1、第一篇600MW汽輪發電機原理、結構及運行1. 緒論1.1大型汽輪發電機主要參數的特點：大型機組和中小型機組相比具有明顯的優越性，但是，由于機組容量的增大, 其結構、參數和運行特性都發生了顯著變化，因而也帶來了一些新的問題。對于發電機的視在功率，可由下式表示：S= KABdi 2LnA =I ntlK-系數，通常取1 .1A定子線負荷I n定子額定電流N槽內有效導體數t1 沿定子圓周的槽距B氣隙長度di定子膛的直徑L有效鐵芯長度n 轉速為了提高發電機的單機容量，必須增大式中各量數值。但是轉速是由電網頻 率和轉子極對數決定的,B只能在比較小的范圍內變動，取決于所使用電工鋼特 性，定子、轉子鐵芯尺

2、寸的增加，受到鐵路運輸尺寸及現代冶金鍛造技術的限制。 因而，發電機容量的增加，主要依靠改善發電機的冷卻方式（采用直接冷卻方式等）來增大發電機定子線負荷A大型發電機組主要參數變化如下：同步電抗Xd增大由于發電機有效材料的利用率提高，線負荷增大，導致和線負荷成正比的電 抗Xd增大，Xd的增大導致發電機靜過載能力減小，因而在系統受到擾動時，易于失去靜穩定。電抗的增大，還使發電機平均異步轉矩降低。例如中小型汽輪發電機的平均 異步轉矩的最大值可達額定轉矩的2 3倍，而大型機組的平均異步轉矩的最大值一般約為額定轉矩。因而大型發電機組失磁異步運行時，滑差大，從電力系統 吸收感性無功功率多，允許異步運行的負載

3、小，時間短。 定子電阻相對減小，定子時間常數 Ta增大一般中小型發電機 Ta=0.100.16S，而國產600MW汽輪發電機的 Ta為 0.7S。 Ta的增大，使定子非周期電流的衰減變慢，從而對電力系統安全、可靠 運行提出了更為嚴峻的挑戰，并且惡化了電流互感器和斷路器等元件的運行條件。機組慣性常數H降低大容量發電機組的體積并不隨其容量成比例增大，采用氣體或液體直接冷卻 的繞組和間接冷卻繞組相比，有效材料利用率高，在定子和轉子的尺寸沒有明顯 增大的情況下，汽輪發電機的單機容量急劇增大，因而導致發電機組慣性常數明 顯降低，機組慣性常數 H是一個重要參數，當其他條件相同時，在過剩轉矩作用 下H愈小，

4、角度3改變愈快，發電機易于失去同步。然而，H值的增大，技術上復雜且造價昂貴。1.2現代電力系統運行對大型同步發電機的要求對于大型同步發電機，既要制約于電機制造的技術和經濟條件，又要滿足電 力系統的運行要求。具體地說，在不影響發電機本身壽命和可靠的基礎上，重要 的是應能適應大電力系統安全、穩定運行的要求。所謂電力系統的穩定性，就是電力系統受到一定的擾動后能否恢復正常運行 的能力。而擾動有大有小，為了研究方便將電力系統穩定問題分成小干擾的穩定 性和大干擾的穩定性。 小干擾的穩定性 （ 靜態穩定性 ） 。所謂靜態穩定性是指正常運行的電力系 統承受微小的、瞬時出現但又立即消失的擾動后，恢復到它原有運行

5、狀況的能力， 或者這種擾動雖不消失，但可用原有的運行狀況近似地表示可能的新運行狀況。 大干擾的穩定性 （ 動態穩定性 ） 。它指的是正常運行的電力系統承受大的 并經短暫持續而消失的擾動后，恢復到近似它原有運行狀況的能力 , 或者這種擾 動雖未消失，但系統可從原來的運行狀況過渡到新的運行狀況的能力，換言之， 它是指系統在急劇擾動下的穩定性。有時又依據在擾動后所經歷的時間為8S、5min 和 20min 分別稱之為短期、中期和長期三種。另一種分類又把短期問題稱 為“暫態穩定”，而把中、長期穩定這一大類稱為“動態穩定”。從現代電力系統運行需要出發，對大型同步發電機提出如下要求： 應具備調峰能力 由于

6、電網的發展及負荷性質的變化，調峰是一個愈來愈嚴重的問題。全國各 大電力系統峰谷差均較大，有時甚至在高峰拉閘限電的情況下，峰谷差仍占最大 負荷的30%，有的達50%目前，除水輪發電機無例外地參加調峰外，200MW和125MW汽輪發電機組也要承擔調峰任務，部分這類機組已試行兩班制運行，部分 600MW勺汽輪發電機組也已變動負荷運行，今后將有更多的大機組參加調峰。因而，發電機組在設計制造時應考慮到調峰的要求，在結構上采用一些適應 于負荷大幅度變動和頻繁起停的工況，防止老化、疲勞、變形等的技術措施。 具備進相運行的能力 高電壓大電網的一個主要特點是線路充電功率大，輕負荷時出現無功功率大 量過剩，以致造

7、成電壓升高。因而近年來，當電力系統有功功率低時，愈來愈多 采用發電機進相運行方式，以便吸收過剩的感性無功功率，實現無功補償分層分 區就地基本平衡。這是保持電網應有的電壓水平既經濟又合理的措施，世界各國 均已廣泛采用。需注意的是，發電機在低勵磁或進相運行時，因勵磁產生的發電機電勢較小 （ 通常小于端電壓 ） ，因此對應于這一電勢的電磁轉矩最大值遠小于過勵磁方式運 行時的電磁轉矩，和此同時，在最低負荷期間為了減少運行機組臺數，以及由于 大幅度地減少負荷的技術困難，通常保持每臺尚在運行的發電機帶較大有功負荷， 結果引起運行的發電機電勢相對于電網電壓有很大的角位移，這時如果電力系統 發生大干擾，則保證

8、系統穩定運行將有一定困難。另外，對發電機本身來說，可能會導致定子鐵芯端部壓板和邊緣鐵芯溫度急 劇升高，在設計時應采取防范措施。 應具有承受不對稱運行的能力 電力系統出現負荷不對稱或發生不對稱短路時，發電機定子繞阻存在負序電 流，使轉子出現倍頻電流和倍頻諧振，造成局部過熱甚至轉子損壞。發電機容許不平衡負荷的能力分長時和短時兩種，按照國家設計制造標準規定，直接氫冷的發電機容許的最大負序電流值為8% le。 對軸系自然扭振的要求次同步諧振：發電機組大軸在某些不利條件下，會發生頻率低于工頻的次同 步諧振，造成轉子的損壞。為預防次同步諧振的發生，要求制造廠家提供機組每 一段軸的自然扭振頻率，以便電網在采

9、用直流輸電、串聯電容補償、電力系統穩 定器時考慮防范措施。工頻和兩倍工頻諧振：在某些情況下，如在電廠出線附近發生故障或并列時， 在電網中會產生不平衡電流，使轉子產生倍頻機電諧振而損壞。為防止故障時故障電流的非周期分量或負序電流分量（包括不平衡負荷）激發電氣和機械相互作用的工頻和倍頻諧振損壞大機組，機組的每一段軸的自然扭振 頻率不應處在工頻的0.91.1倍（4555HZ）及1.92.1倍（95105HH）范圍內。 大機組應具備承受電網振蕩沖擊的能力由于電網穩定破壞是運行中不可完全避免的，要求大機組在其升壓變壓器阻抗假定為15%聯接的系統短路容量為 43000MVA對500KV相當于50KA）時，

10、能 承受20個振蕩周期的失步運行。應具備承受誤并列能力誤并列理應避免，但畢竟仍客觀存在。作為大機組的設計標椎，很多國家都 已有相應規定，結合我國實際，要求大機組在升壓變壓器阻抗假定為15%聯接系統短路容量為43000MVA寸，機組在保證壽命期間應能承受相位差80 °時誤并列5次，120°時誤并列2次。當大機組具有這一能力時，也同時可以承受電網 其他各種各樣的沖擊，從而提高了大機組的可靠性。應具備承受高壓線路單相重合閘能力根據一般定量分析，大電廠高壓線出口發生三相故障且重合閘不成功時，對 大機組是最危險的故障沖擊。至于單相故障，幾率較大，但即使重合閘不成功， 在最不利條件下，

11、根據電網故障時的實測和理論分析結果，軸承疲勞損耗最大值 也不會超過0.1%，因而在汽輪發電機整個運行壽命期間，由于采用單相重合閘而 積累的疲勞損耗大約為 1%左右。故應電力系統運行的需要，要求大機組能承受 單相重合閘沖擊而不影響其可靠性。2. 同步發電機的運行原理2.1同步發電機的基本原理我們知道，導線切割磁力線能夠產生感應電勢，將導線連成閉合回路，就有 電流流通，同步發電機就是基于這個原理工作的。圖2-1為最簡單的兩極同步發電機。定子上有AX、BY CZ三相對稱繞組，轉子是直流勵磁的主磁極。當轉子磁極上的激磁繞組通以直流勵滋電流時， 轉子形成N和S極的主磁極磁場，磁通 0從N極出 來，經氣隙

12、-定子鐵芯-氣隙，進入S極而形成回路， 如圖中虛線所示。若發電機轉子由原動機拖動逆時針方向以速度 n旋轉時，主極磁通 0切割定子繞組而感應出對稱 的三相電勢，其電勢頻率為nPf =60 （ H z）圖 2 1 兩極同步發電機我國工業上使用的標準頻率為 50 Hz，因此P=1時轉速n應為3000 r/min。 每相繞組電勢的波形，取決于氣隙磁密沿圓周的分布以及定子繞組的具體結 構。電力系統中使用的同步發電機，線電勢波形都具有很好的正弦性。但是，由 于高次諧波的存在，實際線電勢波形和正弦波形有一定的偏差，只要高次諧波的 幅值限制在規定范圍內，即可認為線電勢是正弦波形。定子每相繞組電勢的有效值為 :

13、E = 4.44f WKw式中 每極磁通( Wb)E 電勢有效值( V)Kw 電勢繞組系數W 每相繞組匝數當發電機帶上負載，三相定子繞組中將產生電流，三相電流又產生一個合成 的旋轉磁場，該磁場和轉子以相同的轉速和方向旋轉，這就叫做“同步”。2.2 同步發電機的運行特性 同步發電機的空載特性同步發電機被原動機拖動到同步轉速，勵磁繞組中通入直流勵磁電流，定子 繞組開路時的運行，稱為空載運行，此時電機內部唯一存在的磁場就是由直流勵 磁電流產生的主磁場。因為同步發電機處于空載狀態，即 I = 0 ( I 為電樞電 流 ) ，所以又把主磁場叫做空載磁場。在發電機的氣隙磁通中，既交鏈轉子又交鏈定子的磁通稱

14、為主磁通，即空載 時的氣隙磁通，它的磁密波是沿氣隙圓周空間分布的近似正弦形。忽略高次諧波 分量，主磁通基波每極磁通量用 0表示。勵磁電流建立的磁通中還有一部分是 僅交鏈勵磁繞組本身，而不穿過氣隙和定子繞組交鏈的主極漏磁通，它不參和電 機的機電能量的轉換。主磁通所經磁路稱為主磁路，漏磁通所經路徑主要由空氣 和非磁性材料等組成。兩者相比，主磁路的磁阻要小得多，所以在磁極磁勢的作 用下，主磁通遠大于漏磁通。在原動機驅動下，轉子以同步速度 n 旋轉，主磁通切割定子繞組，感應出頻 率為 f 的三相基波電勢，其有效值為：E 0 = 4.44fWK w 0式中 E 0 基波電勢f 頻率W 繞組匝數Kw 基波

15、電勢繞組系數 0 基波每極磁通由于I二0,同步發電機的電樞電壓等于空載電勢 呂，電勢E 0決定于空載氣 隙磁通0,0取決于勵磁繞組的勵磁磁勢 Ff或勵磁電流If。因此，空載時的 端電壓或電勢是勵磁電流的函數，即E o= f (I f)，稱為同步發電機的空載特性。 如圖 2-2 所示。圖 22 同步發電機空載特性圖23 短路特性又呂X0 ,F f X If，改換適當的比例尺，空載特性曲線 Eo = f ( I f )即可表 示基波每極磁通0和勵磁磁勢F f的關系，即0 = f ( F f)，這就是電機的磁化 曲線?？蛰d特性曲線可以用試驗方法測定。同步發電機以同步轉速n旋轉，I二0,緩慢調節勵磁電

16、流If，使E 0達1.3Ue，讀取呂和If的數值，然后再逐步減小If, 每次讀取 E0 和 I f 的數據,直到 I f = 0 ,讀取相應的剩磁電勢,就可以繪制空載 特性曲線。由于鐵磁材料具有磁滯性質，1 f由零增加到某一最大值，再反過來由 此最大值減小到零時，Eo并不為零，而是和剩磁相對應的電勢值，因此，試驗曲 線將得到上升和下降兩條不同曲線，空載持性系下降時的曲線。空載特性曲線很有實用價值。可以用它判斷電機磁路的飽和情況，鐵芯和勵 磁繞組是否發生短路故障等。同步發電機的短路特性短路特性是指發電機在額定轉速下，定子三相繞組短路時，定子穩態短路電 流I和勵磁電流If的關系曲線，即I二f (I

17、f)。在做短路特性曲線時，要先將發電機定子三繞組的出線端短路，維持額定轉 速不變，增加勵磁電流，讀取勵磁電流及相應的定子電流值，直到定子電流達到 額定值為止。在試驗過程中，調節勵磁電流時不要往返調整。短路特性曲線如圖 23所示，它是一條直線。在短路時，發電機端電壓 U=Q在忽略定子電阻R的情況下，發電機電勢方程式可寫成Eo = jIXs這說明短路時的電勢僅用來平衡穩態短路電流在同步電抗上的電壓降。因為 此時發電機相當于一個具有電抗 Xs的電感線圈，穩態短路電流是感性的，它所 產生的電樞磁勢起去磁作用，所以鐵芯不飽和，因此，匸f(I f)是一條直線，因Xs 是常數，Ex I，又 Ex I f，故

18、 I oc If。短路特性可以用來求未飽和的同步電抗和短路比，還可以利用它判斷勵磁繞 組有無匝間短路等故障。顯然勵磁繞組存在匝間短路時，因安匝數減小，短路特 性會降低。所謂短路比，就是在對應于空載額定電壓的勵磁電流下，定子穩態短路電流 和額定電流之比。汽輪發電機的短路比一般在0.50.7之間。同步發電機的外特性圖24外特性曲線圖25調整特性曲線外特性是反應發電機端電壓隨負載電流而變化的曲線，即在勵磁電流、轉速、 功率因數為常數的條件下，變更負載(定子電流)時端電壓U的變化曲線，即U=f(I)。圖24示出了在幾個不同功率因數下的外特性曲線。從圖中可以看出， 在滯后的功率因數情況下，當定子電流增加

19、時，電壓降落較大，這是因為此時電 樞反應是去磁的，在超前的功率因數情況下，定子電流增大，電壓反而升高，這 是因為電樞反應是助磁的，在 cos © =l時電壓降落較小，其降落原因是由于功率 因數角©和內功率角®不同，即使© =0,而®仍大于零，仍有一部分去磁的電 樞反應。外特性可用來分析電機在運行中的電壓波動情況，并藉此提出對自動勵磁調 整裝置電壓調節范圍的要求。一般用電壓變化率來描述電壓波動情況。從電機的空載到額定負載，端電壓 變化的百分數(對額定電壓)稱為電壓變化率 U,即Eo -Ue U = Ue 100 %汽輪機發電機的 U = 3048

20、%調整特性既然端電壓會隨負載變化而變動，那么，要維持端電壓不變，必須在負載變 動時及時調整勵磁電流。所謂調整特性，是指端電壓、轉速、功率因數為常數的條件下，變更負載(定子電流I)時勵磁電流If的變化曲線，即If = f(l)。如圖25示出不同功率因數下的調整特性曲線。從圖中可以看出，在滯后 的功率因數下，負載增加，勵磁電流也必須增加，這是因為此時去磁作用加強， 要維持氣隙磁通，必須增加轉子磁勢。在超前的功率因數下，負載增加，勵磁電 流一般還要降低， 這是因為 電樞反 應有助磁作用的緣故。調整特性可以使運行人員了解在某一功率因數時，定子電流到多少而不使勵 磁電流超過制造廠的規定值，并能維持額定電

21、壓。利用這些曲線可使電力系統的 無功功率分配更趨合理。功角特性曲線圖26為同步發電機和無窮大容量電網并列運行的接線示意圖。當發電機和 無窮大容量電網并列運行時，發電機端電壓Ub二常數，頻率f=常數，假定發電機處于不飽和狀態，且忽略定子電阻，可得到如圖所示的電壓向量圖，圖中感應電 勢Eq和端電壓U g之間的夾角3稱為功率角，簡稱功角。它是隨負荷的不同而變 化的，例如，在純電感或純電容負荷時，向量Eq和Ub的方向相同，功角3為零度，發電機輸出有功功率為零。功角 3還有另一個物理意義，即假定 Eq=U g時, 則3 = 0 ,是產生Eq的勵磁繞組磁勢F。和產生端電壓U g的合成磁勢F之間的 夾角，F

22、。和F之間的夾角又可以看成是一個空間相角，它是轉子磁極中心線和 合成等效磁極中心線的電角度。在同步發電機作為發電機運行時，向量F0永遠超前F,規定此超前的3角為正值。電機的電磁功率表示式為Pe = mUGIcos ©式中m定子繞組相數U G 定子相電壓I 定子繞組相電流© 功率因數角在電壓向量圖中，從 曰點畫一條垂直于OUg的線，并和之相交于 A點，得到 如下關系式：IXdCOS© = E qsin 3將上式帶入電磁功率關系式中，則得mUGEq sin、Pe =Xd如果用標幺值表示UG、Eq、Pe,上式可寫成：UcEqPe = Xd sin 3在UG為常數時，電機

23、可以作為發電機運行，3角為正值，電機向電網送出有功功率，也可以作為電動機運行，3角為負值，電機從電網吸收有功功率。圖27功角特性曲線圖2 7示出了電磁功率Pe和功角3的關系曲線，這是一條正弦函數變化的關 系曲線，稱為功角特性，最大功率發生在3 =90°時，此值稱為系統極限功率，表達式為UcEq下面從功角的物理意義說明發電機發出有功功率的過程。發電機運行時，其 輸出功率取決于汽輪機輸出到發電機軸上的機械功率，逐步增加原動機的輸出功 率Pm,且使輸入轉矩大于電磁轉矩和空載轉矩之和，則剩余轉矩使轉子加速。合 成等效磁勢F的值及旋轉速度，受電網電壓、頻率的牽制保持不變，于是勵磁磁 勢Fo就會

24、超前于合成等效F,也即功角增大，3角的增大引起電磁功率 Pe增大, 相應的電磁功率轉矩增大，直到剩余轉矩為零，轉子轉速不再升高，達到新的平 衡狀態。上述的平衡過程，是逐漸增加輸入功率時得到的，這種平衡是屬于靜態 性質的，因此要調節發電機的輸出功率，只需要調節原動機輸入的機械功率即可。 由于電機內部自動的改變3角，從而和電網并列運行的發電機輸出功率就作相應 的改變。但是，當3 = 90。時，電磁功率已達到最大值，再繼續增加輸入功率Pm則3>90°，電磁功率反而減小了，就會出現更多的剩余功率，因此功率不能保 持平衡，剩余功率將使轉子繼續加速，直至轉速大于同步轉速，稱之為“失去同 步

25、”，同步發電機則失去了靜態穩定。在原動機輸入功率維持不變，發電機在受到小的擾動后，引起3角的變化，3角能否自行恢復到原來的平衡狀態值，也屬于靜態穩定問題。當同步發電機失去靜態穩定后，如果不立即減小原動機功率，則由于電磁功 率的減小，剩余功率增加，使轉子達到很高的轉速，這時相當大的離心力作用在 轉子上，轉子將被損壞。另外，由于電機的電勢、頻率和電網不同，定子繞組中 將出現數值大到足以損壞定子的電流。因此，同步發電機在和電網并列運行時， 必須保持靜態穩定運行狀態。同步發電機維持靜態穩定的判據是：當3角增大后，電磁功率Pe亦隨之增大。 以微分的形式表示則為：dPePr = d、> 0式中Pr稱

26、整步功率，當Pr > 0時發電機能保持靜態穩定運行，而 Pr v 0 時則不能維持靜態穩定運行。靜穩定特性曲線圖中虛線部分即為 R=f( 3 )的關系 曲線。由曲線看出，3 >90°時，Pr為負值，電機將失去靜態穩定，在 3 = 90 時，就達到穩定極限，此時對應的電磁功率為穩定極限功率。在實際運行中，電機應在穩定極限范圍內運行，且應留有足夠的靜態穩定儲 備。發電機靜穩定儲備能力用靜穩定儲備系數來衡量，其表達式為PM _ RKp=P。 x 100%Pm為發電機極限功率，P0為發電機運行點功率。一般規定正常運行時發電機 的Kp值不小于1520% 3值一般30°40

27、°。3. QFSN 600 2YH型汽輪發電機的結構本型發電機為三相交流隱極式同步發電機。發電機由定子、轉子、端蓋、軸 承、油密封裝置、冷卻器、出線盒、引出線、外罩、熱工檢測元件等部件組成。 發電機采用整體全密封、內部氫氣循環、定子繞組水內冷、定子鐵芯及端部構件 氫氣表面冷卻、轉子繞組氫內冷的冷卻方式。定轉子繞組均采用F級絕緣。3.1 定子部分定子由機座、鐵芯、隔振結構、繞組和進出水匯流管等部件組成。定子機座定子機座為整體式，由高強度優質鋼板裝焊而成。機座外皮套裝在機座骨架 上，機座骨架由輔向隔板、端板、軸向筋板和通風管組裝焊接而成，它們使機座 具有足夠的強度和剛度，并構成了定子的

28、11 路徑向通風區。機座的端板為 80mm 厚鋼板，外皮為25mm厚鋼板經滾制成型的圓筒拼焊構成。機座內的輻向隔板共 18 塊，其中裝焊吊攀座的 4 塊（靠近定子鐵芯端部 ） ，定子機座鐵芯本體段的 12 塊輻向隔板同軸向通風管一起構成機座的 11 向風區，為保證各風區的風量，各 冷風區的通風管都是由端部直接通至各自風區。定子機座兩側共有 4 個可拆卸的吊攀和供裝配測溫引線端子板的法蘭。機座 上部開設有夾緊環調節孔，下部開設有清理孔及充排氫氣、二氧化碳氣體的管路 接口及測量風壓、連接漏水探測器的接口。發電機的定子冷卻水匯流管的進出法蘭設在機座上部的側面。匯流管的排污 法蘭設在機座兩端的下部。定

29、子機座兩側的底腳將支撐整個發電機的重量和承受突然短路時產生的扭矩。 它們具有足夠的強度和剛度，座腳板厚度為82mm在定子機座中心處，底腳上開設有軸向定位槽，以裝配機座和座板間的軸向固定鍵。定子機座的強度要求在 3.5倍工作氫壓下（1 . 4MPa）,機座的最大應力不得 超過材料的屈服極限 （200MPa）。定子機座和鐵芯間的隔振結構米用 WH型的立式彈簧板結構，如圖3 1所 示。圖 3 1 定子彈性支撐 這種隔振結構沿軸向共設 11 組切向隔振彈簧板，每組中兩塊彈簧板布置在 夾緊環兩側，一塊布置在夾緊環的底部，以保持鐵芯穩定。定子鐵芯經夾緊環和彈簧板的一端相連接，彈簧板的另一端和裝焊在機座隔

30、板上的座板相連接。米用這種隔板結構可以減少大型機組由于轉子和定子鐵芯之 間的磁拉力在定子鐵芯上產生的倍頻振動、定子鐵芯垂直方向自重的振動及突然 短路時交變力矩扭轉振動等影響。 定子鐵芯定子鐵芯由涂有半無機硅鋼片絕緣漆的高導磁、低損耗的扇形硅鋼沖片疊裝 而成，沿圓周10.5片沖片，硅鋼片厚度為0.5mm定子槽數為42槽。定子鐵芯米用定位螺桿、夾緊環、絕緣穿心螺桿、端部齒壓板和分塊壓板的 緊固結構。鐵芯的軸向緊固由定位螺桿和 42 根高強度無磁鋼絕緣穿心螺桿拉緊， 穿心螺桿的緊固經液壓拉伸后再緊固螺帽，使鐵芯受壓均勻，并減小端部不平度。 鐵芯的軸向壓緊力為1. 37MPa（100C時）。鐵芯的徑向

31、緊固通過把緊夾緊環來實 現，以增強鐵芯的剛度。夾緊環的內外環間涂聚四氟乙烯潤滑劑，減少阻力，增 大夾緊力。鐵芯兩端設有無磁性鑄鋼齒壓板，在齒壓板的外側設有由硅鋼沖片疊裝成的 磁屏蔽，磁屏蔽內圓表面為階梯形多齒表面，由于其導磁率高，可以有效地分導 定子端部軸向漏磁通，防止主鐵芯過熱，滿足發電機進相運行的要求。在磁屏蔽 的外側設有 21 塊無磁性鑄鋼分塊壓板。運行中磁屏蔽也會發熱。為了減少端部漏磁損耗，降低邊段鐵芯的溫升，邊段鐵芯設計成沿徑向呈階 梯形，左邊段鐵芯齒部開小槽，同時邊段鐵芯的段厚比正常鐵芯段減薄，對邊段 鐵芯進行漏磁通透入深度、溫度計算，確定邊段鐵芯的長度為129mm齒部開小槽的深度

32、為64mm邊段鐵芯粘接成整體。發電機定子鐵芯沿全長分為 11 個風區（和轉子風路相匹配 ），第 1、 11 風區位于定子鐵芯端部，冷熱風區相間隔，風區間的密封采用疊壓在鐵芯背部的扇 形擋風板靠緊到機座隔板內圓上的結構。定子鐵芯沿軸向共有 96 段鐵芯段， 95 個徑向通風道。各風區的風量分配及通風道數、鐵芯段數的分配為：風區號丨風量(m3/ s)丨占有通風道數丨鐵芯段數丨 備注1、11|8. 03|13|13| 出風2、10 |4. 66|78|8| 進風3 、 9| 5 . 04|8|8| 出風4 、 8| 4 . 70|7|7| 進風5 、 7| 4 . 99|8|8| 出風6|4. 62

33、|7|8| 進風 定子繞組 定子繞組由定子線棒、定子繞組槽內固定零件、定子繞組端部固定零件、定 子繞組引線等構成。定子線棒由無氧銅空心導線和實心導線組合構成，空、實心導線的組合比為1 ：2，即一空二實?？?、實芯導線均包聚脂玻璃絲絕緣。定子上下層線棒采用了不同的截面，上層線棒由 5組 4排導線構成，下層線 棒由 4 組 4 排導線構成，因此上下層線棒的高度尺寸不同。線棒的槽部直線部分 經 540 度編織換位，可減少渦流引起的附加損耗。定子線棒的端部為漸開線式。為了增大相間鼻端的放電距離，線棒的鼻端采 用不等距分布，即異相線棒的鼻端距離加大，而同相線棒的鼻端距離減小。定子線棒的對地主絕緣為 F 級

34、少膠型環氧玻璃云母帶熱固性絕緣。主絕緣厚度為6. 35mm為了降低定子繞組的電暈電位，定子線棒表面進行了防暈處理。 線棒經一次模壓成型，因而具有良好的絕緣強度、機械強度和防電暈性能。線棒兩端的水盒接頭構成線棒鼻端的水電連接結構，線棒的空、實心導線均 釬焊在水盒內。發電機定子為 42槽，繞組為 60度相帶、雙層 2支路的并聯繞組。定子繞組的槽部固定結構為在槽底和上下層線棒間填加外包聚脂薄膜的熱固 性適形材料，在槽楔下采用彈性絕緣波紋板徑向固定，防止槽楔松動。在線棒的 側面和槽壁之間，配墊半導體墊條，使線棒表面良好接地，以降低線棒表面的電 暈電位。定子槽楔為高強度 F級絕緣的玻璃布卷制模壓成型。定

35、子繞組端部固定采用綁扎固定結構。整個定子繞組端部通過 2 道徑向可調 綁扎環、繞組鼻端徑向撐緊環，上下層線棒之間的充膠支撐管及下層線棒對錐環 間的適形材料等固定在環氧玻璃纖維繞制的整體錐形支撐環上，而線棒的鼻端之 間則用墊塊、支撐塊和玻璃布帶綁扎成沿圓周呈環狀的整體。這樣，錐形支撐環 和繞組端部形成牢固的整體。而錐形支撐環前端的齒形部分搭接在鐵芯端部的小 撐環上，錐環和小撐環間設有滑移層以減小摩擦阻力。錐形支撐環的外圓周和21 個均勻輻向分布的絕緣支架固定在一起，而絕緣支架則通過支架夾板和反磁 彈簧板相連接，彈簧板的另一端和定子鐵芯的分塊壓板固定在一起形成柔性連接 結構，整個端部則稱為剛性柔性

36、連接結構。該結構在徑、切向上剛度很大，而 在軸向上具有良好的彈性。當溫度變化銅鐵膨脹不同時，繞組端部可沿軸向自由 伸縮，有效地減緩繞組絕緣中產生的機械應力。定子繞組的引線銅排由圓銅管制成并和定子線棒一樣采用水內冷。引線銅排 也固定在絕緣支架上，引線和引線棒的連接方式和上下層線棒間的連接方式一樣， 采用多股導線把合在水盒接頭上，采用中頻加熱輕釬焊結構。 氣隙隔環氣隙隔環的高度為37. 2mm它裝在定子繞組的內可調綁扎環的外側，用絕 緣螺釘把合。氣隙隔環按可調綁扎環的分瓣位置分為 4 個扇形，用環氧玻璃布板 制成，在轉子就位后把合到可調綁扎環上。為防止冷熱風區相互串風，加強轉子 冷卻，在氣隙中裝有

37、 9 道 56 圓周式風區隔板。 定子繞組匯流管和連接管 定子繞組匯流管分別裝在發電機的勵側和汽側，發電機勵側為進水匯流管， 汽側為出水匯流管。在汽側匯流管上接有定子冷卻水系統的防虹吸管，汽勵兩側 匯流管頂部均有放氣管。 主引線 在發電機勵端下部設置由無磁性不銹鋼板焊接構成的圓筒形出線盒，出線盒 內有空心銅管制成的發電機主引線和 6 個引線瓷套端子，其中三個設在出線盒底 部垂直位置，為主出線端子，另三個設在出線盒的斜向位置，為中性點出線端子。 出線盒內部設有小匯流管，構成主引線和出線瓷套端子冷卻水的回水通路。主引 線和發電機定子引線銅排的連接采用柔性連接。出線瓷套端子為水內冷結構，對水、氫具有

38、良好的密封性能。出線瓷套的內 部導電桿和瓷套的連接結構為：一端裝有螺旋式彈簧，另一端焊接波紋式伸縮節， 使導電桿既能隨溫度變化而自由伸縮，又能保持可靠的密封性能。瓷套端子的外 部固定法蘭和瓷套間的連接方式采用將法蘭凸緣滾壓在瓷套的三道環形凹槽內， 然后用反磁鋼絲綁扎牢靠，在法蘭和三道環槽內，放置橡膠密封環，以保持瓷套 端子的氫密封能力。出線盒和定子機座的把合面采用開槽充膠的密封結構。發電機出線瓷套端子下端設方形接線端子供封閉式母線相連接。中性點端子 間以銅母線板相連接。中性點端子外加裝由鋁板焊接的中性點罩，中性點罩支吊 在基礎上。在發電機出線盒內六個引線瓷套端子外裝設套筒式電流互感器。 端蓋、

39、軸承及油密封 發電機端蓋由優質鋼板焊接構成，分上下兩半。上半端蓋由半環、端板、合 縫板及端蓋外側的輻向筋板組成，下半端蓋由半環、端板、合縫板、靜油箱和輻 向筋板組成。端蓋的所有焊縫均為氣密焊接，焊接后經退火處理。上下端蓋的合 縫面密封及端蓋和機座把合面密封均為采用密封槽填充密封膠的結構。另外在汽 端端蓋上增加人孔。為便于在上半端蓋已就位的情況下拆裝軸瓦，在上半端把合 外擋油蓋的上口處采用嵌鑲半環的結構，以增加空間便于軸瓦的拆裝。發電機的軸承座落在下半端蓋的中心處。汽側軸承對地絕緣為單重式，勵側 軸承對地絕緣為雙重式，以便于在運行期間監視和測量軸承的對地絕緣狀態。優化設計600MW氣輪發電機米用

40、雙環雙流環式油密封瓦，其目的是為了減少密封瓦對軸承的擾動。密封瓦的瓦體采用青銅合金，以利于消除端部漏磁的影響。密封瓦座采用鋼板焊接結構，退火處理后加工。汽側密封瓦座直接把合在端蓋上， 把合面內的密封墊兼起對地絕緣的作用。勵側密封座和端蓋之間設中間環，中間 環的兩側設密封絕緣墊片，構成雙重絕緣。加設中心環另一個好處是可以在下半 端蓋予先就位的情況下插裝發電機轉子。 內端蓋及導風環 在發電機兩端對稱設置內端蓋和導風環，以構成風扇前后的風路。 發電機內端蓋采用鋼板焊接結構或鋁合金鑄造結構：水平分為上下兩半。為 了增大發電機端部的操作空間，便于上半導風環、油密封座、中間環的裝配，上 半內端蓋分為兩部分

41、，即上半內端蓋和中間半環。在上半導風環、上半內端蓋和 中間半環的接合面處加墊片，以調整相互間的軸向位置。為減小內端蓋的變形， 在適當的位置設置軸向支撐。導風環為鑄造結構，分上下兩半。內徑和轉子風扇葉輪相配合，間隙為1. 52mm在導風環的前端設導風靜葉片，以構成前置式軸流風扇。導風環支 架的定位靠固定在端蓋上的定位塊實現，以保證導風環裝配就位后和轉子風扇葉 輪的徑向間隙。在導風環支架和端蓋間設有一墊板，以保證導風環和轉子風扇葉 輪的軸向間隙。 冷卻器及外部水管路 氫冷卻器放置在機座兩端上部，橫向臥式安裝，這樣可以縮短發電機的軸向 長度。冷卻器罩為鋼板焊接結構，其外形為圓拱形。冷卻器罩和機座的連

42、接方法及 密封結構和出線盒和機座的連接方式相同，即采用開槽充膠密封，同時考慮焊接 的可能性。冷卻器外部水管路和冷卻水箱的接口采用快裝法蘭連接。外部水管管徑為219mm。氫冷卻器的冷卻管為鎳銅翅片管，翅片材質為紫銅，管節距為 53mm冷卻 管總數為 320 個，分兩組，兩組分別具有各自的進出水管，每組 8 排，每排 20 根翅片管。3.2 轉子部分 轉子由轉軸、繞組、阻尼系統、互環、中心環、風扇和聯軸器等構成。 轉軸轉軸材料為26Cr2Ni4MoV合金鍛件，即采用高強度高導磁的鎘鎳鉬釩整體合 金鍛鋼制成。材料的屈服強度為 665MPa。轉子本體上共有 32 個轉子線圈槽，槽形為開口半梯形槽，即槽

43、形的上半部 是開口的平行槽，下半部是梯形槽，以盡可能增加槽內布置的銅線面積，降低轉 子銅耗。在轉子本體每一磁極的大齒部分，各開有 22 個橫向槽，以均衡轉子 X 軸和 Y 軸的剛度。同時，因為在勵磁機端軸柄的磁極中心線位置有兩條磁極引線槽， 所以在該處軸柄的幾何中心線位置上，也開有兩條均衡槽，以均衡該兩個中心線 方向的剛度差。在轉子本體每一磁極的大齒上，靠近橫向槽的尖角部分開有兩阻尼槽以減小 發電機在不平衡負載時，在橫向槽尖角處的阻尼電流和由此引起在尖角處的溫度 急劇升高。阻尼槽內放置阻尼銅條。大齒槽楔利用非磁性鋼槽楔，各槽楔間采用 連接塊搭接。在轉子線圈槽中，中間為鋁槽楔，材料為LY12,有

44、效厚度為34. 5mm而在汽、勵兩端的槽楔采用導電效果好的鈹銅合金，表面鍍銀，厚度為28. 5mm這是為了起阻尼作用而設計的。轉子槽楔和轉子齒頂部采用45。的斜面配合。另外，護環墊套和端頭槽楔應緊固接觸良好，形成籠式阻尼系統。在轉子 1 號線圈槽和阻尼槽的中間，轉子本體每一磁極上還開有兩個探傷槽， 用于對轉子本體的槽底部分進行超聲波探傷。探傷槽的兩端，在轉子本體每一磁 極的大齒上還開有 4個月亮形軸向通風槽。在轉子本體靠近 1 號線圈的大齒和各小齒上，均按齒寬的不同排列了不同直 徑的平衡螺釘孔，供盡可能減小轉子的不平衡重量使用。 護環和中心環護環材料為18Mn 18Cr高強度反磁鋼鍛件。該材料

45、具有較好的抗應力腐蝕性 能和斷裂韌性。中心環材料為 40Cr2MVW合金鋼鍛件。護環外徑為© 1228mm內 徑為© 1042mm厚890mm中心環外徑為 © 1028mn,內徑為© 920mn,厚86mm 護環為懸掛式結構，其和轉子本體熱套面處采用環鍵作為軸向固定。轉子繞組端部由護環和中心環緊固。護環絕緣為整體圓筒式，熱套在護環內， 其內表面粘有滑移層。護環和轉子本體端部為熱套配合，軸向限位采用開口式環 形鍵，護環和中心環亦熱套配合，軸向限位采用弧形鍵。在轉子繞組端部絕緣端環上設有環氧玻璃布彈簧板，彈簧板頂在中心環上以 壓緊絕緣端環。護環絕緣內表面、楔

46、下墊條、槽襯內表面粘接的聚四氟乙烯滑移 層能減少繞組脹縮時的阻力，防止導線蠕變或絕緣磨損。 轉子線圈轉子線圈直線部分采用冷拉含銀銅線，含銀量為 0.085，轉子線圈端部銅 線采用含銀無氧銅線，含銀量為 0.085。每一磁極下，有8組線圈，其中1號轉子線圈為6匝，28號線圈均為8 匝。每匝銅線之間墊一層 0.4mm厚的玻璃布板作為匝間絕緣。每匝銅線由上、下 二根銅線組成，每一圈銅線由 2 股直線部分、 2 段圓弧部分和 4 個圓角經釬焊拼 成，焊接處采用西屋公司的舌榫接頭，以確保焊接質量。轉子線圈的槽內直線部分共分為 11 個風區，其中 5 個進風區， 6 個出風區。 每個風區設置二排徑向斜流的

47、通風孔，每個通風孔的尺寸為4.5 x55m&轉子線圈的槽外直線部分設有二路側面進風孔，一路是將風流經二根銅線中 間的通風凹槽引入直線部分槽內的端部徑向斜流出風區，另一路是將風流經二根 銅線中間的通風凹槽引向端部線圈的圓弧部分，經過磁極中心線的側面出風孔排 出。所有轉子線圈端部進風孔尺寸為 8x 8mrr（15號線圈）和8 x 10mri（68號 線圈），端部出風孔的尺寸為 8x 8mm2。槽內的楔下墊條由一面貼有聚四氟乙烯滑移層的玻璃布板做成，在楔下墊條 上開有通風孔。轉子槽絕緣厚度為1. 21 . 4mm槽絕緣內和轉子線圈接觸面也敷有聚四氟乙烯滑移層。轉子線圈護環下的絕緣由玻璃布卷成

48、的玻璃皮筒加工 而成，在護環下絕緣和端部銅線接觸的內圓也貼有聚四氟乙烯滑移層。 磁極引線轉子線圈的磁極引線為 J 型， J 型磁極引線和轉子 1 號線圈之間的撓性連接 線和軸向引線，由徑向導電螺釘裝配。在發電機勵端中心孔中裝設軸向導電桿，兩導電桿分別通過徑向導電螺釘和 轉子繞組磁極引線相連接，軸向導電桿在勵端處形成 J 型的由含銀銅片釬接成的 柔性連接板和無刷勵磁機轉子引線構成電氣聯接。軸向導電桿及徑向導電螺釘均 由高強度的鋯銅合金制成。導電螺釘和導電桿的連接采用改進型的惠氏螺紋。軸 向導電桿在中部分段處亦采用柔性連接結構，以吸收由于溫度變化引起變形，保 護密封。軸向導電桿的勵端端面連接螺紋孔

49、內設置不銹鋼絲螺絲套。防止損傷基 本金屬導電螺釘外墊滾包環氧玻璃絕緣，導電螺釘和轉軸之間的密封采用人字形 耐熱氯丁橡膠密封圈及壓緊螺帽結構，密封效果良好。 轉子風扇 在轉子兩端護環外側分別裝設單級漿式風扇，以驅動發電機內氫氣循環。 風扇由座環和葉片組成，座環由高強度合金鍛鋼制成，熱套在轉軸上。葉片 由高強度鋁合金鍛成，并按規定的扭轉角度把合在座環上。3.3 發電機的冷卻系統QFSN 600 2YH 型汽輪發電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水內冷， 轉子繞組和定子鐵芯及結構部件為氫冷。 發電機的內冷水路 定子冷卻水首先進入發電機勵端的進水匯流管，經聚四氟乙烯絕緣引水管分 別進入上下層線棒，再

50、經汽端的聚四氟乙烯絕緣引水管進入汽端回水匯流管，最 后返回外部水系統中。定子冷卻水的進出水匯流管為不銹鋼管，冷卻水的進出水口分別位于進出水 匯流管頂端的外側面，以保證定子繞組在運行時充滿水及水系統故障時不失水。 兩端匯流管間通過設在機座外頂部的小管徑聯通管連通，在聯通管上設置排氣和 防止虹吸現象的連接管，排氣管經過隔離閥引至大氣，防虹吸管引至內冷水箱的 頂部氣側空間。匯流管的最低位置處設有排污法蘭接口。定子繞組的引線、引出線及定子出線瓷套端子的冷卻水路為串聯式單獨水路， 然后和定子繞組冷卻水路并聯。首先，冷卻水自勵端匯流管經絕緣引水管進入引 線銅排，經引線的出水端絕緣引水管和主引出線的進水接頭

51、相連接，再經絕緣引 水管進入瓷套端子的導電桿內循環，然后經出水絕緣引水管進入出線盒內的小匯 流管，小匯流管經機座外部的連接水管和發電機內的汽端回水匯流管相連，其冷 卻水和定子線棒的冷卻水匯合后再回到外部水系統，這樣可避免引線失水。中性點的連接母線板亦為水內冷，水路和出線瓷套管端子的水路串聯。 發電機的氫氣冷卻風路QFSN6002YH 型汽輪發電機采用氣隙取氣徑向通風系統，其特點為：在 發電機兩端的頂部對稱布置橫向裝配的氫氣冷卻器，在轉子兩端對稱布置螺漿式 軸流風扇。氫氣冷卻器外罩的熱風側跨接在定子機座的端部熱風區，冷風側的出 風區在機座端部的上部，由機座隔板、內端蓋以及導風環構成風扇前后的低、

52、高 壓風區。發電機采用五進六出的冷卻風路，即定、轉子沿軸向共有 11 個通風區， 5 個進風（冷風）區， 6 個出風（熱風）區，進出風區相間隔分布。 轉子部件的通風回路 發電機轉子繞組風路分為直線風路和端部風路，端部風路分為兩路，一路冷 卻端部直線部分，另一路冷卻端部圓弧部分。轉子繞組端部下部由風區隔板隔成 4 個風區，位于大齒的風區為繞組端部圓弧段的出風區，熱風經轉子本體端部的 通風槽進入氣隙；位于小齒中心的風區為進風區，各線圈的進風孔設在各匝導線 的端部直線段上，冷氫通過各匝導線的軸向通風溝進入轉子槽部后經斜向風孔進 入氣隙熱風區 （ 第 1、11 風區） 。轉子繞組直線風路沿軸向分 11

53、 個風區，其中 1、3、5、7、9、11 等 6 個風區為熱風區 （ 出風區 ） ，第 2、4、6、8、10 等 5 個風區為冷風區 （ 進風區 ） ，即采用五進六出的形式。氫氣在進 風區經轉子槽楔的風斗，進入轉子線圈和進風側通風孔，斜向至底匝導線后轉向， 經出風側通風孔再進入風區的槽楔風斗，返回到氣隙，完成轉子繞組直線部分的 氫氣循環。轉子繞組的通風回路如圖 32。圖 3 2 轉子繞組通風回路 轉子磁極引線采用內冷結構，冷氫自勵端導電螺釘附近的進風區進入磁極引 線，然后在位于轉子繞組端部出風區的出風孔排出，再自轉子本體的通風槽進入 氣隙。轉子繞組極間連線的進風孔位于轉子繞組端部的進風區，而出

54、風孔位于出風 區，在其內部流通的氫氣從出風區排出后亦進入氣隙。 定子部件的通風回路 定子部件的通風回路和轉子回路相對應，通風回路如圖33。圖 3 3 定子通風回路 定子機座和鐵芯也分為 11 個風區。在鐵芯背部的機座隔板上裝設分別通到 各冷風區的軸向通風管，冷氫由機座端部分別進入各冷風區，冷卻定子鐵芯和轉 子繞組后返回到熱風區，經熱風管匯集于第 1 和第 11 風區后，再進入冷卻器罩 的熱風側，然后經冷卻器換熱冷卻后，再進入風扇前，經風扇加壓后重新進行循 環。定子鐵芯本體設有 95 個徑向通風道供氫氣通過以冷卻鐵芯。定子鐵芯端部 壓指處也設有徑向通風道以冷卻端部構件。端部磁屏蔽上共設有 4 個

55、徑向通風道，由磁屏蔽端板、分壓壓板、絕緣檔風 板、背部檔風環構成磁屏蔽的風路，冷氫自磁屏蔽的內錐面進入徑向通風道，冷 卻磁屏蔽后進入背部，經端板上的軸向通風孔進入第1、11 風區，再進入冷卻器完成循環。在定子繞組端部的內可調綁扎環上設有風路隔板，該環和轉子護環間的等效 間隙為25mm該環的作用為節制進入氣隙的風量以調整進入定子第1、第11風區及轉子端部風量。為防止發電機冷熱風區之間串風，除在鐵芯背部設置風區檔板外，在發電機 氣隙中裝設徑向風區隔環，考慮到裝插轉子等問題，該徑向風區隔環為5 6 圓周式。這將有效地加強轉子的通風冷卻，進一步降低轉子繞組的溫升。發電機出線盒設有單獨的風路，如圖34

56、所示。出線盒的進風孔設在主引線旁側的絕緣擋風板上，它們和定子端部的高壓 （ 冷）風區相通，而出風孔和機座 法蘭板上的出風孔相通并和機座端部設置的風道相連接，氫氣經該風道進入第 1、 第 11 風區再進入冷卻器完成循環。圖 34 定子出線盒風路3.4 發電機的監測系統 發電機的監測系統包括溫度測量、振動測量、對地絕緣電阻測量及漏水檢測 等。 定子鐵芯測溫在定子汽勵兩端的邊段鐵芯各埋置 4 個熱電偶，汽勵兩端部鐵芯的壓指 及磁屏蔽上各設置 2 個熱電偶，在鐵芯中部兩個熱風區的齒部和軛部各埋置 4 個熱電偶，共 24 個熱電偶元件。 定子繞組及主引線測溫 在汽端定子槽部上下層線棒之間埋置電阻測溫元件

57、，用來測量定子繞組溫度。 每槽 1 個，共 42 個。在汽端出水匯流管的水接頭上設置測量上下層線棒出水溫度的熱電偶，每個 接頭各 1個，共 84 個。在出線盒內小出水匯流管的水接頭上各裝 1 個熱電偶，測主引線及出線瓷套 端子的回水溫度，共 6 個熱電偶元件。 定子繞組冷卻水進出水測溫 在勵側進水匯流管和汽側出水匯流管上各設 1 個雙支式熱電偶，共 2個。 氫冷卻器前后氫溫測量 在汽端和勵端氫冷卻器外罩內的冷風側和熱風側各設置 1 個雙支式電阻測溫 元件，兩端共 4 個。 發電機內氫溫測量 定子機座風區隔板上設有熱電阻測溫元件，每個風區一只，共計 11 只。 軸承測溫在汽勵兩端的軸承瓦塊上各設置 1 個雙支式熱電偶，兩端軸承共 2 個雙支式 熱電偶元件。 轉子振動測量 在汽勵兩端的軸承外擋油蓋上各設一個非接觸式拾振器，測量轉子軸頸振動， 兩端共 2 只。 對地絕緣電阻測量