水轮机知识全套.docx

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1、水轮机知识全套一.结构混流式水轮机型号：HLlOO-LJ-210HL:代表混流式水轮机100:转轮型号（也称比转速）1.J:立式金属蜗壳210:转轮直径（210厘米）组成引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。2、导水部件组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量3、工作部件组成：转轮作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能4、泄水部件组成：泄水推、尾水管作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游尾水之间的位能

2、，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。混流式水轮机主要结构由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。将水轮机分成三大部分：转动部分、固定部分、埋入部分1.转动部分转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、主轴密封等。2、转轮转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。水轮机的转轮是将水能转换成机械能。3、主轴主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传

3、递转轮产生的扭矩。5、主轴密封主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行分类：平板密封（映站）、端面密封、螺旋（水泵）密封、滑动架密封等。作用是：有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。6、检修密封检修密封是当机组检修、检查或由于主轴密封损坏时投入的一种密封,又称空气围带；检修密封：当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸出部位抱紧水导旋转油盆与之配合的加工面或大轴法兰，切断尾水以防水淹水车室。7、固定部分顶盖、底环、座环、支持环等8、埋入部分蜗壳、座环等发电机发电

4、机原理：它主要是将机械能转化为电能（而水轮机是将水能转化为机械能）。水轮发电机之所以能够发出电来，是因为它遵循了电磁感应定律，当转子在旋转时，定子绕组切割转子磁场的磁力线产生感生电势。我们知道，发电机出口发出的电是正弦交流电，这是由于在制造过程中转子磁极采用适当的极弧形状，使转子和定子之间空气间隙中的磁感应强度大致按正弦规律分布，所以感应电动势也随时间按正弦规律变化。一、水轮发电机的组成及各部件的作用：主要有定子、转子、推力轴承、上下部导轴承、上部下部机架、通风冷却装置、制动装置、及励磁装置等组成。定子：是产生电能的主要部件，它是由线圈、铁芯和本体等组成。转子：是产生磁场的旋转部件，由支架、轮

5、环、磁极和励磁线圈等组成。推力轴承：它是承受机组转动部分总重和水轮机轴向水力推力的部件。冷却系统：在大中型水轮发电机组中，一般均采用空气冷却，发电机内部的热风通过均布于定子机壳外的空气冷却器冷却后，再重新送入发电机。1.发电机的定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。机座是用来固定铁芯的，对于悬式发电机，机座用来承受转动部分的全部重量；铁芯是发电机磁路的一部分;线圈则形成发电机的电路。机座主要作用是：作为定子铁芯叠片的支撑结构；承受定子的扭矩,并将其传至底脚；构成冷却气体的通道；构成轴承,机架和冷却器的支撑结构；定子铁芯：是定子的主要磁路，同时也是定子绕组的安装和固定部件。定子铁芯由扇形冲片、通风槽

6、片、齿压板、拉紧螺栓、托块、发电机转子由主轴、轮臂、磁柜、端压板、风扇、磁极、制动闸板等组成。 主轴是用来传递转矩，并承受转动部分的轴向力，通常用高强度钢整体锻成，或由铸造的法兰与锻造的轴筒拼焊而成。 磁姬的主要作用是产生转动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分,直径小于4m的磁花可用铸钢或整圆的厚钢板组成大于4m时则由35mm的钢板冲片叠成一整圆，用键固定在轮臂外端。 磁极是产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、励磁线圈和阻尼绕组三部分组成，并用形结构固定在磁辗上。 转子支架是安装磁辗、磁极及主轴的中间部件。在运行中要承受扭矩、重力、离心力等的综合作用 二、保护 纵差保护 纵差保护是针对发电机定子

7、绕组和引出线上相间短路而装设的，发电机运行中定子绕组有可能发生相间短路，短路电流流过故障点可能产生高温电弧烧毁发电机，甚至引起火灾淀子匝间短路保护 发电机定子线圈内部匝间短路故障发生的概率虽然很小，但其一旦发生将产生很大的环流，引起故障处温度升高，绝缘老化甚至击穿发展为单相接地或相间短路，引起事故扩大,为此发电机应装设匝间短路保护。 定子单相接地保护发电机定子绕组单相接地时流过定子铁心的电流为发电机电压系统电容电流之和，当此电容电流较大时，会使铁心局部融化，为此发电机应装设或单相接地保护绝缘监视装置。 转子一点接地保护 发电机转子绕组一点接地由于没有构成电流回路，对发电机没有直接危害，但是如果

8、再发生一点接地构成两点接地，就会使转子绕组短路,不仅会烧毁转子绕组，而且会破坏发电机磁路对称性，引起发电机的强烈振动，为此发电机应装设转子一点接地保护。一般小容量机组，可采用定期绝缘检测装置。 转子失磁保护 发电机转子绕组断线、励磁回路故障或FMK开关误动等原因造成转子失磁。 后备保护 外部短路、非同期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流，一般装设低压过电流保护，作为外部短路故障和内部故障的后备保护。.过负荷保护负荷长期超过额定值运行或负序电流长期长期超过允许值造成对称或不对称过负荷。 .过电压保护 发电机突然甩负荷，因其调速系统性能和惯性来不及关闭导叶，转速上升从而引起过电压。 发电机主要保护

9、配置 发电机纵联差动保护 纵联差动保护是发电机内部相间短路的主保护。因此，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时,在正常运行及外部故障时，又应保护动作的选择性和工作的可靠性。满足这些要求是确定纵联差动保护整定值的原则 原理图逻辑图 发电机匝间短路保护-横差保护对于定子绕组为双星形接线且中性点侧有6个引出端子的发电机，匝间短路保护一般均采用单元件横差保护。单元件横差保护原理接线如图4。在两个中性点连线上装设电流互感器LH,其二次侧通过高次谐波滤过器XLG引入电流继电器。发电机正常运行及外部故障时，中性点连线中存在由于电势不对称产生的基波零序电流和发电机电势中三次谐波产生的不平衡电流。为消除

10、不平衡电流中的高次谐波的影响降低保护动作电流提高保护灵敏度,设置高次谐波滤过器XLG。横差保护的动作电流一般按照躲过此不平衡电流整定，所以正常运行以及发电机外部短路时，保护不会动作。发电机的定子单相接地保护发电机定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心烧坏,并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。当不同分支间发生短路时，如图5(b)所示，则构成上下两个闭合回路，在上下两个闭合环路分别产生电流，中性点连

11、线上的LH有电流ID流过，保护装置动作。当一个分支短路匝数a较少或不同分支间短路匝数相差不大时，故障环流值可能达不到继电器的动作值，保护装置不动作，此即横差保护存在的死区。当励磁回路两点接地时，由于转子磁场对称性遭到破坏，是定子同相不同槽的两个并联支路线圈中电势不相等，将引起横差保护误动，但励磁回路两点接地时，其它电气量会发生较大变化，相应保护动作调闸。为避免转子回路发生瞬时两点接地引起横差保护误动，一般横差保护动作带0.5IS的延时。横差保护的动作电流按照躲过外部短路时流过的最大不平衡电流整定基波零序电压和三次谐波电压构成100%定子接地保护利用零序电流和零序电压构成的发电机定子接地保护，对

12、定子绕组都不能达到100%的保护范围。对于大容量的机组而言，由于振动产生的机械损伤或其他原因，都可能使中性点附近的绕组发生接地故障，如果不能及时发现，则可能进一步发展成匝间或相间短路，或者再有一接地点形成两点地短路。都会造成发电机的严重损坏。因此,对大型发电机组，特别是水冷机组，应装设能反应100%定子绕组的接地保护。100%定子绕组的接地保护由基波零序电压和三次谐波电压共同完成。由基波零序电压接保护发电机85%95%的定子绕组单相接地；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置的要求。转子一点接地保护实现发电机转子接地故障

13、保护的方法有多种这里简要介绍常用微型计算机转子接地故障保护方法。如图10所示，采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位图中，SLS2为由微机控制的电子开关，Rg为接地电阻，C（为接地点位置，E为转子电压。4个降压电阻R,一个测量电阻Rlo当Sl闭合，S2断开时（状态1）,在Rl上测得的电压为Ul；Sl断开，S2接通时（状态2）在RI上测得电压为2oU=Ul-U2o为防止保护误动及计算溢出，特设启动判据。E50V（即E50V起动此保护判断程序）。当Rg小于或等于接地电阻整定值时，经延时发出转子一点接地信号或作用于跳闸。该保护还可实时显示转子接地电阻值和

14、接地位置。5.发电机失磁保护发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有转子绕组故障，励磁机故障，自动灭磁开并误跳闸，半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障，以及误操作等三、主变1.变压器铁心：铁心是变压器磁路的主体，变压器铁心分为铁心柱和铁花，铁心柱上套装绕组，铁柜的作用是使磁路闭合。为减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，提高铁心导磁能力，铁心采用氧化处理的硅钢片叠装而成2 .变压器绕组（线圈）：绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成。绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势。3 .电力变压器的附件有油箱、油枕、分接开关、安全气道、绝缘套管等。电力变压

15、器的附件作用是保证变压器的安全和可靠运行。（1）电力变压器油箱：即油浸式变压器的外壳，用于散热，保护器身（变压器的器身放在油箱内），箱中有用来绝缘的变压器油。（2）电力变压器储油柜（油枕）：装在油箱上，使油箱内部与外界隔绝。（3）电力变压器安全气道（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。（4）电力变压器气体继电器（瓦斯继电器）：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。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。保护（一）瓦斯保护作用：防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低重瓦斯轻瓦斯二）纵差动保护和电流速断保护作用：防御变压器绕组和引出线的各种短路故障、绕组匝间短路故障（三）过电流保护I复合电压起动的过电流保护I负序过电流（四）零序电流保护作用：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路（五）过负荷保护作用：