第三章600MW发电机结构及其冷却系统102-563

1、第三章 600MW发电机结构及其冷却系统第一节 概述我国自20世纪80年代后期起，从国外进口了不同制造厂商生产的600MW汽轮发电机。哈尔滨电机有限公司（原哈尔滨电机厂）生产的引进（美国西屋公司）型600MW汽轮发电机两台，于1989年和1992年先后在安徽平圩电厂投入运行。1994年，我国首台国产化型600MW汽轮发电机也已装于哈尔滨第三发电厂正常运行。到目前为止上海汽轮发电机有限公司引进美国西屋公司已生产QFSN6002型发电机近20台。岱海发电有限责任公司一期工程汽轮发电机是上海汽轮发电机有限公司引进美国西乌公司技术生产的由汽轮机驱动的600MW水氢氢高速汽轮发电机，能与各种型号、规格的

2、600MW亚临界、超临界、核电汽轮机相匹配。本发电机是在电力部对引进技术600MW发电机组提出的优化和机组创优工程要求基础上进行优化设计的：一 发电机特点该发电机容量上满足与600MW汽机匹配的最大出力要求，最大的连续出力可达648.4MW ，设计效率高达99。发电机组沿用了引进的高起始响应的励磁系统，能在电力系统故障时0.1秒内达到顶值电压与额定电压之差的95。采用静止励磁方式顶值电压可大于2.5倍以上，并用数字式AVR代替模拟式AVR，提高励磁系统的可靠性。转子采用国内有成熟经验的气隙取气冷却方式，其他主要结构均保留西屋公司原有的成熟可靠结构，如穿心螺杆、磁屏蔽、分块压板固定的定子铁心、上

3、下层不同截面的定子线圈、刚一柔结构的定子端部固定、端盖式轴承、可倾瓦式轴瓦、双流双环式密封瓦等以保证足够的运行可靠性。改进了转子阻尼结构，提高电机负序电流承载能力。 方便运输：定子最大运输宽度从考核机组4115米减小到4米，定子运输重量不超过320t。对内陆地区，可采用分段式机座，运输重量为260t。该发电机具有容量大、效率高、性能好和高可靠性等特点，是一个完全达到电力部门优化要求的、科技含量很高、相当于当代国际先进水平的新产品：二 遵循的标准该600兆瓦级优化型水氢氢汽轮发电机的接收、吊运、储存、安装、运行、维护和检修遵循如下标准：国标GB/T7064“透平型同步电机技术要求”国标GB755

4、“旋转电机基本技术要求”IEC34-1（第八版）“旋转电机第一部分一额定值和性能”IEC34-3“汽轮发电机的特殊要求”国标GB7409“大中型同步发电机励磁系统技术条件”IEC34-16（1991-02 ）“关于同步电机励磁系统的若于规定”美标ANSI C5013“隐极式汽轮发电机的技术要求”标准编制中，同时也满足我国有关安全、环保等标准和规定，并在消化引进西屋公司300-600兆瓦级氢冷汽轮发电机组技术的有关技术资料（含最新信息）的内容后结合国产(300MW和600MW）定于水内冷技术以及转子气隙取气氢内冷技术编写而成。三 发电机型号的组成及代表意义发电机型号QFSN-600-2 所代表意

5、义是：QF-代表汽轮发电机600代表600兆瓦额定容量S代表定子水内冷N代表氢内冷2代表二极四 工作条件及使用环境发电机长期连续运行的正常工作条件是：1 安装地点在海拔 1000米及以下的一般室内场所。2 氢气冷却器、定子水冷却器及励磁机的空气冷却器循环水最高进水温度一般不超过33。3 其它各项技术要求及数据请见第二节。4 发电机在海拔超过 1000米也能带额定容量运行；其条件是在机内冷却系统中作为初级冷却介质的氢气能保持额定的绝对氢压而与海拔高度无关，但在密封、机壳和辅机等方面应事先与生产单位达成协议。五 主要技术性能1 本型发电机具有调峰能力。当电网需要时，发电机允许调峰运行和两班制运行。

6、在寿命期间允许启停次数不少于一万次。2 发电机在下列情况下能输出额定出力：a） 冷却氢气进口温度不大于46b） 氢冷却器冷却水进水温度不大于35c) 定于绕组内冷水进水温度不大于50d） 氢压不低于额定值，氢气纯度不低于95。3 发电机在上述情况下，在所提供的出力曲线范围内能在超前095功率因数下带额定兆伏安长期连续运行。4 发电机在额定功率因数、电压变化范围为额定值土5、频率变化范围为土2时能按照IEC国际标准上的图形，连续输出额定功率。5 定子冷却水短时断水运行的持续时间应小于30秒。6 发电机机座的汽、励两端各有一组氢冷却器，每组在水路上独立地分成两个并联水支路，当停用一个水支路时，发电

7、机能承担80额定功率连续运行。7 发电机的定子和转子绕组允许短时过负荷。六 安全运行条件发电机必须在其频率、电压、相序与电网完全同步后才能并入电网。新安装发电机组轴系在轴径上的双幅振动值应不大于0076毫米，在轴承座上的双幅振动值应不大于0.025毫米。运行中的机组轴系在轴颈和轴承座上的双幅振动值如大于上述数值，而不大于国标GBT7064中有关条款的规定时，机组的运行仍将是安全的。但当运行中轴振大于0.25毫米时，机组应自动停机解列。控制机内氢气含湿量折算到大气压的露点应5且不低于一25，以维持防止发电机绝缘性能下降发生短路事故和避免护环应力腐蚀而产主裂纹的机内环境。当发电机机内充有氢气时或在

8、置换氢气时，附近地区不得进行明火作业。当发电机处于空气状态下，必须把供氢管道中一支可拆卸式氢气管路拆掉。这样做了，即使误操作，也不可能将氢气送入发电机内；可以彻底排除形成爆炸性混合气体的可能性，确保机组的安全。氢冷发电机机座都是设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座应能承受氢气和空气混合体的最强烈的爆炸。这类爆炸不得损伤电机外部的人员、器材和厂房。这种事故只有在气体置换过程中，出现误操作的情况下才可能发生。正常运行时氢压远大于大气压，空气是不可能直接进入机座的，故只要维持必要的氢气纯度，充氢运行时发电机是很安全的。在氢气置换过程中必须确认气体的取样分析部位正确无误：在用CO2置换 H2或空气时；

9、必须在机座顶部取样；在用 H2或空气置换 CO2，一定要在机座底部取样。如取样不当，误报混合气体的成分，造成高纯度的假象，就潜伏着混合气体是爆炸性的可能性，或CO2实际上仍留在机内而使进入机内者有被窒息的危险。在运转中，万一发生密封瓦烧毁或密封断油事故，氢气将会从密封支座与轴颈之间喷出。此时，必须立即停机解列低速盘车，排氢降压，在低氢压时再用CO2置换氢气，一般情况由于高压氢气急速扩容，大量吸热，氢气喷出时不至于发生火灾，但在现场要杜绝一切火花以免引爆。如果发生火灾应立即用也只能用CO2气体灭火，以资安全。第二节 600MW发电机的技术参数引进型和国产优化型600MW汽轮发电机：额定电压多为2

10、0KV和24KV，额定功率因数都为0.9，效率在98.7以上；短路比都不小于0.5；定子绕组联结法都为YY结构。冷却方式都为水氢氢，即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及端部构件氢冷。岱海发电有限责任公司一期工程汽轮发电机设备是上海汽轮发电机有限公司生产的优化QFSN6002型，共计两台，总容量1200MW。一 发电机组技术数据表31所列为经上海汽轮发电机有限公司优化后设计的岱电一期工程QFSN6002型汽轮发电机的主要技术数据。表32为QFSN6002YH发电机与QFQS2002发电机技术数据比较表31 岱电一期工程发电机组技术数据制造厂家上海汽轮发电机有限公司发电机型号QFSN-60

11、0-2级数2相数3接线方式YY额定容量667MVA有功功率600MW无功功率290MVAR定子电压20KV定子电流 19250A功率因数0.9（滞后）额定励磁电压（90）407V空载励磁电压（75）139V额定励磁电流4145A空载励磁电流1480A额定效率（保证值）98.85%额定频率50HZ额定转速3000r/min发电机主要性能参数定子槽数42转子槽数32定子每相串联匝数7定子绕组对地主绝缘厚度5.4mm定子绕组匝间最大电压7143V定子绕组工频绝缘强度43000V短路比0.54发电机波阻抗74.3定子绕组每相对电容0.213uF（设计值） 转子每槽匝数8转子电流密度9.23 A/mm&

12、#178;转子槽绝缘单边厚度1.3mm气隙磁密10160Gs转子匝间绝缘厚度0.4mm护环直径1228mm护环长度825mm集电环外径380mm转子绕组电感0.701H发电机负序承载能力I2(最大稳态值)10% I22*t(最大稳态值)10S发电机飞轮力矩3.8×104Kg·m2发电机临界转速 一阶731 r/min二阶2136 r/min三阶4483 r/min定子绕组直流电阻（75时）1.443×10-3转子绕组直流电阻（75时）0.0755直轴同步电抗Xd215.5%交轴同步电抗Xq210%零序电抗XO（非饱和值/饱和值）10.1/9.59%负序电抗XZ（非

13、饱和值/饱和值）22.1/20.3%定子绕组漏抗XL15.861%转子绕组漏抗XF15.304%发电机噪声水平85db(A)发电机容积:未插转子100 M3插完转子90 M3定子铁芯内径1316 mm定子铁芯外径2673 mm定子铁芯长度6300mm定子外壳压力1.0MPa定子绕组尺寸空心m×h壁厚4.7×7.5-1.35mm实心m×h2.24×7.5mm每槽线圈股数空心上层4×5，下层4×4 n实心上层4×10，下层4×8 n定子电流密度上层8.5，下层10.6 A/mm²定子线负荷1955 A/cm定

14、子绕组并联支路数2转子本体长度6250mm转子总长度12420 mm转子直径1130 mm发电机主要部件重量:发电机总重量485T发电机定子总重量320T发电机定子运输总重量345 T发电机定子运输尺寸L×W×H10520×4020×4350mm转子装配重量66T内端盖重量440Kg导风环重量150Kg外端盖重量(汽端/励端)10874/10560 Kg冷却器外罩重量12066Kg出线盒重量5154 Kg瓷套端子重量287 Kg中性点外罩重量258 Kg主引线端子重量138 Kg发电机冷却方式：水、氢、氢定子线圈、引出线、出线瓷套端子水冷定子铁芯，转子线

15、圈和气隙氢冷绝缘等级：定子绕组F级转子绕组F级定子绕组冷却水流量100t/h定子绕组冷却水压力1.5-2.0MPa发电机各部温度极限：定子绕组冷却水进口水温定子绕组冷却水电导率定子绕组出水定子绕组上、下层线棒间定子铁芯定子端部构件500.5-1.5us/cm8590120120发电机氢气及冷却系统气体冷却器数目2台4组每组冷却器百分比容量25%退出一组冷却器发电机出力480 MW气体冷却器进水温度33气体冷却器出水温度37气体冷却器水流量900 t/h额定氢压(表压力)0.4MPa最大压力(表压力)0.5MPa冷氢温度46-48发电机出口风温80额定纯度98%最低允许纯度95%含氧量1%漏氢量

16、10/9 M3/24h定子绕组内冷却水入口处压力(表压)0.15-0.2MPa入口处温度4550流量90-105m3/h20 时的导电率0.51.5us/cm20 时的PH值6.87.3表32 QFSN6002YH发电机与QFQS2002发电机技术数据比较 额定数据型号QFSN6002YHQFQS2002额定容量666.67MVA235.3MVA额定功率600MW200MW最大连续出力654MW额定功率因数0.90.85额定电压20KV15.75KV额定电流19245A8625A额定转速3000RPM3000RPM额定频率50Hz50Hz相数33定子接法YYYY冷却方式水氢氢水氢氢额定工作氢压

17、0.4Mpa0.3Mpa短路比0.5420.534效率98.94%98.2%稳态I28%InI210%In暂态（I2In）2·t10（I2In）2·t10定子槽数4254每极每相槽数79并联支路数22极数22绕组节距123转子槽数3232每根线棒实心导线7224每根线棒空心导线366实心导体尺寸W×H7.5×2.24mm空心导体尺寸W×H×（壁厚）7.5×4.7×1.35mm定子电流密度J8.3310.41 Amm2定子线负荷Ast1955Acm1290Acm定子铁芯外径Da2673.4mm定子铁芯内径Di1316

18、mm1150mm定子铁芯长度Li6300mm5370mm气隙（单边）g88mm70mm定子总重量300T189T转子重量65T43T转子外径D21140mm1010mm转子本体有效长度6250mm5470mm转子运输长度L212670mm10680mm护环直径Dk1238mm护环长度Lk890mm集电环外径380mm定子绕组绝缘等级FB定子铁芯绝缘等级FB转子绕组绝缘等级FB噪音85dB85dB轴承座最大振动值（水平、垂直）0.025mm（双幅值）0.025mm（双幅值）轴承相对位移值0.076mm（双幅值）0.076mm（双幅值）端部绕组固有振频率合格范围fZ94Hz，fZ115HzfZ94

19、Hz，fZ115Hz端部绕组自振频率避开基频+15%和倍频10%避开基频+15%和倍频10%发电机转向汽侧看顺时针方向汽侧看顺时针方向励磁方式静止自并励交流主励磁机、中频副励磁机同轴额定励磁电压励磁变压器20KV0.893KV 额定容量3×2000KVAY，D11（Y）接线方式453V额定励磁电流4202A1749A氢气纯度98%98%氢气湿度（露点） 5 0进入定子绕组冷却水水量93M3h30M3h进入定子绕组冷却水温度5040±2定子绕组出水温度9070冷却水进水导电率0.51.5Scm（常温）0.51.5Scm（常温）系统软化器出水导电率0.10.5Scm0.10.5

20、ScmPH值7878压力0.250.36MPa0.10.2 MPa离子交换柱出水量4060Lmin二次进水温度3333二次水量170M3h30M3h氢气冷却器进水温度20331530发电机进风温度4040发电机内部充气容积110 M383M3密封油压高于氢压0.05±0.01Mpa0.05±0.01Mpa氢气冷却器用水量（4个）620Th300Th发电机漏氢量（保证值期望值）118（m3d）14 m3d续表 QFSN6002YH发电机设计参数设计参数单 位数 值定子每相直流电阻（75）0.00149转子绕组直流电阻（75）0.098定子每相对地电容（A、B、C）F0.22转

21、子绕组自感H0.38直轴同步电抗Xd%228.62横轴同步电抗Xq%226.58直轴瞬变电抗（不饱和值）Xdu%28.87直轴瞬变电抗（饱和值）Xd%25.40横轴瞬变电抗（不饱和值）Xqu%44.14横轴瞬变电抗（饱和值）Xq%34.84直轴超瞬变电抗（不饱和值）Xdu%23.54直轴超瞬变电抗（饱和值）Xd%21.66横轴超瞬变电抗（不饱和值）Xqu%20.59横轴超瞬变电抗（饱和值）Xq%18.94负序电抗（不饱和值）X2u%22.06负序电抗（饱和值）X2%20.30零序电抗（不饱和值）X0u%9.94零序电抗（饱和值）X0%9.14直轴开路瞬变时间常数Tdos8.27横轴开路瞬变时间

22、常数Tqos1.14直轴开路超瞬变时间常数Tdos0.04横轴开路超瞬变时间常数Tqos0.06直轴短路瞬变时间常数Tds1.35横轴短路瞬变时间常数Tqs0.13直轴短路超瞬变时间常数Tds0.04横轴短路超瞬变时间常数Tqs0.04灭磁时间常数Ts3转动惯量（GD2）N·M23.7×105失磁异步运行能力MW240失磁异步运行时间min15进相运行能力MW600进相运行时间h连续运行能力三相短路稳态短路电流%180失步功率MW240额定负荷下的不同步能力20振荡周期电动机状态运行能力s60发电机使用寿命年30二 漏氢量当发电机在额定氢压0.4兆帕下运行，保证漏氢量每天不

23、大于113立方米（常压下的体积），当在额定氢压为050兆帕下运行时，则不大于134立方米。总装后机内的气体容量约为110立方米，上述漏氢量低于能源部规定要低于5机内气体容量的要求。发电机内定子绕组水支路的容积约为036立方米，在额定氢压下做空气气密试验时气体泄漏量每天不超过绕组水支路容积的4。三 励磁系统主要特征岱海电厂QFSN6002型发电机采用具有高起始响应性能的静止自并励励磁系统。在额定工况下，发电机励磁电压能在01秒内从额定电压值上升到顶值电压与额定励磁电压差值的95。强励顶值电压：2倍额定励磁电压。采用静态励磁顶值电压可大于25倍以上。允许强励时间：10秒第三节 发电机的结构一 发电

24、机的冷却发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。为使这些部件发出的热量散发出去，必须采用高效的冷却措施，保证发电机各部分温度不超过允许值。在汽轮发电机的发展过程中，冷却方式的发展一直占有主导地位。它关系到整个发电机的技术经济指标以及运行的可靠性，因此，发电机运行中的各部件冷却质量十分重要。对于200MW及以上汽轮发电机组主要是使用冷却效果好的冷却介质，并发展了把冷却介质引入载流导体内的直接冷却技术，即所谓绕组的内部冷却方式。目前用以大型发电机冷却的介质有氢气、水和油。它们的冷却能力都比空气强，表33列出了氢气、油和水与空气之间冷却能力的比较。从表中可以看出，水的

25、冷却能力最好。表33 各种冷却介质的冷却能力比较（设空气1.0）冷却介质相对比热相对密度相对流量相对冷却能力空气1.01.01.01.0氢气（414Kpa）14.350.351.05.0油2.090.8480.01221.0水4.161.00.01250.0在发电机冷却系统中，冷却介质可以按不同的方式组合。对于容量600MW的汽轮发电机，其定、转子绕组都采用内冷方式。按定、转子绕组和铁芯的冷却介质的不同组合，600MW汽轮发电机的冷却方式主要有以下几种。1）全氢冷：定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢冷。2）水氢氢冷：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及定、转子表面构件氢冷。3）水水氢

26、冷：定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、定子铁芯氢冷。汽轮发电机结构与冷却方式密切相关。国内外生产的600MW汽轮发电机大部分为水氢氢冷却方式，也有全氢冷或水水氢等型式。国内电厂已装设或正在计划装设的，以及国产的600MW汽轮发电机都为水氢氢冷却方式，因此以下几节将分别介绍相关电厂这种型式的汽轮发电机组成部分的结构特点。图31是上海汽轮发电机有限公司为岱图31 QFSN6002水氢氢冷汽轮发电机结构与外形1轴承、油封、端盖；2、冷却器；3、定子绕组；4、转子；5、定子铁芯；6、导风环及内端盖；7、风扇；8、引出导线海电厂生产的引进美国西屋公司技术优化设计制造的QFSN型600MW水氢氢冷汽轮发电机

27、的结构与外形。岱海电厂QFSN6002型汽轮发电机采用氢气为冷却介质。其特点如下：1 氢气密度很小，纯氢仅为空气的7；即使在发电机机座内氢压04兆帕下，其密度亦只有空气的50，因此大大降低了通风损耗。2 氢气具有高导热性（约为空气的7倍）和高的表面热传递系数（约为空气的135倍）。故氢冷发电机具有较大的有效材料单位体积的输出容量，特别是氢内冷结构中氢直接与发热导体接触，提高氢压可使发电机容量显著地提高。3 氢气冷却都为密闭循环系统，机内长期运行干净无尘，减少检修费用。4 机内无氧无尘，减少了异常运行状态下发生电晕所导致的对绝缘的有害影响，有利于延长绝缘寿命。5 氢气密度很低又密闭循环于由中厚钢

28、板焊成的机座内故环境噪音较小。现今商业性氢气纯度完全是惰性的和非爆炸性，而且不会助燃，所以使用是安全的；但亦必须指出当氢气与空气混合之后，在体积中含有氢气如在570的比例范围内，可能会发生爆炸。所以在发电机结构设计、安装及运行规程中必须确保在任何运行工况下，氢混合气体的比例远高达到爆炸的危险比例范围。为此在机座两端的端盖上装有轴密封装置。本型发电机采用了供油量较少，耗氢量也小，随动性好，运行安全的双环双流环式轴密封装置，并设有油密封供油系统和氢气置换及供应系统，将氢与外界大气严密隔离开来。同时，必须考虑到误操作可能导致爆炸事故，故把机座设计成为“耐爆型”。本型水氢氢汽轮发电机采用焊接的机座结构

29、。两端焊接式端盖支撑着对地绝缘的可倾式分块轴承。机座底脚与底板（台板）之间设置阶梯形垫片使机座的负荷集中作用在基础的两端，对称分布在两侧，很快向中间衰减，并在现场测试发电机底脚应力分布加以复核调整，确保定子机座两端的载荷分布，以改善与定子机座相联接的端盖轴承的支承刚度来降低机组的振动。定子机座与铁心间采用高强度弹簧板高效隔振装置，大大减轻铁芯电磁倍频振动对基础的作用。定子铁芯为多路径向氢表面冷却，端部结构件也为氢表面冷却。由于水内冷效果比氢内冷更好，故在本型发电机中采用了水内冷的定子绕组。连接线、主引线和出线瓷套端子，进一步缩小了定子的运输尺寸及重量。采用合金钢整体转子锻件。转子绕组的直线部分

30、为气隙取气斜流通风而端部为轴向两路通风的氢内冷方式。定、转子各有多路并联风区，冷热风区相间定、转子，并相互对应，近定子端部出槽口处在线圈端部的可调节绑环上设置气隙挡风环，并在气隙中设置冷热风区隔环以加强对转子的通风冷却。由于气隙取气斜流通风为自通风方式，故发电机内氢气可由对称地装在转子两端的单级轴流式低压风扇在发电机内形成氢气流动的闭合回路，因此这种通风形式具有风摩损耗较小，转子绕组温度较均匀。最高温度及平均温升较低的特点，具有提高发电机的效率和出力的潜力。热氢经两端氢冷却器冷却，除了励端的出线盒外，氢气流动的两个回路几乎是对称的。为不使机座和转子过长，氢冷却器设置在定子汽、励端的上部，横向装

31、配在冷却器外罩内，同时也减轻了定子、转子的运输重量和尺寸。发电机的结构与外形与图31相似。二 定子结构汽轮发电机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。1 机座、机座隔振定子弹性支撑机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。如果用端盖轴承，它还要承受转子的重量和电磁力矩。同时在结构上还要满足电机的通风和密封要求。水氢氢冷发电机的机座除满足上述一般电机要求外，对600MW发电机，机壳内的额定氢气压力为0.40.5MPa，还要能防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。机座由高强度优质钢板焊接而成。机壳和定子铁芯背部之间的空间是电机通风（氢气）系统的一部分，它的结构和气流方向随通风系统的不同

32、而异。对于定子铁芯为轴向通风的系统，机壳与铁芯背部之间的空间为简单风道。对于定子轴向分段、径向通风冷却的系统，常将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替地分为进风区和出风区。各进风区之间和各出风区之间分别用圆形或椭圆形钢管连通，也有的将每个进风区都设有独自的进风管，以减小各进风区（室）的压力差。进风孔设在风扇送出的高压风区，出风口通向风扇背侧的低压风区并途经冷却器。为了减少氢冷发电机通风阻力和缩短风道，冷却氢气的冷却器常安放在机座内的矩形框内。冷却器一般为两至四组，其布置位置主要有三种形式，即立放在发电机两端的两侧、立放在发电机中部的两侧、横放在发

33、电机上部两端（背包式）。端盖是电机密封的一个组成部分，为了安装、检修、拆装方便，一般端盖由水平分开的上下两半构成，采用钢板焊接结构或铝合金铸造结构。大容量发电机常采用端盖轴承，轴承装在高强度的端盖上。 端盖分有外端盖、内端盖和导风环（挡风圈）。内端盖和导风环与外端盖间构成风扇前或后的风路。对于大容量机组，为了减低由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起双频振动，以及短路等其他因素引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，发电机定子铁芯和机座之间多采用弹性联结。其结构形式有多种，其中以整体机座轴向组合式定位筋弹性隔振结构和采用内外机座切向弹簧板隔振结构两种形式，对大容量机组有较好的效果，已得到广泛应用。定

34、位筋弹性隔振结构定位筋弹性隔振结构（包括组合式弹性结构），也称为卧式隔振结构，又有几种形式。 （l）在定位筋两侧开槽的弹性隔振结构如图32所示。定位筋开槽后，本身就成为弹性部件用以完成定子铁芯与机座之间的弹性连接，这是一种最简单的弹性隔振结构。（2）在定位筋背部装弹簧板，结构如图33所示。弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。图33定位筋组合弹性隔振结构1弹簧板；2垫块；3定位筋；4定子铁芯片图32 定位筋两侧开槽 弹性隔振结构1压圈；2机座壁；3定位筋；4槽；5有效铁芯（3）在定位筋两侧装弹簧板，通过弹簧板再与机座连接。北仑港电厂#1机和石

35、洞口二厂的600MW发电机（分别为日本东芝和瑞士ABB厂制造）都采用定位筋弹性隔振结构。石洞口二厂发电机定子铁芯的固定方式如图34所示。图34 石洞口二厂发电机定子铁芯固定方式1定子铁芯；2弹性定位筋；3螺栓；4铁芯轴向通风孔内外机座切向弹簧板隔振结构 在采用内外机座切向弹簧板隔振结构中，机座分为内机座和外机座。定子铁芯先组装在内机座（内壳）中，内外机座之间用切向弹簧板连接。切向弹簧板沿轴向分为若干组，每组沿内机座外圆切向分布：一种是分布在上下和左右两侧（上下为水平的，左右为立式的）；一种是分布在左右和下面；还有一种是分布在左右两侧。后两种应用较多，见图35和图36。图35 定子弹性支撑1弹性

36、构件；2定子机座；3定子铁芯；4转子；5弹性构件；6稳定构件图36 有效铁芯固定在弹簧板上1外机座；2内机座；3弹簧板这种隔振效果很好。平圩电厂、哈尔滨第三电厂、邹县电厂的600MW发电机（分别为哈尔滨电机厂引进西屋技术、哈尔滨电机厂国产优化型、日本日立公司产品），都采用内外机座切向弹簧板隔振结构，有的称其为立式弹簧板隔振结构。国产优化型QFSN6002YH型汽轮发电机出厂试验结果，其隔振系数（铁芯和机座的振动比）约为10。岱海电厂一期600MW发电机定子机座和隔振结构：用氢冷却的发电机的机座必须考虑到万一发生爆炸时的安全性。虽然氢既不自然亦不助燃，但当氢气与空气混合起来则极易发生爆炸，其爆炸

37、的强烈程度与两种气体混合比的关系接近正弦曲线。当氢气含量分别为百分之五及百分之七十时，爆炸强度趋于零，在此两者中间的比例时则达到最强烈程度。把机座设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座应能承受0.01到 0.02兆帕表压下氢气和空气混合体的最强烈的爆炸。这类爆炸不得损伤电机外部的人员、器材和厂房。这种事故只有在气体置换过程中，出现误操作的情况下才可能发生。正常运行时氢压远大干大气压，空气是不可能直接进入机座的。机座是用优质中厚钢板及锅炉钢板冷作拼焊而成，气密性焊缝均通过焊缝气密试验的考核。每个机座都经过水压试验和消除应力处理和04·050兆帕气密试验的严格考核，因此氢冷发电机的运行是十

38、分安全的，除非发生转轴上的密封瓦乌金熔化或密封油供应突然中断的意外事故。但设备及操作规程部有十分明确的措施足以防止发生这种恶性事故。铁芯是通过高强度弹簧钢板组成的高效隔振装置固定在机座内的。当发电机运行时，转子和定子铁芯之间的磁拉力在定子铁芯中产生倍频振动，为此在本发电机的定于铁芯装配和发电机机座部件之间采用隔振性能较好的弹簧板弹性支撑结构，就使铁芯传到机座和基础上的倍频振动减少到很小。在机座的顶部，汽、励两端各设有一个安装冷却器外罩用的长周边矩形法兰结合面，在结合面上开有矩形密封槽，内充满密封胶以防氢气泄漏之用；在励端底部另设有一个长周边法兰结合面用以联接出线盒。机座的顶部还设有人孔。检查孔

39、，都由盖板密封；在底部则设有清理孔法兰、用于气体置换的管道接口法兰，以及测量气体纯度的、气体分析取样的、浮子式液位控制器（检漏器）和氢气干燥器等的管道接口，还有两端的定子水系统排污法兰。定子机座有整体式及三段组装式两种结构设计。整体式机座便于安装，整体运输重量为345吨，便于船运，也可装专用钳夹车在铁道上运输。而三段式机座的优点在于其运输重量较轻，约260吨，可用特制的平板车装载，更适合内陆铁路运输的需要。岱海电厂一期600MW发电机采用三段式机座，氢冷器横放在发电机上部两端（背包式）。2 定子铁芯定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，现代大容量发电机

40、定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.350.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂有耐高温的无机绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130，一般铁芯许可温度为105120。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。定子铁芯的叠装结构与其通风散热方式有关。大容量电机铁芯的通风冷却有三种方式：铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。轴向分段径向通风式，即铁芯沿轴向分成若干段：中段每段厚度为3050mm，端部铁芯易发热，每段厚度应比中段的小。国产QFSN6002YH型汽轮发电机属此种结构，沿定子铁芯全长分为106段，构成105个径向风道。全轴向通风式铁芯，沿

41、轴向是不分段的，铁芯轭部冲有几排孔径较大的通风孔，铁芯齿部也冲有几排孔径较小的通风孔，通风孔全轴向贯通。平圩电厂发电机（西屋技术）定子铁芯属此种结构。半轴向通风式铁芯，与全轴向通风式不同之处是：铁芯两端不分段，只在中间部分有若干轴向分段。冷却气体从铁芯两端进入轭部和齿部的轴向风道，经过其中的若干径向风道流向氢气冷却器。石洞口二电厂发电机（瑞士ABB厂制造）的定子铁芯属此种结构。为了减少铁芯端部漏磁和发热，靠两端的铁芯段均采用阶梯形结构，即铁芯端部的内径由里向外是逐级扩大的。岱海电厂一期国产QFSN6002型发电机（上海发电机厂引进西屋技术）铁芯采用05毫米厚扇形高导磁率、低损耗的无取向冷轧硅钢

42、片分段迭装而成。在扇形硅钢片的两侧表面涂有F级环氧绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130，一般铁芯许可温度为105120。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。定子铁芯轴向用反磁支持筋螺杆和对地绝缘的高强度反磁钢穿心螺杆，通过两端的压指、压圈及分块压板用螺母拧紧成为整体，经过数次冷态和热态加压、并紧固螺母而成为一个结实的铁芯整体见图37（a）、（b）。由于穿心螺杆位于旋转磁场中，各螺杆内会感生电动势，因此必须防止穿心螺杆间短路形成短路电流，这就要求穿心螺杆和铁芯相互绝缘，所有穿心螺杆端头之间也不得有电的联系，结构见图37（c）。在铁芯的两边端齿上开有分隔槽如图39所示在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上

43、开1个宽为23mm的小槽，并用粘结胶将边端粘结形成整体。在两端压圈与反磁性分块压板之间设有用硅钢片迭压并加以粘结起来形成内圆为阶梯形看台式的磁屏蔽，这些措施有效地减少了端部漏磁引起的附加损耗，故端部温升较低，使发电机具有良好的进相运行的能力。岱海电厂600MW发电机属于轴向分段径向通风式，铁芯内设有许多径向通风道组成氢气表面冷却、多路并联通风。对应转子进风和出风相互间隔的十一个风区。还在铁芯内圆上进风和出风风区之间、环绕气隙上部六分之五的圆周上镶装风区隔环以减少串风，提高通风散热的效能。在安装和检修过程中，要特别注意保护铁芯内圆表面不让碰伤而形成片间短路。由于本型转子磁势很大，铁芯轭部又较高，

44、气隙又较大（达93毫米），一旦短路，该处短路损耗较大，温度会有较大的升高，并促使邻近的硅钢片绝缘受到破坏，因而会使短路逐步扩展，导致严重的铁芯烧伤事故。汽轮发电机的铁芯端部的发热问题比较突出。由于定子绕组端部伸出铁芯较长，出槽口后倾斜角大，形成喇叭形，同时其线负荷大、磁通密度高、端部漏磁大，形成一个图38 发电机端部漏磁场分布(a)空载时端部漏磁分布；(b)三相短路时漏磁分布图37 压圈、压指、穿心螺直及端部固定(a)压圈；(b)端部铁芯固定；(c)穿心螺杆结构1压圈；2电屏蔽；3压板；4压指；5定位筋；6穿心螺杆；7端部铁芯；8磁屏蔽较强的旋转漏磁场。另一方面隐极式转子绕组，其端部必须一排一

45、排地沿轴向排在转子本体两侧的大护环内，虽然护环采用非磁性钢，但在转子端部仍有一个随转子旋转的漏磁场。以上两个旋转磁场在铁芯端部形成一个合成的旋转磁场，其中以定子端部漏磁场为主要成分。合成漏磁分布复杂，见图38，在定子铁芯端部漏磁既有径向分量，又有轴向分量。漏磁主要集中在定子的压圈内圆、压指和端部最边段铁芯齿处，导致这些部位附加损耗增大，温度升高。为了解决大容量汽轮发电机端部发热问题，制造厂主要采取了下列措施。（1）把定子端部的铁芯做成阶梯状，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法来减少轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。（2）在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开12个宽为23mm的小槽，如图3图39 阶梯

46、铁芯扇形片齿上开槽9所示，以减少齿部的涡流损耗和发热。（3）铁芯端部的齿压板及其外侧的压圈或压板采用电阻系数低的非磁性钢，利用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。（4）压圈外侧加装环形电屏蔽层，见图37（b）中的2，用导电率高的铜板或铝板制成。因铁芯端部采用阶梯形后，压圈处的漏磁会有所增多，利用电屏蔽层中的涡流能有效阻止漏磁进入压圈内圆部分，以防压圈局部出现高温和过热。（5）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板（铁芯不但要有定位筋，还要用穿心螺杆锁紧），这种压板本身也起电屏蔽作用，分块后亦可减少自身的发热。有的还在分块压板靠铁芯侧再加电屏蔽层，见图37（c）。（6）在压圈与压指（铁

47、芯齿压板）之间加装磁屏蔽，用硅钢片冲成无齿的扇形片叠成，形成一个磁分路见图37（c），能减少齿根和压圈上的漏磁集中现象。（7）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用其反磁作用，减小转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响.3 定子线圈及定子绕组装配大容量发电机定子绕组和一般交流发电机定子绕组的共同点，都采用三相双层短距分布，目的是为了改善电流波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势。定子绕组采用叠式绕组，每个线圈都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓单回式结构，即在端部线鼻处用对接或并头套焊接成一个整单匝式线圈。线圈按双层单叠的方式构成绕组的一个带。600MW发电机的定

48、子绕组都采用单匝短距双层叠绕，相间接成双星形（YY）。 绕组每匝线圈的端部（伸出铁芯槽外部分）都向铁芯的外围侧倾斜，按渐开式展开端部绕组向外的倾斜角为15°30°左右，形似花篮，故称蓝型绕组。水内冷定子绕组线棒采用聚脂玻璃丝包绝缘实心扁铜线和空心裸铜线组合而成。一般由一根空心导线和24根实心绝缘扁线为一组，一根线棒由许多组分成24排构成。国产600MW发电机定子线棒空心、实心导线的组合比为12。图310为一种典型的水内冷线棒在定子槽中的断面。图310 水内冷定子线棒断面1槽楔；2滑动楔块；3填充物；4空心导线；5实心导线；6对地绝缘；7侧面填充物；8互换垫片；9填充物（埋电

49、阻温度检测器）；10排间隔离物；11对地绝缘；12槽底填充物线棒中的空心导线通水又通电。为了减少空心导线内的附加损耗，内孔高度常选为2mm，壁厚为1.25mm1.5mm，导线高度4.5mm5.5mm，导线宽度常比高大1.251.5倍，约为712mm。国产600MW发电机线棒的空心、实心导线有两种规格：空心线为4.7×7.55.1×7.9mm，实心线为2.24×7.52.6×7.9mm。岱海电厂600MW发电机定子线圈空实心铜线之比为1：2，均包有玻璃丝绝缘层。上层线棒的导电截面积要比下层的大；上层由4排、每排5组空心10组实心线组成，下层为4排4组空心8

50、组实心线组成组，空心线为4.7×7.5 mm，壁厚为1.35mm，实心线为2.24×7.5mm。这种设计可明显地降低线棒附加损耗。为了抑制趋表效应，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生环流及附加损耗，槽内股线间进行了540度罗贝尔空换位。定子线棒端部为渐开线式，采用鼻端不等距的结构，缩小同相距离，扩大异相鼻端的放电距离；故上、下层线棒端部节距不同，共有7种规格。线棒的空实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而钎焊在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线棒内水支路的接口。套在线棒上或汇流管上水接头的四氟乙烯绝缘引水管，都用引进

51、型卡箍将水管一箍紧。上下层线棒的电联接由上下水盒盖夹紧多股实心铜线，用中频加热软钎焊而成，并逐只进行超声波焊透程度的检查，这样就形成上下层线棒水电的联接结构。采用中频加热钎焊接头水盒的工艺和卡箍箍紧水管的结构，进一步提高了定子绕组水路的气密性。水电接头的绝缘采用绝缘盒作外套，盒内塞满绝缘填料，并采用电位外移法逐一检验绝缘盒外的表面电压，使保证水电接头的绝缘强度。定子绕组为60度“相带、三相、双层绕组，双支路并联、Y连接即双星形（YY）接线。定子线圈的空心导线内通过冷却水以冷却铜线，因此线圈温升很低，但定子线圈对地绝缘采用F级环氧云母带连续绝缘，确保使用寿命。在线圈的槽内直线段和出槽口、端部均进

52、行了表面防电晕处理。岱海电厂600MW发电机定子线圈在槽内固定于高强度玻璃布卷包模压槽楔下，在铁芯两端用割有倒齿的、行之确有实效的关门槽楔就地锁紧，防止运行中因振动而产生的轴向位移。楔下设有高强度弹性绝缘波纹板，在径向压紧线棒。在部分精楔上开有小孔，以便检修时可测量波纹报的压缩度（有随机测量工具）以控制槽楔松紧度。在槽底和上、下层线棒之间都垫以热固生适形材料，使相互间保持良好接触。又采用了涨管热压工艺，使线棒能在槽内紧固可靠地就位；为了线棒表面能良好接地，防止槽内电腐蚀，在侧面用半导体板紧塞线棒见图3-11。图3-11 岱电一期600MW发电机定子绕组在槽内的固定定子绕组的端部全部采用美国西屋

53、公司成熟可靠的刚一柔绑扎固定结构。它由充胶的层间支撑软管、可调节绑环、径向支撑环、绝缘楔块和绝缘螺杆等结构件以及绑带、适形材料等将伸出铁芯槽口的绕组端部固定在绝缘大锥环内。成为一个牢固的整体，绝缘大锥环的小直径端搁在铁芯端部出槽口下的覆盖着滑移层的绝缘环上，而绝缘大锥环的环体则固定在绝缘支架上，支架的下部又通过弹簧板固定在铁芯端部的分块压板上、形成沿轴向的弹性结构，使绕组在径向、切向具有良好的整体性和刚性，而沿轴向却具有自由伸缩的能力，从而有效地缓解了由于运行中温度变化而因铜铁膨胀量不同在绝缘中所产生的机械应力，故能充分地适应机组的调峰方式和非正常运行工况。水冷的定于绕组连接线也固定在大锥环和绝缘支架上。为了运行安全，绕组端部上的紧固零件全部图3-12 岱电一期600MW发电机定子端部绕组结构示意图为高强度绝缘材料所制成。见图3-12在绕组端部靠近铁芯出槽口的可调节绑环上，汽、励两端各设有一道气隙挡风环（板），用以限制进入气隙的风量。日立公司600MW汽轮发电机定子绕组线棒截面及其在槽内的固定见图3-13。在每个槽上、下层线棒层间埋置一支电阻测温元件，每一根上层或下层线棒绝缘引水管的出口水接头上，也各埋有一支热偶测温元件，用来检测相应的部分的温度。图3-13定子绕组线棒截面及其在槽内的固定（日立公司600MW汽轮发电机）1槽底垫料