发电机技术问答.doc

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1、1发电机部分发电机部分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

2、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

3、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，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，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

4、 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=IfoIfk1Xd。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

5、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2电机的 K，取 0913。 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凰 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

6、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 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 ，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

7、 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

8、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

9、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。373 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。3 Y 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

10、。 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

11、，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 13；对应于转子的

12、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 114，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)

13、?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4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=114 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

14、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 21)。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(721l=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 114，循环数当然也可排为 2333 或 3332。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

15、。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 1-714 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

16、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：能削弱磁极磁场非正弦分布所 产生的高次谐波电势；能有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形；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

17、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

18、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。5(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

19、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

20、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、

21、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

22、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。6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

23、 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：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。铁芯段通风沟处。 通风槽钢处属尖锐边

24、缘，易造成电场局部不均匀。线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有 气隙处。端箍包扎处。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

25、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 O203mm 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

26、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

27、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：定子槽内在下线前喷低阻半导体漆。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。改进线棒槽内固定方式。改进制造工艺水平，如线棒的尺寸和平7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

28、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

29、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

30、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

31、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8图 23 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：定、转子之间的气隙不均匀。磁路不平衡。如

32、 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。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

33、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

34、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9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

35、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

36、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 5060 额定转速时，投入电气制动装置，经几分钟后机组全停；另

37、一种方式是在发电机转速降至 某一值如 5060额定转速时投入电气制动，转速降至 510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

38、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：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。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

39、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。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10测发电机的绝缘状态。这种方式应用很少。气相色谱法。这种方法是从发电机中采集气 体

40、，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

41、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

42、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

43、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

44、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11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

45、，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

46、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

47、端的定子槽的槽楔下面。每个 SSC 约 50cm 长、17mm 厚，与定子槽等宽。定子槽耦合器在频率从 101000MHz 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 15ns 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

48、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

49、任何影响，附加成本低。这种局放传感器频率特性也较宽(约 330MHz)，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 TrialUse 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。12(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