发电机结构说明.docx

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发电机结构说明

#3、#4发电机结构说明

一．发电机简介及主要技术规范

　　嘉电二期#3、#4发电机是由东方电机股份有限公司承造。

东电公司和日本日立公司于1991年签定了合作设计、合作生产4台600MW汽轮发电机组的合同。

双方合作的第一台发电机为山东邹县电厂的#5机，但该台机90%以上的制造加工是由日本公司完成，而邹县电厂的#6机则是由日立公司派人在现场监制，整个生产过程由东电自行完成。

该台机于1997年3月完成了工厂型式试验，同年11月通过168小时试运。

　　嘉电二期的#3、#4发电机为汽轮机直接拖动的隐极式、二极同步发电机；采用水氢氢冷却方式，即定子绕组直接水冷，转子绕组直接氢冷（气隙取气方式），定子铁芯氢冷；发电机采用密闭循环通风冷却，轴承为强迫润滑（由汽机润滑油系统供油）；发电机配有一套氢油水控制系统，以提供和控制发电机冷却用的氢气、密封用油和定子线圈冷却用水；定子铁芯是用相互绝缘的扇形冲片迭装压紧成的；定子线棒由绝缘空心线和实心线混合编织，并经540°换位组合而成；发电机的励磁型式为自并励静止励磁系统。

发电机主要技术规范如下：

1.1型式：

全封闭自循环水／氢冷却、强迫润滑、隐极式转子、同步交流发电机

1.2额定容量：

667MVA

1.3额定功率：

600MW

1.4额定电压：

22V

1.5额定电流：

17495A

1.6额定功率因数：

0.9（滞后）

1.7短路比：

≥O.55

1.8氢压：

0.414MPa（4.22Kg/cm2g）

1.9频率：

50Hz

1.10极数：

2

1.11相数：

3

1.12转速：

3000r/min

1.13冷却方式：

定子绕组：

水内冷

转子绕组：

氢内冷

1.14绝缘等级：

定于绕组：

F（按B级绝缘温升使用）

转子绕组：

F（按B级绝缘温升使用）

定子铁芯：

F（按B级绝缘温升使用）

1.15效率：

≥98.9％

1.16不平衡负荷能力稳态I2≥8％

暂态（I2）2t≥10s（tmax≤120sec）

1.17冷却器进水温度：

≤33℃（包括氢气冷却器和定子绕组水系统冷却器）

1.18进氢温度：

46℃

1.19定子绕组进水温度46℃

1.20温度限值：

定子绕组：

≤120℃（电阻法）

定于绕组冷却水出水：

≤85℃（热电偶法）

转子绕组：

≤115℃（电阻法）

定子铁心：

≤120℃（热电偶法）

1.21氢气纯度：

≥98％

1.22漏氢量：

≤12m3／日

1.23噪声水平：

≤85dB（A）（测距lm）

1.25氢气冷却器容量：

一组冷却器退出运行，发电机组可带80%额定负荷.

1.26定子机座型式：

整体机座

1.27励磁系统：

静止可控硅整流励磁系统

二、发电机结构

　600MW汽轮发电机结构示意图如图一。

图一

1.定子机座与隔振

2.机座是用钢板焊成的壳体结构，具有足够的强度和刚度，其作用是支承定子铁心和定子线圈，并构成特定的冷却气体流道。

作为氢气的密闭容器，能承受机内意外氢气爆炸产生的冲击。

3.机座由端板、外皮和风区隔板等组焊而成，并形成特定的环形进出风区。

4.机座与出线罩之间的结合面用焊接方式进行密封（在电厂安装时进行），与端盖之间用注入密封胶的方式进行密封。

5.铁芯与机座之间装设轴向弹簧板，能有效地吸收两极电机所特有的铁心倍频振动,减小振动对机座及基础的影响。

2.定子铁心

定子铁芯是用相互绝缘的扇形片叠装压紧制成的。

为减少电气损耗，扇形片采用高导磁低损耗的冷轧硅钢片冲制而成。

扇形片两面刷涂加有无机填料的热固性绝缘漆。

扇形片冲有嵌放定子线圈的下线槽和放置槽楔用的鸽尾槽。

叠压时利用定子定位筋定位，迭装过程中经多次施压，两端采用低磁性的球墨铸铁压圈将铁芯夹紧成一个刚性圆柱体。

铁芯齿部是靠压圈内侧的非磁性压指来压紧的。

边段铁芯涂有粘接漆，在铁芯装压后加热使其粘接成一个牢固的整体，进一步提高铁芯的刚度。

边段铁芯齿设计成阶梯状并在齿中间开窄槽，同时在压圈上装有整体的全铜屏蔽，以降低铁芯端部的损耗和温升。

发电机在欠激运行时，铁心端部物件上边漏磁通将会增加，铁心边端齿部及压圈上将会感应出很大的涡流，导致温度升高。

为避免这些部件过热，特采取以下措施。

a）采用铜屏蔽

铜屏蔽安装在压圈表面，根据涡流效应，可使端部大部分轴向漏磁通被屏蔽掉（漏磁通是不允许进入铁心端部的）。

但是，就铜屏蔽本身而言，涡流大小应予考虑.然而铜屏蔽的电阻率仅为通常所使用的球墨铸铁压圈电阻率的五分之一，热传导系数是该种压圈的五倍，从磁通透入深度的相对关系看，其损耗也仅为压圈的二分之一，所以在铜屏蔽上不会出现局部过热区。

图三：

铜屏蔽

b）边端扇形片齿部开小槽

齿部占涡流路径区域的二分之一，开小槽后可使漏流损耗减至原来的约四分之一。

c）使用高电阻率，低导磁率的压圈和压指

铁心固紧采用高电阻率，低导磁率的材料制做压圈和压指，增加铁心和铜屏蔽之间的阻抗。

d）增加铁心端部的内径（即采用阶梯状边端铁心）

端部铁心区域铁心内径大于中部正常段区域铁心的内径，其目的是为了避免漏磁通集中在端部区域，而形成局部过热。

e）使用无磁性护环

根据祛磁效应，护环的磁阻随漏磁通增加而增加。

由于屏蔽作用即可避免磁通增加、对于漏磁通而言，护环的磁阻起到了去磁作用，根据视频作用，可防止磁通增加。

3.定子绕组

定子绕组由嵌入铁芯槽内的绝缘条形线棒组成，绕组端部为篮式结构，并且由连接线连接成规定的相带组。

采用连续式F级环氧粉云母绝缘系统，表面有防晕处理措施。

线棒由绝缘空心股线和实心股线混合编织换位540°组合而成。

定子线棒是通过空心股线中的水介质来冷却的。

冷却水路是双支路，每一根线棒均为励端进水，汽端出水。

冷却水从励端的汇流管和绝缘引水管并通过线棒端头的水接头进入线圈，冷却线圈后再经过汽端的绝缘引水管和汇流管排入外部水系统。

在线圈端部，每根空心股线经水盒与水接头相连接，所有股线都钎焊到水盆子上，电连接片也被钎焊到水盒子上。

绝缘引水管将汇流管和水盒子上的水接头相连，汇流管是接地的，因此，绝缘引水管能够承受发电机的运行电压。

线圈端部部件能承受正常运行时的振动以及诸如非周期运行和短路事故所产生的线棒之间的电磁力。

3.1定子绕组端部固定

定子绕组端部用浸胶涤玻绳绑扎固定在由玻璃钢支架和绑环组成的端部固定件上，绑扎固定后进行烘焙固化，使整个端部在径向和周向成为一个刚性的整体，确保端部固有频率远离倍频，避免运行时发生共振。

轴向可沿支架滑销方向自由移动，减少由于负荷或工况变化而在定子绕组和支撑系统中引起的应力，满足机组调峰运行的要求。

图四：

端部固定件

3.2热电阻（R.T.D）检温计和测温接线板

在定子绕组的每一相所设定的最热点位置埋设检温计（R.T.D），测量绕组的温度。

在冷却器的进风区埋设检温计，以测量冷却器的进出风温。

铂金属的电阻值随温度的变化而变化，因此通过测量其电阻值的变化就可以达到测量温度之目的，其电阻值在0℃时为100Ω。

（检温计由三根引线引出并可对由于引线长短不同所引起的测量误差进行补偿，为了避免外部电磁干扰引线外包铜线编织的屏蔽网，并接地。

）

检温计的引线，穿过密封接线板引出机外，与温度指示器或监视器相连。

3.3热电偶

发电机在欠激运行时，定子端部部件（如铁心边端齿部、压圈、铜屏蔽等）温度将会很高，这些部位均埋设热电偶以测量其温度。

在定子压圈，铜屏蔽和铁心边端齿部测量部位所安装的热电偶是铜——康铜热电偶，其传感部件焊在测点位置。

为了测量定子绕组冷却水的出水温度，在绝缘引水管的出口处埋设热电偶。

热电偶的股线和保护套之间的间隙用诸如磁性氧化物、氧化铝、氧化锆等陶瓷类物质填充。

使股线与外层空气隔绝，并可避免热电偶在空气中和高温下被腐蚀。

热电偶引线（玻璃丝包股线）被引至测温端子箱的出线板上。

3.4通风与冷却

发电机采用径向多流式密闭循环通风，在铁心和机座外皮之间由环形隔板分成进风区和出风区，各风区由风管彼此相连，构成交替的进出风路。

定子铁芯沿轴向分为十三个风区，六个进风区和七个出风区相间布置。

安装在转轴上的两个轴流式风扇（汽、励端各一个）将氢气分别鼓入气隙和铁芯背部；进入铁芯背部的氢气，沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后，进入气隙；少部分氢气进入转子槽内风道，冷却转子绕组；其他大部分氢气再折回铁芯，冷却出风区铁芯，最后从机座风道进入冷却器；被冷却器冷却后的氢气进入风扇前，进行再循环。

这种交替进出的径向多流通风，保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，减少了结构件热应力和局部过热。

图五：

600MW汽轮发电机通风示意图（该图形没有读懂）？

4转子

4.1转轴

转轴由整体锻造高强度、高磁导率合金钢加工而成（日本进口）。

转子本体上加工有放置励磁绕组的轴向槽，本体同时作为磁路。

转子具有传递功率、承受事故状态下的扭矩和高速旋转产生的巨大离心力的能力。

转子大齿上加工横向槽（即月牙槽），用于均衡大、小齿方向的刚度，以避免由于它们之间的较大差异而产生倍频振动。

4.2转子绕组

转子绕组采用具有良好的导电性能、机械性能和抗蠕变性能的含银铜线制成。

转子绕组槽部采用气隙取气冷方式。

从进风区气隙吸入氢气以冷却转子铜线。

氢气到达底匝铜线后，转向进入另一排风道，冷却转子铜线后再通过转子槽楔，从出风区排入气隙。

转子由氢气直接冷却，采用气隙取气斜流内冷却方式。

利用转子自泵风作用，在两端部，冷却氢气从护环下进入绕组的冷却风道，冷却绕组端部后，从本体端部的出风区排出。

在转子本体上，沿轴向交替分布进风和出风区（进风区长406mm），冷却氢气通过转子槽楔后，进入两排斜流风道，冷却励磁绕组后，从出风区槽楔的风孔排出。

由于采用了以上多种并联冷却风道，使采用氢气冷却的转子和铁心能够与采用水冷却的定子绕组相匹配。

转子线圈放入槽内后，槽口用铝合金槽楔和钢槽楔固紧，以抵御转子高速旋转产生的离心力。

非磁性槽楔和磁性槽楔的应用保证了合理的磁通分布。

　　转子槽衬用含云母、玻璃纤维等材料的复合绝缘压制而成，具有良好的绝缘性能和机械性能。

4.3转子引线和集电环

通过转子引线与集电环以及电刷装置可以提供发电机额定出力及强励时所需的励磁电流。

转子绕组通过转子引线、导电杆及导电螺钉与集电环相连接。

导电螺钉用高强度和高导电率铜合金制成。

导电螺钉与转轴之间有密封结构以防漏氢。

集电环用耐磨合金钢制成，与转轴采用热套装配。

在集电环与转轴之间设有绝缘套筒。

集电环上加工有轴向和径向通风孔。

表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。

两集电环间有同轴离心式风扇对集电环及电刷进行强迫冷却。

4.4护环

为了防止离心力对转子线圈端部的破坏，采用了非磁性高强度合金钢（Mn18Cr18）锻件加工而成的护环，保护转子线圈端部。

护环装配在转子本体两端，一端与转子本体热套配合，另一端为悬挂式。

4.5阻尼环

为了减少不平衡负荷产生的负序电流在转子上引起的发热，提高发电机承受不平衡负荷的能力，在转子两端护环下布置有紫铜板制成的阻尼环，其齿部深入本体槽楔下。

5氢气冷却器

氢气冷却器立放在发电机机座的四角。

氢气冷却器与机座之间的密封结构，既可密封氢气，又可在氢气冷却器因温度变化而胀缩时起到补偿作用，保证运行时具有良好的密封性能。

氢气冷却器的容量设计是按以下条件考虑的：

（1）5％的冷却水管堵塞时，发电机可以在额定出力下连续运行。

（2）一组氢气冷却器退出运行时，允许发电机带80％负荷连续运行。

6碳刷与刷架

6.1电刷是将励磁电流通入高速旋转的转子的关键部件。

为保证发电机在运行时能安全、迅速地更换电刷，采用了盒式刷握结构，每次可更换一组（4个）电刷。

电刷采用天然石墨材料粘结制成，有较低的磨擦系数和一定的自润滑作用。

每个电刷带有两根柔性的铜引线（即刷辫）。

采用恒压式盘簧作为电刷加压弹簧，从而在电刷长度达到其磨损极限之前没必要调整弹簧压力。

螺旋式弹簧恒定地将压力施加在电刷中心上。

刷架采用左右分瓣把合结构，由导电环、刷座及风罩等部件组成，对地绝缘。

6.2弹簧压力

由上图看出：

┌＞40mm时，电刷压力始终保持在1.2Kg±20%以上

电刷长度：

│

└≤40mm时，电刷压力急剧下降

6.3电刷的更换：

正常操作条件下的电刷磨损量在１０００小时时为１０－１５ｍｍ，当电刷长度达到接近磨损极限时，电刷软导线便处于几乎完全伸长的状态。

在每把电刷上都标有一条磨损极限，如果电刷磨损超过这条线，将不能继续使用，需进行更换。

7端盖

发电机采用端盖式轴承。

端盖沿水平方向分为两半以方便安装。

所有静止接缝面经过精加工，具有良好的接触配合。

合缝面设有密封沟，沟内用密封胶填充以保证良好的气密。

端盖由钢板焊成，具有足够的强度和刚度，除了支持转子外，还能承受机内氢气压力甚至氢爆产生的压力。

端盖图