生产培训教案
培训题目：发电机知识讲解
培训目的：了解发电机及励磁系统基本知识，发电机保护，运行定期检修试验项目。
内容摘要：
1、发电机工作原理。
2、发电机获得励磁电流的几种方式。
3、发电机保护
4、发电机试验：
培训内容：
发电机基本原理：
三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻就会感应（产生）交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，它是把机械能转化为电能的装置。交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。
感应电势E＝4.44fNΦ（N：匝数）
频率f＝Pn/60
交流发电机的特点：把机械能转化为电能的一种机器。因为它提供的是方向做周期性变化的交流电，故称为交流发电机。
发电机的主要构造是转子（转动部分）和定子（固定部分），滑环两个，电刷两个。小型发电机的转子是线圈，定子产生磁场，就像教学演示用的模型一样。大型发电机恰好相反。它的线圈是定子，产生磁场是转子。
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
发电机获得励磁电流的几种方式：
1、直流发电机供电的励磁方式：
这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10mw以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式
现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整
流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200hz的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500hz的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：
在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节：
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配：
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
自动调节励磁电流的方法
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，
因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
自动调节励磁的组成部件及辅助设备
自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用ac380v、厂用dc220v 控制电源.厂用dc220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100v，发电机机端电流5a，母线电压100v，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。
在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下：
1 直流励磁机励磁
直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。
2 静止整流器励磁
同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
为何发动机定子绕组采用双Y接线：
发电机Y接线能消除三次谐波（三次谐波环流均消耗于），电枢磁场是无法做到完全正玄波形，产生三次谐波电势不可避免。（双Y型接线，比单Y接线其磁势及电势的波形更优，双Y接线可以装设横差保护。）
345号机发动机装设出口开关优劣：
机端装设开关，断开后主变低压侧无接地点，理论上的低压侧零序等值阻抗开路，发生一点接地后无零序电流，当然三次谐波电势还是存在的，但其数值很小，保护灵敏度不高。另一个原因，还有一个作用是，在发生单相接地时，限制非故障相电压不至于升至1.732倍（限制故障过电压不大于2.6倍，这是初设人给的解释）。
电流闭锁失步保护作用
发电机失步进入异步运行状态后，在机端与系统电压相位差接近
180°是，发动机与主变间环流非常大，此时跳开发动机出口开关将使其断开很大的故障电流，对开关寿命及安全构成极大损伤，为保护发电机出口开关，当电流大于14万安培时闭锁失步功能，一个指令闭锁开关跳闸，同时发指令闭锁另柜失步保护跳闸。
发电机功率圆特性曲线：
90°角
发电机保护：
双套设置，完全独立。每套有三个M-3425继电器。
发变组保护01（和04）柜M-3425-2
发变组保护01（和04）柜M-3425-3
发电机试验：
气密性试验：0.5MPA压力，维持24小时测量泄漏量，注意维持发电机内其他温度保持不变。
空载特性试验：发电机机端电压与励磁电流的关系曲线。
短路特性试验：发电机短路电流与励磁电流的关系曲线。
零起升压同期回路检查：主要是校验发电机同期装置及其二次回
路接线的正确性。
假同期试验：隔离刀闸断开，经同期合闸，用录波仪测量开关合闸时间与相位角是否一致，是否符合同期条件。
交流阻抗测试：要求在不同转速下测量交流阻抗值，偏差不大于10％。
铁损试验：加入1.4T（特斯拉）的磁密，测铁心损耗及铁心局部温升。
定子绕组起晕试验：目测无明显白光点。
定子绕组端部固有频率测定：防止线帮固有频率落入倍频自激振荡区。
电位外移试验：机端加额定电压，在端部手包绝缘处测感应电压要小于500V。
交直流耐压试验：加4万伏直流电压，维持1分钟，读取各阶段泄漏电流。加1.5倍交流电压，维持1分钟，读取各阶段泄漏电流。
绝缘测量：要求大于1000兆欧，相偏差系数不大于2。
直阻测量：检查定子线棒焊接。
定子水流量标定(超声波)：测量线棒冷却水流量。
定子水热水流测试：测量冷却水通道有无堵塞。
局放：（测量泄漏电流）
大型发电机定子绕组局放的在线监测对减少停电事故、提高供电质量、甚至对电力系统的安全稳定运行，都具有十分重大的意义，国
内外对电机局放的在线监测技术已经做了大量的研究工作，也开发了各种在线局放监测系统应用于上千台电机中。但如何根据检测到的放电信号判断电机绝缘状况是在线监测技术的难点之一。（对于主变局部放电监测和定位局部放电(PD)是变压器常见故障，110kV及以上电力变压器事故中，有50％属于正常运行电压下，发生匝间短路，其原因大都是局部放电所致。变压器绝缘结构复杂，如果设计不当，可能造成局部区域场强过高，工艺上存在某些缺点可能会使绝缘中含有气泡，运行中油质劣化分解脱出气泡，机械振动和局部材料过热会分解出气泡，以上几种情况都会导致局部放电，而局部放电又会进一步导致绝缘恶化乃至击穿。因此，在线监测局部放电具有重要意义。）a.由于发电机本身复杂的阻抗特性，局放信号在定子内传输时会产生衰减和振荡，从而严重影响测试结果，所以目前的局部放电标定方法对于大型发电机定子的放电量的标定是不合适的。
b.由于大型发电机定子局部放电标定中存在的困难，所以用传统的pC（皮库）值来表示放电量的大小也是不合适的。传统的以pC 来度量放电的大小容易给人造成错觉，以为二台经标定后放电量均为1000pC的电机，其内部的放电程度是相同的，从而得出二台电机的绝缘状况相同的错误结论。所以建议今后以mV(电压) 和mA(电流)来表示电机局放的测试结果。
c.用不同带宽的测试系统监测电机定子的局放量，其所得结果幅度相差几倍乃至数十倍都有可能，所以在考虑局放程度时还应将测试系统及测试方法放在一起来考虑。
d.目前局部放电量标定的方法不适合于电机定子，应在进一步研究局部放电产生的机理以及传输特性的基础上深入研究电机定子局放程度的表示方法。
介质损耗：（额定电压下的介损试验）
绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。
练习题：
1、发电机保护配置保护范围和动作结果。
2、发电机相关试验目的。
参考资料：
电气设备试验规程发电机保护定值单电机学上册