发电机结构及参数培训教材

1、发电机结构及参数培训教材第一节发电机定子结构发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。一、机座与端盖机座与端盖既是机械上支撑，又是通风系统的重要组成 部分，机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。 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 还要满足发电机的通风和密封要求。端盖是发电机密封的一 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。二、定子铁芯定子铁芯

2、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，现代大容量发电机定 子铁芯常采用导磁率高、 损耗小、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。一般铁芯许可温度为105120 C。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。两 个旋转磁场在铁芯端部形

3、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，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。下图3-1为定子铁芯模型图片:三、定子绕组定子绕组结构：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

4、绕组的一个带。600MW发电机的定子绕组都采用单匝短距双层叠绕，相间接成双星形（YY）O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度 左右，形似花篮，故称篮型绕组。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 2 4根实心绝缘扁线为一组，一根线棒 由许多组分成2 4排。四、总进出水管与水电接头总进出水管，发电机内设有进水母管和出水母管。600MW汽轮发电机进出水管布置都采用并联单流水路，即一个线圈 二条水路，每半匝线棒为一条水路。总进出水管（汇流管）分别装在励端和汽端的机座内，

5、这种水路短，压降小，进水压 力低，上层和下层线棒的水流方向相同，进水侧线棒温升较 出水侧低，这种方案适用于容量大和铁芯长的发电机。总进出水管（汇流管）对地设有绝缘，运行时则接地。它们的进出水口及排气管分别放在汇流管上方，但它们的法兰设 在机座的上侧面；排放水管口分别放在机座两端的下方，以 供与水系统外部管道连接之用。外部总进出水管上装有测温 及报警元件。在用水冷专用摇表测量定子绕组绝缘电阻时，要求总进出水管对地有一定的绝缘电阻，而在做绕组耐电压 试验时又要求把它们接地；为了试验时方便，在机座底部表 面排水法兰口及机座励端出线盒上近出水法兰处（总共为三处），或在接线端子板上各设有接地接线柱，专为

6、变更总进 出水管及出线盒内出水管为绝缘或接地之用。水电接头：在水内冷的定子绕组中既通电又通水，它必须有一个可靠的水电接头，使定子绕组按电路接通，又让水方 便地引入和排出。因此水电接头是水冷发电机中关键的部 件。绕组鼻端上下层两线棒间的水电联结必须十分可靠，若 发生渗水或漏水，则会严重影响电机安全可靠运行，甚至造 成重大事故。第二节发电机转子结构一、转轴发电机转轴由高机械性能和导磁性能良好的合金钢锻造 而成，转轴有中心孔，供检查锻件质量及装励磁引线的轴向 导电杆用，在转轴本体大齿中心沿轴向均布地开了很多横向 槽，以均匀转轴上正交两轴线的刚度、从而降低倍频振动。二、转子绕组转子绕组槽为开口平行槽、

7、在槽底下开有轴向并向两端 倾斜的通风槽，以便将冷氢从转子本体两端通风槽口引入绕 组的直线段并使段内沿轴向的各个径向通风支路内的风量 分配均匀。转子线圈每匝由上下两根含银铜线组成，全长为 加工成矩形槽的铜排，当两根相对地拼在一起时，就在中间 形成一个矩形通风风道；在线圈直线与端部转角相互连接处 附近侧面开有进风孔，在近磁极中心处的铜排侧面开有出风 孔。转子线圈的绝缘为 F级。转子线圈槽内楔下垫条底面及 线圈端部的护环绝缘内表面均有聚四氟乙稀滑动层，以便于 铜线自由胀缩。在铝槽楔下面，埋置有镀银的阻尼铜排，使 电机具有良好的承受负序电流的能力。三、护环转子旋转式，转子端部受到强大的离心力，为防止对

8、转子 线圈的破坏，转子采用了线圈端部由对应力腐蚀不敏感的 18Mnl8Cr高强度反磁钢护环来支撑，600MW汽轮发电机的转 子护环都是采用悬挂式嵌装结构，即护环只嵌装在转子本体 上。四、通风冷却发电机采用定子线圈水内冷，转子线圈氢气内冷，定子 铁芯及结构件氢气冷却的水氢氢冷却方式。转子线圈系采用 分段气隙取气斜流通风式冷却 ，槽内导体用扁铜线，铜线直 线段有两排互相错开倾斜方向相反的通风孔。定子铁芯径向 通风。氢气依靠装在转轴两端的单级螺桨式风扇在发电机 内进行密封循环，在带走发电机损耗后，由装在发电机两端 的氢冷却器将热氢气冷却，然后重复进入发电机内进行密封 循环。风扇为送风式，将冷却器冷却

9、后的冷氢送到各个进风 区。定子铁芯和转子绕组采用“五进六出”相对应的通风结 构，即沿发电机轴向长度分为五个进风区和六个出风区，进 出风区交替布置。机座内设有四个冷却器，分别布置在励端 和汽端两侧。采用这种通风冷却的发电机，为了防止风路的 短路，在定转子之间气隙中冷热风区间的定子铁芯上（或定 转子上）加装气隙隔环，已避免由转子抛出的热风吸入转子 再循环。五、风扇和风扇导向叶片座由于定子绕组损耗为冷却水带走，风压和风量可以明显 地比全氢冷要小.故转子风扇可设计成单级轴流式风扇，安 装在转子护环之外的汽、励两端柄上。每只风扇由47片锻铝动叶片组成，动叶片由风扇座环、压环及叶片下的弹性圈 定位紧固。在

10、出厂之前所有动叶片都经受1. 2倍额定转速的考验确保安全。由于动叶片在风扇座环上的外径小于定子 铁芯内径，故动叶片在制造厂内经过修磨、预装配和编号后 就装配在转子上一起做超速试验、随转子一起出厂。在发电 机安装过程中不再拆卸。为提高风扇效率及形成设计的风路，在动叶片外侧的汽、 励两端装设一级导向静叶片座。此导向静叶片座为铸铝件， 沿圆周等分为四个弧段，便于在转子穿入定子内膛就位后、 并在装好密圭寸支座和密圭寸瓦后，安装在两端端盖上的调整垫块上面。冷却器挡风板把风扇前后分成低压和高压风区，后者形成氢冷却器的进风区。从附图 1可见此风区正处于以氢气冷却 器中心线为中心的前后挡风板之间的空间部位。热

11、氢由此被 风扇压入左右两侧的氢冷却器，经冷却后再次进入机座内定 子铁芯的外圆和转子护环下绕组与转轴的空间，进行新的通 风循环。下图3-2为转子模型图:下图3-3为定转子组合模型图:第三节二期发电机技术数据二期工程汽轮发电机设备为东方电机股份有限公司QFSN-660-2-22型，共计两台，总容量 1200MW/发电机在额 定频率、额定电压、额定功率因数、额定氢压和额定冷却介 质条件下，机端连续输出额定功率为660MW （应扣除静态励磁所消耗的功率）；发电机的最大连续输出功率为702.2MW,与汽轮机最大连续出力工况（T-MCR的输出功率相匹配，且其功率因数和氢压等均应与额定值相同；发电机定子额定

12、 电压为22千伏，额定功率因数为 0.9 （滞后），额定转速为 3000r/min，频率为50Hz;发电机应具有一定的失磁异步运 行、进相运行、调峰运行和不对称运行的能力；水内冷线圈 不允许有漏水或渗水，氢冷发电机漏氢量在额定氢压下24小时内应小于lONm3；发电机的年运行小时数不小于7500小时，年利用小时数为6500小时，发电机的可用率不应低于99%强迫停用率小于 0.5%。发电机主要参数:名称单位数值试验保证值发电机型号QFSN-660-2-22额定容量SnMVA733.33MVA733MVA额定功率PnMW660 MW660MW最大连续输出功率PmaxMW702.2 MW最大连续输出容

13、量 SmaxMVA780.3 MVA对应汽机VWOC况下功率因数0.9对应汽机VWC工况下氢压MPa0.45MPa对应汽机VWOC况下发电机氢冷器进水温度C2038C对应汽机VWOC况下发电机C< 48 C名称单位数值试验保证值氢冷器出水温度额定功率因数cos0.9定子额定电压UNkV22 kV定子额定电流1 NA19245 A额定频率fNHz50 Hz额定转速nNr/min3000 r/min额定励磁电压UnV426 V额定励磁电流1 fN/空载励磁电流IfoA4673/1793 A定子绕组接线方式YY冷却方式水氢氢励磁方式自并励静止可控硅励磁通风方式径向多流通风定子每相直流电阻（15

14、C）0.001456名称单位数值试验保证值转子绕组直流电阻（15C）0.067715定子每相对地电容 A /B/CPF243000PF转子绕组自感H0.521 H直轴同步电抗Xd%207.9%横轴同步电抗Xq%207.9%直轴瞬变电抗（不饱和值）X'du%29.89%直轴瞬变电抗（饱和值）X'd%26.3%< 30%横轴瞬变电抗（不饱和值）X'qu%29.89%横轴瞬变电抗（饱和值）X'q%26.3%直轴超瞬变电抗（不饱和值）X"du%21.03%直轴超瞬变电抗（饱和值）X"d%19.35%>18%名称单位数值试验保证值横轴超瞬变电抗（不饱和值）X"qu%21.03%横轴超瞬变电抗（饱和值）X"q%19.35%负序电抗（不饱和值）X2u%23.67%负序电抗（饱和值）X2%21.78%零序电抗（不饱和值）Xou%9.98%零序电抗（饱和值）Xo%9.48%直轴开路瞬变时间常数T'dos8.446s横轴开路瞬变时间常数T'qos0.938s直轴短路瞬变时间常数T'ds1.068s横轴短路瞬变时间常数T'qs0.1187s直轴开路瞬变时间常数T"dos0.0476s横轴开路瞬变时间常数s0.0476s名称单位数值试验保证值T"qo直轴短