第四章水轮发电机组的运行.docx
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第四章水轮发电机组的运行
课次：
11
主题：
水轮发电机组的试运行
目的：
通过本次课形成水轮发电机组运行的整体观念，掌握试运行的方法
重点：
试运行的项目与方法
难点：
开展试运行的方法
教学组织：
直接引入新课
教学内容：
教材§4-1，§4-2
第四章水轮发电机组的运行
第一节概述
水轮机要正常安全运转还需要附属设备调速器及蝴蝶阀和辅助的油气水系统及机组自动控制操作保护监测系统。
调速器是值班运行中操作调整控制的主要附属设备。
也是调整发电机组转速（电压的频率）和调整发电机向电网输送有功功率多少的附属设备。
发电机由水轮机带动正常发电运转还需要励磁设备及其励磁系统和继电保护及二次系统。
在运行中，值班人员要通过操作励磁装置对电压和无功电能进行调整（励磁装置也可以自动调整），励磁系统直接影响电压和发电机的稳定运行。
第二节水轮发电机组试运行
机组大修后的试运行的工作由电站主管生产的厂长或总工程师主持，目的是考核检验大修质量，将技术指标与大修前进行对照，核定消除机组缺陷的质量情况。
新安装机组的试运行，在起动验收委员会领导下进行试运行，包括：
机组试运行前的机电试验结果检查核对；机组试运行前现场检查，充水试验；水轮发电机组的不带电空载试验；水轮发电机组的带电空载试验；水轮发电机组的并网试验；水轮发电机组的调相操作试验；水轮发电机组的甩负荷试验等。
一、水轮发电机组试运行前的检查
（一）过水系统的检查
（二）水轮机检查
（三）调速器及其设备检查
（四）蝴蝶阀操作柜及压力油系统的检查
（五）发电机、励磁机、永磁机的检查
二、机组充水试验
（一）充水试验准备工作
（二）发电引水管充水
（三）蜗壳充水
三、水轮发电机组空载试运行
（一）起动前的准备工作
（二）首次起动时用手动操作试验
（三）机组空载运行时调速器系统的调整和检查
（四）首次手动起动后的停机及检查
（五）过速试验及检查
（六）自动开机和自动停机试验
（七）水轮发电机升压试验
四、发电机对主变压器和高压配电装置零起升压试验和电力系统对主变压器全压冲击合闸试验
1、试验前的检查
2、水轮发电机组对主变压器及其高低压设备零起升压试验
3．电力系统对主变压器的冲击合闸试验
4．发电机对主变压器及其全部高低压配电设备的短路升流试验。
五、水轮发电机组并列及带负荷试验
（一）水轮发电机组空载并列试验
（二）水轮发电机组的带负荷试验
1、水轮发电机组的带负荷试验
2、水轮发电机带负荷下励磁调节器试验
3、机组突变负荷试验
六、水轮发电机组甩负荷试验
（一）甩负荷试验应具备的条件
（二）机组甩负荷试验
（三）自动励磁调节器的稳定性和超调量检查
（四）水轮机调速系统调节性能检查
（五）调速器动态品质检查
（六）转桨式水轮机甩负荷后检查
七、水轮发电机组连续带负荷试验
习题：
4-2，4-5
课次：
12
主题：
测验
目的：
通过本次课检查前三章知识的掌握和应用情况
重点：
技能知识
难点：
教学组织：
练习
说明：
03级电力班执行，其他班级不执行。
测试内容：
接到调度命令“将35kV线路L2由运行转为检修”，试写出执行此命令的倒闸操作票和工作票。
课次：
13
主题：
水轮发电机组的正常运行
目的：
通过本次课掌握水轮发电机组正常运行的六种操作方法
重点：
六种操作方法
难点：
同上
教学组织：
简要回顾试运行的要点后引入课题
教学内容：
第三节水轮发电机组的正常运行
机组正常运行操作基本程序为机组起动、并列、增（减）负荷、运行检查监视、解列、停机等六项操作。
凡涉及操作，必须根据值长命令，先写好操作票，经水机班长审定后，由两人进行操作，其中技术高的一人作监护人。
现场操作时实行核对复诵制。
一、机组起动
（一）冷备用机组起动前的检查与操作
正常运行情况下，机组按命令处在热备用状态时，起动前一般不需要准备工作。
当机组停机时间较长处在冷备用时，再重新起动时，起动前应作下列准备检查工作。
1、调速器检查
2、油压装置检查
3、制动系统检查
4、顶转子操作
新装机组或大修机组，自投产之日算起的停机时间，第一年超过24h，一年后超过72h，规定机组起动前必须顶转子，以使润滑油进入推力轴承与镜板的摩擦面。
5、主阀操作
6、冷却、润滑水供水操作
（二）机组起动应具备条件
（三）机组起动操作
1、自动开机操作
2、手动起动（机旁操作）
二、机组并列
（一）发电机升压
当机组转速升到额定转速后，水机班长通知电气班长合上灭磁开关MK励磁，并调整励磁升压。
升压时应注意如下事项：
1）三相定子电流应等于零。
2）升压过程中，应防止空载电压过高。
发电机在额定转速、额定电压时，应检查励磁电流的调节手柄是否在空载位置，同时比较此时的励磁电流和电压值是否与正常空载值相近。
3）三相定子电压值大小应平衡。
（二）发电机同期与并列
（1）发电机电压升到额定值后，即可准备同期（并网）操作。
发电机同期（并列）方式有准同期与自同期两种。
1）准同期。
是指先建立发电机电压，然后与系统同步。
调励磁和周波，待”电压”与”频率”满足条件后，投入同期表（一般改用组合式同期表）切换开关STK（SA1），先投”粗略同期”检查监视电压表，周波表；再投”精确同期”，检查同期表（S）指针转动情况和同期闭锁继电器TJJ（KA）动作情况。
选择时机，投入发电机的主断路与系统并列。
2）自同期。
自同期是指当发电机转速接近额定转速时（相差±2%），在不加励磁的情况下先合发电机的主断路器，然后再合上励磁开关MK加励磁的并网方式。
采用自同期的优点是操作简单，在系统发生故障情况下，备用机组可迅速并入系统。
但并网时冲击电流要比准同期大。
小型水轮发电机的同期方式大多采用手动准同期。
（2）准同期并列必须满足的条件：
1）待并发电机的电压与电网（系统）电压相等，其偏差不大于额定电压的±5%。
2）待并发电机的频率与电网频率相等，其频率偏差不大于±0。
25Hz。
3）待并发电机与电网相位相同，其偏差在±10°相位角以内。
4）待并发电机与电网相序相同。
（3）发电机准同期并列操作。
操作方法有手动、半自动、自动三种。
小型水电站的水轮发电机多采用手动和半自动准同期。
对于乡村小型水电站，还使用简易的灯光法同期并列方式。
手动准同期操作步骤（此处略）
为了防止非同期并列，有下列情况之一者禁止合闸：
情况一：
同期表指针旋转过快时不准合闸。
因为此时待并发电机的频率与系统频率或两者的相位相差较大，不易掌握适当的合闸时间，往往会造成非同期合闸。
情况二：
同期表跳动而不是平稳地摆动经过红线，禁止合闸。
因为这可能是同步表内部机构卡阻或接点松动引起表示不正确，也往往造成非同期合闸。
情况三：
同期表经过红线不动时禁止合闸。
情况四：
同期闭锁继电器TJJ（KA）常开接点断开，合闸无效。
三、水轮发电机的增（减）负荷操作
当水轮发电机组并入电网带负荷后，调整有功功率和无功功率到额定值，操作方法如下：
（1）操作开度限制机构，使红针到比预定的与水头相适应的额定出力略大的限制开度。
（2）增加有功率。
操作调速器的转速调整机构黑针，使其增大指示，使导水机构实际开度增大，调整机组有功功率到额定值。
（3）增加无功功率。
用增加励磁的方法调整无功功率到额定值，并监视励磁电流不允许超限。
减少有功功率与无功功率的操作与上述相反，机组在运行中可根据电网调度，用上述相同的方法进行功率调整。
＊四．发电机转调相和调相转发电操作（水电站专业详讲）
发电机改作调相机运行，实质是作为一台空载的同步电动机倂在电网上运行。
又叫同步补偿机。
不需要外部的水能，只需要调整励磁电流发无功，就可以向电网输送无功电能。
（一）发电机转调相操作及动作过程
（二）调相转发电操作及动作过程
（三）调相停机
（四）停机调相
五、正常运行中监视检查及动作过程
（一）发电机温度监视
1、发电机定子绕组与铁心温度监视
发电机绕组温度最好一般控制在60～80℃，最高温度不得超过105℃。
定时切换测温装置，并抄表。
特别注意在同一环境温度下，同一负荷条件下，发电机温度的反常变化情况。
2、发电机风温监视
为避免发电机结露，最低进风温度不低于5℃。
为防止发电机过热，最高进风温度应低于40℃，一般在20～30℃较为合适。
（二）发电机电压、电流和功率因数监视
1、电压监视
发电机在额定转速和额定出力不变的条件下，电压变动范围允许在额定电压的±5%范围内运行，最高不大于额定电压的110%。
但此时励磁电流不得超过额定值。
最低电压应根据系统稳定运行的要求确定，一般应不低于额定电压的90%，此时定子电流不超过额定值。
2、电流监视
发电机定子电流应不超出额定值，三相不平衡电流不应超过电流的20%，并任意相电流不应超过额定值。
并遵守表1-3允许短时过负荷的规定。
3、功率因数cosψ监视
发电机的功率因素cosψ额定值0。
8，一般不超过0。
95情况下可正常运行。
若配有自动励磁装置的发电机，必要时可在功率因数等于1（cosψ=1）条件下运行，但不允许进相运行。
当功率因数低于0。
8时，监视定子电流和励磁电流不超过额定值。
发无功功率的多少，由励磁电流不超过允许值决定。
并考虑发电机的稳定运行。
（三）机组轴承的监视
1、温度监视
运行中轴承通常60℃以下，信号（故障）温度一般为60℃，事故温度为70℃，作用于停机，油温一般不得高于55℃。
2、油质油面的监视
（1）油质监视。
（2）油位监视。
（四）机组振动与声响监视
机组在运行中发生的振动与摆度，可用传感器监视，或定期用百分表测量。
运行中若发现机组异常振动，可先试行调整水轮机开度，避开可能的汽蚀振动区，机组内部有金属磨擦和撞击声，应立即停机进行检查，查明原因，进行排除。
（五）水轮机运行监视
1、主轴密封监视
要求密封不过热，漏水量小。
2、导水机构监视
剪断销无剪断，连杆、拐臂间无杂物，导叶套筒处不漏水，顶盖排水畅通，水轮机室无大量积水，接力器动作正常。
（六）冷却及润滑水水压水量的监视
冷却水水压指示正常，水流畅通，示流器指示正常。
（七）励磁机和永磁机监视
1）励磁机炭刷及整流子无火花。
2）集电环上无黑色炭粉。
3）励磁机、永磁机运转声音无异常。
4）如果是可控硅励磁，应检查励磁变压器无异常响声，无异味。
六、水轮发电机组的解列和停机
（一）解列
（1）由值长发出停机令。
（2）用转速调整机构调实际开度黑针到空载开度。
（3）调节发电机的励磁，卸去全部无功功率。
（4）把开度限制机构指针红针打到空载开度。
（5）断开发电机出口的主断路器，使水轮发电机组与电网解列。
并跳开励磁开关MK。
（二）停机
（1）操作励磁调节手柄，将发电机电压减至零。
（2）确认跳开励磁开关MK。
（3）操作开度限制机构，实际开度黑针到零位，导水叶全关。
（4）机组转速逐步降低，当降低到额定转速35%左右，自动或手动投入制动闸，至机组停止运行。
（5）投入调速器接力器锁定。
（6）关闭调速器的供油总阀。
（7）复归制动闸，指示灯亮，并去现场检查制动闸是否全部落下。
（8）关闭机组冷却水总供水阀。
（9）全面检查机组情况。
（10）若较长时间停机，或导水叶漏水严重，可在当班值长同意下，将水轮机机导叶前的主阀关闭。
习题：
12）水轮发电机组在运行中如何调整有功和无功？
14）机组运行中，对轴承温度、油质、油位、冷却水如何监视？
15）水轮发电机组正常运行中值班人员进行巡视检查项目？
课次：
14、15
主题：
水轮发电机组运行故障与事故处理
目的：
通过本次课掌握水轮发电机组运行的故障和事故的形式、处理步骤
重点：
每种故障和事故的现象以及处理方法
难点：
同上
教学组织：
简要回顾正常运行的要点后引入课题
教学内容：
第四节水轮发电机组运行故障与事故处理
运行中的发电机，定子绕组和励磁绕组回路都可能发生故障，在电气方面常见的故障如下：
1）定子绕组相间短路
2）定子绕组单相接地
3）定子绕组一相匝间短路
4）发电机励磁回路可能发生一点或两点接地故障
5）转子失去励磁电流故障
另外，水轮发电机组在运行中突然甩掉负荷时，发电机电压可能超过额定电压很多，甚至达200％以上，使发电机绝缘损坏。
发电机在运行中，除故障外，还会出现一些不正常工作状况，如:
过负荷及由外部短路引起的过电流等。
对发电机出现的故障和不正常工作状态，必须采取措施，可靠地进行保护，根据《继电保护和自动装置规程》水轮发电机一般装有下列继电保护装置：
1）纵联差动保护
2）过电流保护
3）*横联差动保护
4）为了对发电机定子绕组的单相接地进行保护，装设单相接地保护装置。
对于非直接接地系统（6千伏、10千伏电压系统等）装设绝缘监察装置发告警讯号。
5）过负荷保护
7）励磁回路接地保护
8）失磁保护
9）定子温度检测
水轮机出现的故障和装设的保护装置如下：
1）机组推力轴承、上导轴承、下导轴承、水导轴承过热事故，水轮机自动关机。
2）调速器压油槽油压下降到事故油压时，机组自动停机。
3）调相运行时，为了防止机组误跳闸解列的低速运转，机组自动停机进行保护。
4）发电机的差动保护等电气保护动作时，机组自动停机。
5）水轮机轴承润滑水中断，而备用水又未及时投入时，机组自动停机。
6）特殊紧急情况下，还可以自动或手动关闭进水主阀（蝴蝶阀）。
对机组进行保护。
7）机组在运行中出现不能正常运行的情况，但又不必立即停机，则自动发出告警故障信号，提示运行人员去检查处理好。
水轮发电机组在运行中，在中央控制室除有自动的光字牌事故和故障信号外，还有一些故障是不可能自动发讯号的。
如：
机组振动、汽蚀、发电机磁极键松动、励磁滑环火花，调速器机械不灵敏等。
这些故障就要运行值班人员加强巡视检查才可能发现。
机组在运行发电过程中因外界或自身原因，会出现异常现象与故障。
这些异常会通过仪表或保护装置反映出来，此时值班人员要根据的运行规程规定，根据语音和光字牌提示的故障及事故性质认真思考，在值长统一指挥下，迅速而有条不紊地处理，并避免不使故障扩大，避免造成严重后果。
机组发生事故时，通过机组自身的保护装置自动停机，但是运行人员不能因此而放松警惕，要防备保护装置失灵。
如发现事故苗头，危及机组安全，应按运行规程规定及时停机。
对于不能装设保护装置的故障或事故，如：
突发金属撞击声、发电机振荡等，应报告值长酌情紧急果断人工处理。
一、发电机运行故障及事故处理
（一）发电机过负荷
（二）发电机振荡
（三）发电机的非同期并列
（四）发电机失去励磁
（五）发电机差动保护动作
（六）发电机着火
（七）发电机油断路器跳闸
（八）发电机定子温度升高异常
（九）发电机定子回路单相接地故障
二、水轮机运行故障及事故处理
（一）水轮机气蚀和振动
（二）水轮机出力不足
（四）剪断销剪断
（五）主轴密封不好严重漏水
（六）水轮机抬机事故
（七）水导轴承润滑水中断事故
三、机组轴承故障及事故的处理
（一）轴承油位
轴承油位保持正常值是保证轴承安全正常运行的重要条件之一。
轴承油槽上的油位计应标出清晰可见的标准油位线。
立轴机组在运行中因离心力作用，油位会略有升高，但也有一个稳定的油位，油位允许偏差±10mm。
机组运行中运行油位超出允许范围，将会出现轴承故障或事故，危及机组安全运行。
（二）机组运行中冷却水中断
（三）轴承温度不正常升高
（四）轴承故障温度
（五）轴承事故温度
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