发电机整体结构特点说明G800172b.docx

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发电机整体结构特点说明G800172b

重庆银盘水电站

4×150MW立轴半伞式水轮发电机

发电机整体结构特点说明

作成

承认

浙江富春江水电设备股份有限公司

G800172b

一、发电机主要技术参数

（1）.

发电机型号：

SF150-72/14100

（2）.

额定容量：

150MW/166.7MVA

（3）.

额定电压：

13.8kV

（4）.

额定电流：

6974.2A

（5）.

额定功率因数：

0.9（滞后）

（6）.

额定频率：

50Hz

（7）.

额定转速：

83.3r/min

（8）.

飞逸转速：

210r/min

（9）.

绝缘等级：

F/F

（10）.

冷却方式：

全密闭循环空气冷却器系统

（11）.

励磁方式：

静止可控硅

（12）.

机组GD2：

63000t●m2

（13）.

旋转方向：

俯视顺时针

二、发电机整体结构特点

银盘水轮发电机为三相凸极同步发电机，采用立轴半伞式、密闭循环、自通风、空气冷却的形式。

发电机主要由定子、转子、上机架、下机架、推力轴承及上、下导轴承、空气冷却系统、制动和顶起系统、灭火系统、自动化系统等零部件组成。

1．定子

定子由机座、铁芯、绕组等组成。

在工地进行定子机座的整体焊接、铁芯叠装和整体机坑下线。

1）机座

A.定子机座为焊接结构正十六边形，对边尺寸15800mm，高3070mm。

定子机座分8瓣运至工地，现场焊接。

机座设上环、中环、下环，环间沿圆周等距离布置加强立筋和导风板等。

机座壁上开有空气冷却器窗。

机座在工厂组焊，加工后组圆并由数控立车加工内腔，这样可保证定子铁芯叠装精度。

上齿压板采用分块式齿压板结构，下齿压板采用大齿压板结构，上、下齿压板的压指均采用进口高强度非磁性材料，以减小漏磁引起的附加损耗导致端部发热。

B.定子机座在电站工地组合焊接整圆后进行铁芯整体叠装，吊入定子机坑下线。

C.机座保证有足够的强度和刚度，使其在制造、运输、安装时能承受各种力的作用而不产生损害和不超过允许的变形。

D.定子机座通过支墩放置在8个基础板上，基础板埋入在混凝土机坑内，通过楔子板调整其高度，以确保定子垂直和水平位置。

机座与基础板用螺栓连接，径向销定位并传递扭矩，这种形式可适用机座的热变形。

2）定子铁芯

A.定子铁芯采用50W270、低损耗，无时效、优质冷轧高磁导率硅钢片整体冲制成，铁芯段两端的端板和通风槽板采用铁损小，点焊性能优良的0.7mm厚DWK2硅钢片。

冲片严格去毛刺后，两面涂F级绝缘漆，由于绝缘漆固有的特性，发电机长期运行后漆膜的固化和挥发物的挥发会产生一定的收缩,为防止铁芯长期运行后的松动，在铁芯拉紧螺杆的上端设一组高强度碟形弹簧，使漆膜收缩后铁芯仍保持一定的安全面压。

采用新型绝缘漆和碟簧压紧结构，可保证发电机长久运行铁芯不产生松动。

B.定子铁芯的定位压紧采用特殊的定位筋与拉紧螺杆合为一体的定位拉紧螺杆。

该定位拉紧螺杆在铁芯的一侧为圆形,在机座的一侧为倒鸽尾形,两头有压紧用螺纹。

定子铁芯冲片外侧开有定位槽及圆槽,叠片时以装于定位槽的工艺导向键定位。

铁芯压紧后用定位板将螺杆向外楔紧，再将定位板焊在机座的环板上。

这种结构具有装键定位简单、叠片精度高，且铁芯在径向可自由膨胀（叠片时无需加临时的间隙垫片），彻底解决了铁芯热变形引起的铁芯与机座间热应力问题。

因此压紧螺杆设在铁芯轭部，不需另设穿心螺杆，结构简单、可靠。

这种结构是一种很成熟的结构，在国内外有大量的应用业绩。

C.铁芯冲片采用单片一叠，1/2搭接叠片方式，叠片时分段压紧，用力矩扳手检查螺杆的拉力以校核叠片的压紧均匀程度，铁芯采用多次预压紧方式，以确保铁芯在各种工况下无异常响声。

铁芯叠装后槽部的误差均不大于0.2mm，铁芯在振动频率为100Hz时允许双幅振动量不大于0.03mm。

这种整体结构的定子铁芯无接缝，运行中的铁芯振动小，无槽底错位，刚度、圆度、整体性好。

D.定子铁芯内径13400mm，外径14100mm，铁芯高1578mm。

铁芯共分为44段，每段高度30mm，每段铁芯的两端设有绝缘片。

通风槽板的小工字钢在铁芯的齿部与轭部间断开，并使轭部的工字钢均匀分布。

这样可以使定子铁芯轭部压力均匀，通风更加均匀，有利于降低定子线圈和铁芯温升及铁芯温差。

E.定子铁芯内径可以吊出发电机下机架及水轮机所有可拆部件。

3）定子绕组

A.定子绕组为双层杆式波绕组、3支路星形连接。

绕组电磁线采用先进的涤纶玻璃丝包烧结铜扁线。

绕组绝缘为F级,线棒主绝缘采用微机自动控制热压成形工艺。

在线棒与线棒之间及铁芯轭部内均埋置电阻测温元件，以监测发电机运行时绕组和铁芯的温升。

定子线棒换位方式采用槽内360°罗贝尔换位,以降低附加损耗和均衡线棒中股线间的温差。

线棒的槽部、出槽口及弯曲过渡部分均作防晕处理。

单根线棒在1.5倍额定电压时不起晕，定子装配完后整体绕组在1.1倍额定电压时不起晕。

B.上、下层线圈端头采用分三组对接银焊的结构，焊接操作性好，能有效保证焊接质量，减小铜线焊接处的弯曲应力，避免整体焊接方式焊接时间长、温度高对端部绝缘的损害，同时也可降低端部损耗。

C.为了防止发电机长期运行后定子线圈下沉，在定子线圈上端出槽口的斜边处，每隔9槽设置一组线棒止沉块，止沉块支于上齿压板的压指，并将其绑扎在线棒上。

在止沉块上端与线棒间垫入含环氧胶的适形材料，待环氧固化后使止沉块和线圈成为一体且支于上齿压板，即可防止线圈的下沉。

D.绕组端部用非磁性不导通端箍固定,端箍通过支架固定在齿压板上。

为适应机组频繁启停机及热膨胀引起的线圈轴向伸缩变形并减小应力，端箍支架的结构允许端部线圈轴向伸缩。

为防止在端箍内交变磁通感应产生电流，端箍设有周向绝

E.定子绕组在实际冷态下，直流电阻最大与最小两相间的差值，在校正了由于引线长度不同引起的误差后不超过最小值的2%。

F.线棒在槽内与铁芯之间紧密，在结构和工艺上采取最先进、可靠的措施，使单侧间隙不大于0.3mm，长度不大于100mm，填充材料为F级绝缘。

2．转子

转子由转子支架、磁轭、磁极、挡风板、制动环板等部件组成。

它将在现场组装。

转子保证有足够的刚度和强度，在飞逸转速下安全运行5min不发生有害变形，并在任何工况下能稳定运行强度，安全系数不小于1.5，。

同时结构合理、紧凑，有良好的电磁性能和通风性能。

1）转子支架

转子支架由转子中心体和支臂组成，转子中心体为整体焊接结构。

支臂由上、下圆盘及立筋等组成。

在现场进行整圆焊接，这种结构刚度大、径向通风效果好。

中心体的所有焊接和加工均在厂内完成。

转子支架外缘下侧还装有可拆卸的、分块的制动环。

制动环在厂内与中心体一起加工，加工精度高。

2）转子磁轭

磁轭由3mm厚PCYH550高强度扇形冲片交错叠成，并用铰制拉紧螺杆紧固，这样可使得叠片磁轭成为一整体，大大地提高了磁轭的强度和刚度。

磁轭扇形冲片在工厂内进行叠装检查，合格后才能出厂。

不同重量的冲片分级包装。

在磁轭上下端设有磁轭压板，磁轭通过T形磁轭键、卡键和锁定板楔紧在转子中心体上。

磁轭外缘加工有鸽尾槽用于固定磁极。

现场安装时在磁轭键槽中插入T形键,磁轭加热到规定温升,插入垫片,磁轭自然冷却后打入两侧楔形切向键即完成打键过程，打键过程简单方便。

采用这种T型磁轭键具有径向、周向配合紧密、运行中保证转子圆度、抗过速性能强的优点。

磁轭设有径向通风沟，不设风扇。

3）转子磁极

转子磁极由磁极铁芯和磁极线圈组成。

A.磁极铁芯由1.5mm厚的高强度专用冷轧磁极板冲片叠成，两端有压板通过拉杆压紧。

B.磁极线圈由异断面的半硬紫铜排焊接而成。

这种线圈由于表面有凸出的散热翅，可成倍增加其散热面积，从而降低线圈的温升。

且线圈的形状规整。

线圈匝间垫以Nomex绝缘纸,与铜排热压成一体。

线圈对地绝缘除了极身绝缘外，还在极身四周角部采用特殊的角绝缘，以增加绝缘的可靠性。

下绝缘法兰内侧用玻璃绳缠在磁极铁芯上并浇环氧树脂，再用铁法兰与铁芯焊接固定。

这种结构绝缘可靠,铁芯绝缘不会遭到污染。

同时采取措施以适应绝缘法兰与线圈间由于线圈热膨胀产生的相对滑动。

磁极到现场后无需脱出线圈清扫即可直接挂装。

在相对湿度不大于95%，温度不低于10℃情况下保证绝缘合格。

C.磁极挂装时在磁极铁芯鸽尾的上、下两端各打入一对楔形键将磁极楔紧在磁轭上，楔形键用压板锁定。

这种结构拆装磁极非常方便，不必吊出转子就能装拆磁极。

D.极间连接采用多层薄紫铜片制成的柔性连接片连接，用螺栓把紧，安装、拆卸和检修方便。

同时防止由于极间连接线所产生的离心力使磁极绕组末匝产生变形和滑动。

E.转子设有纵、横阻尼绕组，阻尼条与阻尼环的连接采用银铜焊，阻尼绕组间采用柔性连接，防止因振动和热位移而引起故障。

其连接既要牢固可靠，又便于检修拆卸。

F.励磁引线由铜排制成,按我公司特有的绝缘和固定方式方便可靠地固定在转子支架上平面，沿着上端轴接至集电环。

3．主轴

1）主轴

A.主轴由推力头和轴身构成。

轴身为20SiMn锻钢，符合JB/T1270-2002《水轮机、发电机大轴锻件技术条件》规定，满足发电机提高功率因数COSφ＝1时的最大传递扭矩要求，并且在最大飞逸转速在内的任何转速下运行而不产生有害的振动和摆度。

推力头为20SiMn铸钢。

B.转子与推力头的联接方式采用径向销加螺栓的结构。

这种结构在转子与大轴联结时能自定位且定位精度高，拆装方便，并且转子在径向可自由膨胀、收缩。

C.水轮机和发电机主轴联轴后，旋转部分的临界转速至少比最大飞逸转速高25%。

机组安装后，可以不经轴线校正即可投入运行。

2）镜板

镜板采用55#锻钢,镜面硬度大于180HB,镜面硬度差值不大于30HB,平面平行度为0.02mm,镜面平面度为0.02mm,镜面粗糙度为0.2μm。

机组轴线在出厂前经过预装并保证在安装时不须盘车校正。

4．轴承

1）推力轴承布置在下机架上，可不起吊发电机转子，可利用发电机下机架电动葫芦起吊顶盖以检修水轮机，且轴承运行不受顶盖振动影响，机组稳定性也比放在顶盖上好。

并且通过下机架吊顶盖方式可缩短水轮机过流部件检修周期。

2）推力轴承承受水轮发电机组所有转动部件的重量和水推力构成的组合载荷。

推力轴承采用弹性油箱支承结构。

该支承方式国内已有丰富的制造经验，配弹性金属塑料瓦也已有工程运用经验，推力瓦运行参数比较优良，具有性能可靠、瓦间受力均匀、安装维护方便等优点。

推力轴承由20块扇形瓦组成。

推力轴瓦采用俄罗斯进口弹性金属塑料瓦。

推力瓦与弹性油箱为面接触，可有效减小瓦面在受力后变形。

现场不需作推力瓦受力调整及推力瓦刮瓦。

3）推力轴承瓦采用双层瓦，在结构上考虑必要时上移油槽，可将推力瓦单独取出，对推力轴承进行就近或机坑外检修。

4）下导轴承布置在下机架中心体内。

下导轴承由导轴瓦、楔形调整装置等组成。

下导轴承由16块扇形瓦组成，采用巴氏合金瓦。

瓦的背面有球面支承柱，该结构在运行时能自动产生偏心。

径向力通过支承柱传到楔块上，楔块组装在油槽导轴承支架上。

利用楔块可以调整轴瓦间隙和转子中心。

这种调整装置充分考虑了调整过程的全部细节，使间隙调整方便、可靠、准确。

5）上导与下导结构基本相同。

导轴承为油浸式自循环钨金瓦结构，润滑油由装在油槽内的弹簧式油冷却器冷却，并采用新型接触式密封防止油雾污染。

6）推力轴承采用润滑油在油槽外自循环冷却的润滑方式，而润滑油通过装在油槽外的冷却器进行冷却。

冷却器设计为正反向均可进水以防沉淀物堆积，且可在不拆卸轴承条件下进行更换或检修。

7）在推力轴承和导轴承的油温不低于＋5℃时允许机组在各种工况（含飞逸工况）下投入正常运行，同时允许机组在停机后立即起动；并允许在事故情况下不加刹车停机，均不损坏轴瓦。

8）润滑油采用水冷却方式。

在正常运行时，如果轴承冷却水中断，允许带额定功率无损运行至少30min。

5．机架

1）上机架

上机架为非负荷机架，由中心体和8条支臂组成，在工地与中心体组焊。

上机架传力结构的设计8个切向键，支脚与基础板之间在径向上保持一定间隙，而在切向上滑动相接，在机组异常运行（如突然短路、飞逸、半数磁极短路等）工况下风道壁不受径向冲击力，在机组正常运行时，允许上机架径向自由膨胀，避免风道壁承受热应力。

这种结构的上机架，可保证通过上导传递的各个方向的径向力转变为切向力作用在机坑风道壁上，使风道壁受力状况得到极大改善。

2）下机架

下机架为负荷机架,承受所有转动部件重量、水轮机的轴向水推力、下机架自重和推力轴承、下导轴承重量以及各种工况下作用在下机架上的径向和切向负荷。

它通过基础板用地脚螺栓固定在基础上。

由中心体和12条支臂组成，在现场焊接为一体。

因此，它在保证了安装精度的同时还缩短了安装工期。

下机架设计保证能通过发电机定子取出。

在下机架的上部，设有钢密封隔板。

用于形成密闭通风腔。

下部设置地板，在适当位置上均设有带有铰链盖板的孔洞，可供人员出入。

6．风洞及机坑

发电机装于钢筋混凝土机坑内，在坑顶与楼板同高处设盖板将坑封盖，构成封闭的风罩。

发电机上盖板的设计能作为工作平台，可分块拆卸以利于空冷器吊出。

设置配有暗锁及带拉手的机坑防火密封进人门。

7．集电装置和接地碳刷

A.滑环置于发电机上端轴的上端。

集电环材质为Q235—A钢。

与不锈钢相比，碳钢的导电性比不锈钢好，且散热性约为不锈钢的2倍。

因此使用碳钢的集电环不易发热，选用合适的炭刷同样有良好的耐磨性能。

B.刷架固定于发电机顶罩上。

刷架与滑环均在密封的风罩内,且与发电机风室分开,以保证碳刷粉尘不污染定转子。

顶罩壁过滤器用来吸收碳刷粉尘以保持顶罩内清洁及厂房的空气清新。

C.集电环的最大摆度不超过0.5mm。

D.下机架中心体底部靠近发电机转轴处装有接地碳刷。

8．附属设备

1）通风、冷却系统

A.通风冷却系统采用密闭双路径向无风扇自循环通风冷却系统。

冷却风压由圆盘支架、磁轭、磁极转动时的离心作用形成。

由装于转子磁轭上的上、下挡风板及定子端部的风罩组成上下对称的风道。

循环路径为：

圆盘支架－磁轭－磁极－定子－空气冷却器－机坑－圆盘支架。

定子机座外装设八只空气冷却器，空冷器结构采用LTS空气热交换器。

该结构具有风阻低、传热效率高、用水量少、清洗方便等优点。

B.空气冷却器数量保证在一台冷却器退出运行时，不影响发电机按最大功率及额定工况运行，各部分的温升不超过规定值。

2）制动装置

A.发电机采用机械制动停机方式。

B.制动气压0.5MPa～0.8MPa。

C.在下机架上设12只双活塞油气腔分开、气复位式制动器。

每只制动器上设双接点行程开关，能反应制动器是否动作或全部复位。

制动块采用非石棉聚合树脂材料，摩擦系数大，不污染环境，粉尘少。

D.在制动器下层活塞下可送高压油以顶起转子,顶起行程为12mm。

3）灭火装置

定子线圈两端装有灭火环管。

环管材料采用不锈钢,上、下环管各装有足够的喷雾头。

喷雾头型号ZSTWB-30-120,灭火介质为水。

当发生火警时,半自动或手动操作供水,通过环管向线圈端部喷雾以灭火。

线棒上、下端均安装线状火警探测器。

该火警系统在线圈温度达到150℃时自动声光报警,并指示线圈过热位置。

当线圈温度达到200℃时,再次报警,信号可接至停机回路和投水灭火回路。

4）防潮装置

1）在机坑内沿圆周方向均布12只2kW的电加热器,电加热器与发电机控制系统相互闭锁，加热器在停机时能自动投入，机组运行时能自动退出。

2）在机坑内布置2只除湿机。

5）防油雾装置

防油雾装置设有数道油封。

该油封装置设在推力油槽盖板与主轴之间。

密封形式为新型专利产品树脂材料接触式密封，接触式密封材料后设置弹簧自动补偿。

另外，通过从油槽内由余压排出含有少量油雾的空气,此空气经油气分离器分离出的油返回油槽或排到集油箱。

此装置可完全消除油雾对发电机的污染。

6）自动化系统

机组按无人值班，少人值守的原则进行自动化元件配置。