带来的其他优点:(1)因转子重量降低,使厂房桥机的起重量降低.(2)因定子铁芯高度降低,机组整体高度下降,因而厂房高度可以相应降低.(3)转子重量降低,使发电机推力负荷减少,便于推力轴承的运行.73.水内冷定子纯水处理系统应包括哪些部件 答:(1)互为备用的循环水泵.以保持发电机运行中冷却水循环的需要. '(2)互为备用的水一水热交换器.一般一台热交换器退出运行时,发电机能在额定运行工况及最大容量运行工况下安全运行.(3)机械过滤器.其作用是除去冷却水中的金属微粒和水垢.(4)互为备用的离子交换器.通过使用离子交换树脂降低水的导电率.(5)膨胀水箱.补偿因发电机温度变化引起的水的膨,缩.(6)监控回路.水系统控制回路中,应有对温度,流量,压力,导电率等关键参数进行监测的装置和检漏及保护装置.74.什么是蒸发冷却其原理是怎样的 答:目前大型发电机所广泛使用的空冷和水冷的冷却方式从热学原理上来讲都是利用冷却介质的比热吸热,从而带走热量.而蒸发冷却从热学原理上是利用流体介质自身吸热后沸腾时的汽化潜热带走热量.这种利用流体沸腾时的汽化潜热的冷却方式就叫做"蒸发冷却".发电机蒸发冷却系统采用的冷却介质为氟里昂R—113.基于环保的原因,现改用新的氟碳化合物如Fla等介质.发电机蒸发冷却的基本原理是:在发电机绕组线棒内的空心导体内部通以冷却液体,液体进入线棒导体后,吸收损耗所产生的热量.当液体吸热后温度达到压力所对应的饱和温度时,就由液体状态而沸腾汽化,带走热量,达到冷却电机的目的.在结构上它利用立式水轮机本身的结构特点实现无泵自循环.其循环原理是:当空心导体内的冷却介质吸收热量逐渐汽化形成汽液混合物时,其密度低于回液管中的单相液体密度,在重力加速度的作用下产生流动压头,维持定子冷却系统自循环.当发电机负荷变化时,其损耗热量也发生变化,从而因介质吸热产生的流动速度发生相应的变化,流动压头和总阻力损失在一定的条件下达到新的平衡,自动适应发电机冷却的需要.蒸发冷却系统原理见图2.16发电机线棒蒸发冷却示意图.与水内冷发电机结构类似,蒸发冷却的发电机每根线棒都有一条气支路,分为上,下两个接口.下接口为进液口,通过绝缘引管与集液管相连;上接口为出气口,通过绝缘引管与集气管相连.集气管与集液管间通过冷凝器相连接,形成一个闭合的循环管路.目前在大型水轮发电机上,只有李家峡电厂的一台400Mw水轮发电机上使用了蒸发冷却技术.线棒下集液管图2-16发电机线棒蒸发冷却不意图75.转子集电环(滑环)有哪些技术要求 答:集电环固定在转轴上,随机组转动时与电刷滑动接触,将励磁电流传递到转动中的励磁绕组之中.一般集电环(及刷架)的绝缘等级多为B级绝缘.集电环两极之间通过适当厚度的绝缘隔离,以保持所需的电气距离和防污爬电距离.大型水轮发电机的转子滑环一般采用A3钢或35SiMn等制成.滑环与电刷接触表面的粗糙度应达到RaO.8～1.6的要求,相应的对应电刷的电流密度选择以5～8A/cm2为宜.某些通过大电流的集电环外表面还加工有螺旋状沟槽,以适应大电流的散热需要.此外,在环的摩擦面涂敷较软的金属如镉,对降低摩擦系数很有好处.76.发电机有哪些常用电刷 不同种类的电刷是如何构成的 答:发电机转子滑环常用的电刷有天然石墨电刷和电化石墨电刷.水轮发电机多使用电化石墨电刷,如D172等.天然石墨电刷是以天然石墨粉作基料,用树脂,煤焦油或沥青作黏接剂,经混合,压制,固化(或焙烧)再加工而成.根据原料和黏接剂的种类和含量的不同,可以制成电阻系数范围较大的品种.电化石墨电刷是采用碳黑,焦炭,木炭和部分石墨粉,以煤焦油或沥青作黏接剂,经混合,磨粉,压制,固化(或焙烧)经2500℃以上石墨化处理等工序制成半成品毛坯,再加工而成.所谓电化石墨就是将经1300%焙烧固形后的毛坯再经过2500%以上的高温处理,使其配料中的无定形炭转化为人造石墨.此外,还有金属石墨电刷.金属石墨电刷是以金属粉末(如铜,银,锡,铅等)和石墨粉为基本原料,经混合,磨粉,压制,固化(或焙烧)加工而成.77.电刷的引线是如何与电刷固定的答:电刷引线与电刷的固定方式有填塞法,扩铆法,焊接法和模压法几种.(1)填塞法是在电刷上预先钻好锥形孔或螺纹孔,引线连接部用导电的粉末填塞,用树脂胶将填塞孔表面封好.适用于电刷截面较大的情况.(2)扩铆法是在电刷上钻孔,铣槽,将刷辫经所钻的孔穿人铣槽并绕在铜管上,然后将铜管两端扩张.为降低刷辫与刷体铣槽的接触电阻,有时还需在铣槽表面镀铜.由于机械强度好,适用于振动条件下使用的电机电刷.(3)焊接法与上工艺一样,只是最后采用锡焊的方法焊牢,适用于小型电机.(4)模压法是在压制刷体的过程中同时固定刷辫,适用于含铜量高的电刷.78.什么是电刷的电阻系数 为什么同一发电机滑环上不允许采用不同牌号的电刷 答:在非金属材料中,碳是良导体,但与金属材料相比还有较大的差距.电阻系数就是表征电刷导电能力的一个特征参数.不同种类的电刷因电阻系数的差异也决定了它应用的场合.当然电阻系数也不是越低越好,对低压大电流如水轮发电机组的励磁回路,就要求低一些;而对像直流电机需要换向特别是换向困难的场合,则要求电阻系数高一些.不同牌号的电刷其电阻系数不一样,运行时与滑环表面的接触电阻也不一样,如果混用,会使每个电刷上的载流不均匀,从而导致某些