水轮发电机组概述

水轮机是将水流能量转换为旋转机械能量的动力设备，它带动发电机旋转产生电能。水轮机和发电机连在一起称为水轮发电机组。

水轮发电机组是水电站的核心设备。为监测、控制和保证水轮发电机组正常运行，做到安全可靠、经济高效，在水电站安装了一整套附属设备系统，如快速闸门、透平油系统、压缩空气系统、供排水系统和自动化设备（自动励磁装置、调速器、水轮机自动控制系统和自动化元件等）。随着现代化计算机技术的不断发展和广泛应用，水电站综合自动化水平也不断提高，许多大中型水电站已经采用计算机监控，实现无人值班（少人值守），水电站的机电、控制设备很多，限于篇幅。

按照水轮发电机组的布置方式不同，有立式、卧式和斜式三种。卧式（即横轴）装置的水轮发电机组，大多数适用于小型机组以及部分中型水斗式机组；斜式装置的水轮发电机组，主要适用于明槽贯流式、虹吸贯流式机组以及低水头的其他型式的小型水轮发电机组；而中速和低速大、中型水轮发电机组绝大多数采用立式（竖轴）装置方式。农村小型水电站的水轮发电机组经常通过齿轮、摩擦轮和皮带传动实现水轮机主轴和发电机主轴之间的连接，而大多数水轮发电机组采用水轮机主轴和发电机主轴直接连接的装置形式。

水轮发电机的型号，是水轮发电机的类型和特点的简明标志。我国采用汉语拼音标注法。例如SF225-48/12640，“SF”表示立式空冷水轮发电机；“225”表示水轮发电机的额定有功功率为225MW；“48”表示水轮发电机的磁极个数；“12640”表示发电机定子铁芯外径为12640mm。此外，“SFW”表示卧式空冷水轮发电机，“SFG”表示贯流空冷水轮发电机，“SFD”表示立式空冷水轮发电-电动机。

水轮机是水轮发电机组的动力设备。水库的水经压力引水钢管至主阀进入水轮机，经转轮能量转换后的尾水通过尾水管或尾水槽排泄至下游。

水轮发电机是水轮发电机组的发电设备。发电机由转子和定子组成，定子支架上有主引出电缆，发出的电流经过电缆进入母线。为了防止发电运行时水轮发电机的温度过高，发电机设有通风冷却措施。

为了建立发电过程中的旋转磁场，机组配置永磁机提供磁源，由励磁系统向发电机提供励磁电流。水轮机主轴和发电机主轴之间的扭矩传递，不同的机组有不同的连接方式。小型机组中的容量较大者采用直接连接，即通过主轴法兰用螺栓连接；单机容量低于400kw以下的机组则采用间接连接，如齿轮、摩擦轮和皮带传动等。

为了维持机组的正常运转，需在基础与主轴之间设置支承即导轴承，用来承受主轴的径向力和轴向力，并采用润滑措施减少主轴与轴承之间的摩擦，降低磨损，提高能量利用。水轮发电机组的轴承系统布置各不相同，承受轴向力的径向推力轴承位置决定了机组结构布置型式。

水轮发电机组的支承系统，均设置相应的润滑冷却系统，严格控制轴瓦的温度，保证机组正常运行。

为了防止在机组停机时低速运转会烧坏轴瓦，需设置制动装置通入压缩空气进行刹车制动。

调速器是水轮发电机组的控制设备。当用户负荷发生变化时，给调速器输入转速或频率变化信号，通过调速器操作带动接力器改变导叶开度，实现进入水轮机流量和机组出力的改变，达到与用户负荷新的平衡。调速器的工作方式有自动和手动两种，小型水电站大多数采用手动运行方式。

水轮发电机组是由水轮机及受其驱动的发电机组成，用来将水体机械能转换为电能的一套机器。水电站水轮发电机组的安装是机组投产的一项关键工作，安装质量的好坏，直接关系到将来电站的安全经济运行。

(一)安装常用的起重机具

水轮发电机安装的起重机具，包括桥式起重机和吊索、吊具，还包括临时使用的葫芦、千斤顶。

水电站中桥式起重机按结构、动力不同又可分为：电动桥式起重机、电动双梁或电动单梁起重机，以及手动双梁或手动单梁起重机。

(二)水轮发电机组安装

水轮发电机的布置形式随水轮机而定，通常中小型冲击式水轮机和贯流式水轮机配卧式发电机；大中型混流式水轮机和轴流式水轮机配立式发电机。立式水轮发电机又分为悬式水轮发电机和伞式水轮发电机。另外，还有抽水蓄能的可逆双速发电一电动机。

1．悬式水轮发电机安装

(1)在基坑一期混凝土中预埋下部风洞盖板、下机架及定子的基础件。

(2)在定子基坑内组装定子和下线圈(或在安装间组装定子，整体吊入基坑就位)。

(3)待水轮机大件全部吊入机坑后，吊装下部风洞盖板。

(4)把已组装成整体的下部机架吊入基础找正，浇筑二期混凝土。

(5)在安装间专设的装配台上进行转子装配，然后整体吊入机坑，按水轮机主轴中心、高程、水平进行调整定位。

(6)测量转子与定子问的空气间隙，以转子为基准校正定子中心．使四周空气间隙均匀，并浇筑定子基础二期混凝土。

(7)将装配成整体的上机架吊放于定子机座上，按转子主轴调整中心和水平后，拧紧机座组合螺栓，钻配剪切定位销钉。

(8)装配推力油槽和推力轴承，将转子落到已研刮好的推力轴瓦上，进行发电机主轴单独盘车，测量和调整主轴摆度。

(9)连接发电机和水轮机主轴，进行机组总轴线摆度的测量和调整。

(10)调整推力瓦受力，并按水轮机止漏环间隙，调整机组轴线的中心和垂直度。根据主轴位置和轴颈摆度方向及大小，安装各部已刮好的导轴瓦，装配机组空气冷却器，油、气、水管路及其他附件。

2．双斗轮大型卧式水轮发电机安装

(1)基础件埋设。

(2)轴瓦研刮后将轴承座吊放到基础件上。

(3)在安置问进行分瓣定子的下线，并把下半块定子吊放于基础板上。

(4)测量并调整轴承座和定子的同心度。

(5)在安装间组装转子，将其整体吊放于轴承座上。

(6)以水轮机主轴法兰为基准，进一步校正轴承位置，使发电机主轴法兰与水轮机主轴法兰同心和平行，并盘车检查，精刮轴瓦后装配轴承及油管。

(7)将上半块定子吊入与下半块定子组合，进行定子线圈的联结和绝缘包装。

(8)盘车测量并调整机组轴线，进行主轴的联结。

(9)测量转子与定子间的空气间隙，校核定子中心位置，固定基础螺栓。

(10)安装定子端盖及其他附件。小型卧式水轮发电机定子及转子均为整体运到现场，安装时采用定子套转子或转子套定子的方法进行大件安装，其他安装工艺方法与上述卧式发电机相似。

不同的水力机组采用的设备型号不同，因此机组运行中的监视与检查项目也各有不同，下面仅列出共性的检查项目。

水轮机遇下列情况应加强机动性检查：水轮机检修后第一次投入运行和新设备投入运行；水轮机遇事故处理后投入运行；水轮机有比较严重的设备缺陷尚未消除：水轮机超有功功率和无功功率运行；顶盖漏水量较大或顶盖排水不畅通；洪水期或下游水位较高；在振动区运行或做振动试验；试验工作结束后。为了保证设备正常运行的安全可靠性，主、辅机设备应按规定进行定期试验、切换维护工作，发现问题及时通知检修人员处理。机组在正常情况下要定期做如下工作：

(1)切换油压装置的油泵。

(2)切换进水口工作闸门的工作油泵。

(3)调速器各连杆关节注油。

(4)调速器过滤器切换。

(5)测量发电机、水轮机主轴的摆度。

(6)应根据备用机组推力瓦油膜要求定期顶转子或手动开机空转一次。

(7)根据水位、水质情况，及时选用取水口，以保证水质要求。

(8)机组冷却系统过滤器定期清扫排污。

(9)各气水分离器定期放水、排污。

(10)机组技术供水总管定期冲淤。

(11)机组冷却系统定期正、反向运行，空气冷却器冲淤。

水轮机开机后的监视项目有：监视水轮机振动情况是否正常；监视机组制动装置是否处于正常工作状态，是否可以随时启动；监视机旁各指示仪表指示是否正常；监视机组各部水压是否正常；监视机组摆度、水导轴承运行情况是否正常；监视水轮机主轴密封和顶盖排水情况是否正常；监视调速器机械液压机构各连接部分是否良好，电气控制回路是否正常，有功调节动作是否正常；监视机组信号和操作电源是否正常；监视机械系统和电气系统有关设备操作项目是否完成。

水轮机停机后的监视项目有：调速器各部件连接是否异常；油压装置和油系统是否异常；机组轴承油面是否正常；机组转动部分是否异常；制动系统是否复位状态；与机组停机相关的技术供水系统是否正常；水轮机顶盖漏水量是否大；导叶是否全关，剪断销是否剪断；机旁控制盘各指示仪表指示是否正常。

油压装置的检查和维护项目有：压力罐压力是否正常，油位是否正常，是否有漏油和漏气现象；压力测量及控制装置工作是否正常；集油箱油位、油质是否合格，有无油位异常信号；各阀门位置是否正确，安全阀工作是否正常；电动机引线和接地是否完好，电压指示是否正常，压油泵工作是否正常。

调速器系统的检查和维护项目有：调速器运行稳定，无异常抽动、跳动和摆动现象；正常运行时转速指示在100%，平衡表指示在平衡位置，电调盘面各指示灯正常；开度限制、手自动切换阀、事故电磁阀在相应位置；发现调速器油压与压力罐油压相差较大时，应切换过滤器并进行清洗；电液转换器动作正常；各连接部件和管路连接良好，无松动、脱落和渗漏油现象；手动状态下运行时开度指示与实际开度相符合；电气柜各电源开关、熔断器均在投入状态，电源指示灯指示正常，风机运转正常；控制装置板面指示灯指示正常，选择开关位置正确；各电气元件无过热、脱落断线等异常情况；当机组处于稳定运行时，微机调速器面板上平衡表应无输出，双微机均在运行；引导阀、主配压阀工作正常，事故配压阀在相应位置；主接力器反馈机构钢丝绳无松动、无断股、无异常现象；各端子引线良好，无脱落、断线破损现象。

《水轮发电机组及其辅助设备运行》是《水轮发电机组值班员技术培训丛书》中的《水轮发电机组及其辅助设备运行》分册，主要针对大中型机组，参照水轮发电机组运行岗位规范的要求，按CBE模式从培训和学习的角度精心编制而成。

《水轮发电机组及其辅助设备运行》共9章，主要内容包括油、水、气系统的运行，水轮发电机组的结构与原理，主阀系统的运行，调速系统的运行，水轮发电机组的控制与操作、保护与故障处理，以及运行管理等。书中结合当前大中型水电厂的技术水平实际，以水电厂的实际系统为例，内容涉及PLC可编程控制器、水力控制阀、插装阀、电动机软启动装置等新知识与新技术。

《水轮发电机组及其辅助设备运行》可作为大中型水电厂在职及新上岗水轮发电机组值班员的技术培训、技能鉴定及自学用书，也可作为中专及高职高专水电类相关专业的参考教材。

作品目录

目 录

前 言

第一章 水电厂的水轮发电机组

第一节 概述

第二节 水轮机

第三节 水轮发电机

第二章 水轮发电机组的试运行

第一节 工程验收

第二节 水轮发电机组的起动试验

第三节 水轮发电机组第一次起动试运行

第四节 水轮发电机组空载 负载试运行

第三章 水轮发电机组的运行及操作

第一节 水轮发电机组的正常运行及监视

第二节 水轮发电机组的运行及操作

第三节 发电机的异常运行及事故处理

第四节 水轮机的异常运行及事故处理

第四章 机组有关设备的运行和维护

第一节 励磁机的运行和维护

第二节 变压器的正常运行和维护

第三节 变压器的不正常运行及处理

第四节 配电装置的运行和维护

第五节 电气设备消防

第六节 机械调速器的运行和维护

第七节 水泵的运行和维护

第八节 空压机的运行和维护

第五章 水电厂机组优化运行及计算机监控

第一节 水电厂机组的优化运行

第二节 水电厂机组运行的计算机监控

第六章 水轮发电机组的现场测试

第一节 水轮发电机组测试目的和内容

第二节 水轮机效率现场测试

第三节 机组稳定性试验

第四节 超声波法测水轮机气蚀

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