1、報告人：劉公直報告人：劉公直 20122012年年4 4月月可分為空冷和內冷兩大類可分為空冷和內冷兩大類 采用的介質不同，內冷又可分為水內冷和采用的介質不同，內冷又可分為水內冷和蒸發冷卻兩種方式蒸發冷卻兩種方式1.1 1.1 冷卻方式分類冷卻方式分類散熱效率高，使用壽命長，自身損耗低，安裝調試和維散熱效率高，使用壽命長，自身損耗低，安裝調試和維護簡便，有適當的散熱余量護簡便，有適當的散熱余量選用不污染環境，不損害人體健康，不腐蝕電機的環保選用不污染環境，不損害人體健康，不腐蝕電機的環保型冷卻介質型冷卻介質定子軸向溫度分布均勻、溫差小，定子線棒相對位移小，定子軸向溫度分布均勻、溫差小，定子線棒相

2、對位移小，定子鐵心無變形翹曲、各部位溫度不超過規定值定子鐵心無變形翹曲、各部位溫度不超過規定值主要電氣參數（主要電氣參數（ X X d d 、X Xd d、X X d d、），轉動慣量、），轉動慣量（GDGD2 2）等滿足電力系統穩定運行要求）等滿足電力系統穩定運行要求發電機的材料有效利用率高、重量輕、造價低發電機的材料有效利用率高、重量輕、造價低冷卻設備結構緊湊，占地空間小冷卻設備結構緊湊，占地空間小1.2 1.2 冷卻方式選擇原則冷卻方式選擇原則電氣參數較好，額定點效率高，過載能力強，適應電電氣參數較好，額定點效率高，過載能力強，適應電站頻繁開停機的運行方式，運行成本及故障率低站頻繁開停機

3、的運行方式，運行成本及故障率低結構簡單，現場安裝、調試簡便，安裝周期短，易于結構簡單，現場安裝、調試簡便，安裝周期短，易于維護檢修等維護檢修等1.3 1.3 冷卻方式對比冷卻方式對比1.3.1 1.3.1 全空冷的優勢全空冷的優勢突破每極容量的限制（通常突破每極容量的限制（通常85009000KVA85009000KVA以以上應采用水內冷），實現設計理念的重大轉變上應采用水內冷），實現設計理念的重大轉變（詳見表（詳見表1 1）注重對電機的電壓、定子繞組支路數與槽電流的注重對電機的電壓、定子繞組支路數與槽電流的合理匹配選擇及熱流密度分析計算和熱負荷的控合理匹配選擇及熱流密度分析計算和熱負荷的控制

4、（電負荷控制：制（電負荷控制：750920A/cm750920A/cm；熱負荷宜小；熱負荷宜小于于2800A2800A2 2/cm.mm/cm.mm2 2）1.3.2 1.3.2 全空冷的極限容量全空冷的極限容量序號序號電站名稱電站名稱國家國家額定容量額定容量（MVA）額定轉速額定轉速（r/min）每極容量每極容量（KVA/每極）每極）冷卻方式冷卻方式1向家壩向家壩中國中國888.97511111空冷空冷2溪洛渡溪洛渡中國中國855.612517825空冷空冷3三峽左岸三峽左岸中國中國777.8/840759723/10500水冷水冷4三峽右岸（三峽右岸（23#26# 機）機）中國中國777.

5、8/840759723/10500空冷空冷5三峽右岸地電（三峽右岸地電（27#-28# 機）機）中國中國777.8/840759723/10500蒸發冷卻蒸發冷卻6依泰普（依泰普（50Hz）巴西巴西82490.912480水冷水冷7古里古里廠廠委內瑞拉委內瑞拉700/805112.510938/12580空冷空冷8龍灘龍灘中國中國777.8107.113889空冷空冷9小灣小灣中國中國777.815019445空冷空冷10拉西瓦拉西瓦中國中國757142.918024空冷空冷11長河壩（在建）長河壩（在建）中國中國722.2142.916929空冷空冷12大古力大古力廠廠美國美國71885.7

6、8548水冷水冷13薩彥舒申斯克薩彥舒申斯克前蘇聯前蘇聯711142.916930定子水冷、轉子強迫空冷定子水冷、轉子強迫空冷14錦屏一級（在建）錦屏一級（在建）中國中國700142.915452空冷空冷15官地（在建）官地（在建）中國中國66710011111空冷空冷16二灘二灘中國中國612/642142.914571/15286空冷空冷17大古力大古力廠廠美國美國615726150空冷空冷18克拉斯諾雅爾斯克克拉斯諾雅爾斯克前蘇聯前蘇聯59093.89219定子水冷、轉子強迫空冷定子水冷、轉子強迫空冷19水布埡水布埡中國中國445/511.115011125/12780空冷空冷20丘吉爾

7、瀑布丘吉爾瀑布加拿大加拿大50020013889空冷空冷表表1 1 單機容量為單機容量為500MVA500MVA及以上典型水輪發電機主要技術數據及以上典型水輪發電機主要技術數據先進計算技術的應用先進計算技術的應用定、轉子三維溫度場分析計算定、轉子三維溫度場分析計算1.3.3 1.3.3 全空冷成功的技術保證全空冷成功的技術保證定子三維溫度場溫度分布云圖定子三維溫度場溫度分布云圖 轉子三維溫度場溫度分布云圖轉子三維溫度場溫度分布云圖 發電機散熱匝極間流體模型發電機散熱匝極間流體模型 發電機極間三維流場分布發電機極間三維流場分布 扎實的基礎研究試驗電機流體與換熱參數試驗臺電機流體與換熱參數試驗臺

8、電機流體與換熱參數試驗控制臺電機流體與換熱參數試驗控制臺 極間散熱系數模型極間散熱系數模型帶散熱匝的模型板及測試元件帶散熱匝的模型板及測試元件 大量通風模型裝置成功設計和實驗為真機通風系統優化提供可靠依據（見表2）電站名稱電站名稱拉西瓦拉西瓦三峽右岸三峽右岸小灣小灣龍灘龍灘惠州惠州主要技術參數主要技術參數真機真機模型模型真機真機模型模型真機真機模型模型真機真機模型模型真機真機模型模型定子鐵心外徑（定子鐵心外徑（mm）13770275419760329312740254816060321259702388定子鐵心內徑定子鐵心內徑(mm)126002520187663128116002320150

9、00300046701868鐵心長度鐵心長度(mm)325065032005343650730330066029301172定子通風溝數定子通風溝數70146811761570147329定子通風溝高度定子通風溝高度(mm)6666666655轉子外徑轉子外徑(mm)12528250618704311711530230614932298645841833磁軛外徑磁軛外徑(mm)1185823721809030151085221701429228582238895極數極數42428080404056561212轉速（轉速（r/min）142.915030075100320150150350107

10、.1100300500300350比例比例1:51:61:51:51:2.5驗收時間驗收時間2005.22004.122007.22004.12005.9表表 2 2 真機和模型主要技術數據比較真機和模型主要技術數據比較三峽右岸發電機通風模型三峽右岸發電機通風模型 惠州發電電動機通風模型惠州發電電動機通風模型 緊密跟蹤、現場實測，分析對比，不斷創新提高典型長鐵心電機實測（見表3）電站名稱電站名稱白山白山二灘二灘天生橋天生橋級級額定容量額定容量 (MVA)343612245額定功率因數額定功率因數0.8750.90.9額定電壓額定電壓 (KV)181818額定轉速額定轉速 (r/min)1251

11、42.9200定子鐵心內徑定子鐵心內徑 (mm)11340118108070定子鐵心長度定子鐵心長度 (mm)275028832700電機總風量電機總風量 (m3/s)144(160.2)200(193.4)112(125)下風道風量下風道風量 (m3/s)6214.853.5試驗時間試驗時間2002.6.10132002.3.272002.3.10表表 3 3 典型長鐵心電機實測與計算對比典型長鐵心電機實測與計算對比項目項目總風量（總風量（m3/s）上上/下風道風量（下風道風量（m3/s）通風損耗（通風損耗（KW）初步設計值初步設計值316.82240通風模型折算值通風模型折算值351246

12、0優化計算值優化計算值326.42300實測值實測值320.8196.2/124.7(6:4)2467.8三峽右岸電站26#機實測（見表4）表表4 264 26 #機實測與計算對比機實測與計算對比三峽右岸電站三峽右岸電站2525 # #機實測（帶電測溫）機實測（帶電測溫） 6 6根試驗線棒：上層根試驗線棒：上層3 3根，下層根，下層3 3根根 其中其中4 4根線棒各埋設根線棒各埋設2020個測溫元件，其余個測溫元件，其余2 2根各埋設根各埋設 1414個測溫元件個測溫元件上上層層線線棒棒測測點點布布置置 上部氣隙側下層50060060060060050037363835333429272830

13、322624252221233940 303132下層線棒測點布置下層線棒測點布置 5 5號上層線棒測點布置號上層線棒測點布置 A AA500600600600600500A氣隙側上部下層212223242526272829303132333427286號下層線棒測點布置號下層線棒測點布置采用安全可靠通風系統采用安全可靠通風系統雙路徑向密閉自循環端部回風無風扇旋轉擋風板通風系統雙路徑向密閉自循環端部回風無風扇旋轉擋風板通風系統磁軛通風隙（或通風隙磁軛通風隙（或通風隙+ +通風溝）為主要壓頭元件通風溝）為主要壓頭元件總風量適宜（總風量適宜（5%8%5%8%裕量），風量分配合理裕量），風量分配合理

14、（5.5/ 6:4.5/45.5/ 6:4.5/4），風速均勻，冷卻效果良好），風速均勻，冷卻效果良好實測表明：定子線棒全部測點（實測表明：定子線棒全部測點（RTDRTD）的最高溫度與最）的最高溫度與最低溫度差約為低溫度差約為 66；同一高程的測點溫差不大于；同一高程的測點溫差不大于44；同；同一根線棒軸向溫差不大于一根線棒軸向溫差不大于33。鐵心最高溫度與最低溫度。鐵心最高溫度與最低溫度差不大于差不大于22，溫度分布非常均勻，溫度分布非常均勻三峽右岸發電機通風系統示意三峽右岸發電機通風系統示意全空冷電機溫升考核標準全空冷電機溫升考核標準對對S SN N600MVA600MVA大容量水輪發電機

15、，定、轉子繞組采大容量水輪發電機，定、轉子繞組采用用F F級絕緣，其溫升值按級絕緣，其溫升值按B B級考核級考核對對S SN N600MVA600MVA巨型水輪發電機，定子繞組巨型水輪發電機，定子繞組/ /定子鐵心定子鐵心溫升宜取溫升宜取(7075)k(7075)k，轉子繞組溫升宜取，轉子繞組溫升宜取(7580)k(7580)k表表5 5溫升統計顯示：三峽右岸、溪洛渡、向家壩等項目溫升統計顯示：三峽右岸、溪洛渡、向家壩等項目要求過嚴要求過嚴2 2臺空冷器退出運行，且冷風溫度不超過臺空冷器退出運行，且冷風溫度不超過 4040，水溫不超，水溫不超過過2828，溫升仍保持額定值，導致發電機設計不經濟

16、，重，溫升仍保持額定值，導致發電機設計不經濟，重量偏重，先進性未能體現量偏重，先進性未能體現發電機應取科學、合理、經濟的溫升值發電機應取科學、合理、經濟的溫升值電站名稱電站名稱定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心轉子繞組轉子繞組備注備注三峽右岸地面三峽右岸地面/地下（空冷）地下（空冷）62/6062/5070/65過嚴過嚴向家壩（空冷）向家壩（空冷）706075鐵心溫升過嚴鐵心溫升過嚴溪洛渡（空冷）溪洛渡（空冷）706075鐵心溫升過嚴鐵心溫升過嚴龍灘龍灘726578鐵心鐵心/繞組溫升略偏嚴繞組溫升略偏嚴拉西瓦拉西瓦707575合適合適小灣小灣757585轉子繞組略偏松轉子繞組略偏松長河壩長河壩7

17、37178合適合適錦屏一級錦屏一級727076合適合適官地官地808085偏松偏松表表5 5 全空冷大容量水輪發電機溫升值統計全空冷大容量水輪發電機溫升值統計單位：單位：K K適應熱變形結構應用適應熱變形結構應用定子機座后傾式斜立筋及轉子支架前傾式斜立筋應用，定子機座后傾式斜立筋及轉子支架前傾式斜立筋應用，保證正常和非正常運行工況定、轉子的圓度和同心度保證正常和非正常運行工況定、轉子的圓度和同心度實測表明：實測表明：2626# #機定子機座斜立筋不同測點的徑向變形機定子機座斜立筋不同測點的徑向變形值與計算值吻合，實現均勻同心膨脹和均勻扭轉值與計算值吻合，實現均勻同心膨脹和均勻扭轉定子鐵心采用具

18、有可靠絕緣的高強度低碳合金鋼穿心螺定子鐵心采用具有可靠絕緣的高強度低碳合金鋼穿心螺桿與碟形彈簧匹配的壓緊系統，并實行分段冷壓和整體桿與碟形彈簧匹配的壓緊系統，并實行分段冷壓和整體熱壓的工藝，保持鐵心恒定的壓縮量和必須的壓緊力熱壓的工藝，保持鐵心恒定的壓縮量和必須的壓緊力三峽發電機定子斜立筋支撐機座三峽發電機定子斜立筋支撐機座定子鐵心疊片定子鐵心疊片 定子下線定子下線 定子上層線棒定子上層線棒 轉子中心體吊落在安裝基礎上轉子中心體吊落在安裝基礎上 轉子支臂與中心體組裝轉子支臂與中心體組裝 磁軛疊裝磁軛疊裝具有先進可靠的絕緣技術具有先進可靠的絕緣技術6060年的技術進步、發展、創新，形成極具特點的

19、哈電絕緣技術年的技術進步、發展、創新，形成極具特點的哈電絕緣技術哈電多膠模壓線棒經日本三菱、加拿大哈電多膠模壓線棒經日本三菱、加拿大GEGE公司，瑞士原公司，瑞士原 ABBABB公司全面嚴格實驗評定（如外觀質量，尺寸，表面電阻，介質公司全面嚴格實驗評定（如外觀質量，尺寸，表面電阻，介質損耗，冷熱循環及電熱老化試驗等）損耗，冷熱循環及電熱老化試驗等）目前哈電少膠真空壓力浸漬（目前哈電少膠真空壓力浸漬（ SVPISVPI）絕緣設備已正式投入使）絕緣設備已正式投入使用，并完成空冷汽輪發電機（用，并完成空冷汽輪發電機（200MW200MW、18KV18KV）及水電秘魯）及水電秘魯（102MW102MW

20、、13.8KV13.8KV）, ,白鶴灘（白鶴灘（1000MW1000MW、24KV24KV）及仙居）及仙居（375MW375MW、18KV18KV）定子線棒制造）定子線棒制造改善定子導線角部場強技術應用；防暈層非線性參數的合理搭改善定子導線角部場強技術應用；防暈層非線性參數的合理搭配；防暈層采用一次成型工藝；端部綁扎固定結構防暈處理以配；防暈層采用一次成型工藝；端部綁扎固定結構防暈處理以及槽內固定采用及槽內固定采用“三合一三合一”繞包槽襯結構等綜合技術，哈電絕繞包槽襯結構等綜合技術，哈電絕緣技術得到全面提升：緣技術得到全面提升：工作場強：工作場強：30KV/mm30KV/mm擊穿水平：擊穿水

21、平：6.0U6.0UN N常態介損常態介損(0.2U(0.2UN N):tan):tan1%;1%; 常態介損增量（常態介損增量（0.6 U0.6 UN N-0.2 U-0.2 UN N）: :tantan0.5%0.5% 熱態介損（熱態介損（155155、0.6 U0.6 UN N）6%6%防暈結構的表面電位梯度防暈結構的表面電位梯度:230V/mm:230V/mm槽電位槽電位: : 10V10V單根定子線棒起暈電壓單根定子線棒起暈電壓:2.5 U:2.5 UN N (U(UN N20KV)20KV) 2.0U 2.0UN N (U(UN N20KV)20KV)整機起暈電壓整機起暈電壓:1.

22、1 U:1.1 UN N單根線棒端部防暈層在空氣中最高閃絡電壓單根線棒端部防暈層在空氣中最高閃絡電壓: : 130KV(U 130KV(UN N20KV)20KV)完善優化的推力軸承技術完善優化的推力軸承技術三峽右岸電站全空冷發電機推力軸承與三峽左岸發電機三峽右岸電站全空冷發電機推力軸承與三峽左岸發電機的基本相同，業已經哈電的基本相同，業已經哈電3000t3000t推力軸承試驗臺試驗驗推力軸承試驗臺試驗驗證，性能可靠證，性能可靠哈電經消化吸收，對其支撐結構和潤滑冷卻系統進行完哈電經消化吸收，對其支撐結構和潤滑冷卻系統進行完善優化，效果良好。額定負荷運行推力瓦溫為善優化，效果良好。額定負荷運行推

23、力瓦溫為（78.776.578.776.5），瓦溫分布均勻，瓦溫分布均勻三三峽峽發發電電機機小小支支柱柱簇簇支支撐撐結結構構哈電全空冷巨型水輪發電機統計（見表哈電全空冷巨型水輪發電機統計（見表6 6）1.3.4 1.3.4 哈電全空冷水輪發電機業績哈電全空冷水輪發電機業績序號序號電站名稱電站名稱額定容量額定容量（MVA）裝機臺數裝機臺數首臺機首臺機投運年份投運年份備備 注注1龍灘龍灘7787+(2)2007未計擬增裝的未計擬增裝的2臺機容量臺機容量2三峽右岸三峽右岸778/8404+22007地下廠房地下廠房2臺機于臺機于2011年并網發電年并網發電3拉西瓦拉西瓦7575+12009未計擬增裝

24、的未計擬增裝的6#機容量機容量4小灣小灣778620095向家壩向家壩889420126官地官地667420127錦屏一級錦屏一級700620128溪洛渡溪洛渡856620129長河壩長河壩72242014表表 6 6 巨型全空冷水輪發電機統計巨型全空冷水輪發電機統計單機容量為單機容量為600MVA600MVA及以上的全空冷巨型水輪發電機共及以上的全空冷巨型水輪發電機共計計4848臺套，裝機容量達臺套，裝機容量達37387MVA37387MVA，容量及臺數均居世，容量及臺數均居世界第一界第一具有自主知識產權、單機容量最大、尺寸最大的三峽右具有自主知識產權、單機容量最大、尺寸最大的三峽右岸全空冷

25、巨型水輪發電機成功投運，標志著空冷技術的岸全空冷巨型水輪發電機成功投運，標志著空冷技術的重大突破，是水電建設史上一個重要里程碑，開創了世重大突破，是水電建設史上一個重要里程碑，開創了世界上單機容量最大的全空冷水輪發電機運行的新時代界上單機容量最大的全空冷水輪發電機運行的新時代定子線棒溫度較低，溫度分布較均勻，有利于改善熱定子線棒溫度較低，溫度分布較均勻，有利于改善熱應力、減小鐵心翹曲和延長絕緣壽命應力、減小鐵心翹曲和延長絕緣壽命滿足規定的滿足規定的GDGD2 2值，可適當降低鐵心高度，縮小體積，值，可適當降低鐵心高度，縮小體積，減輕重量減輕重量可適應短時過載和頻繁起停運行方式可適應短時過載和頻

26、繁起停運行方式定子線棒水接頭結構和水處理設備可靠性較低定子線棒水接頭結構和水處理設備可靠性較低安裝、實驗、運行管理和檢修的難度及工作量大，維安裝、實驗、運行管理和檢修的難度及工作量大，維護成本較高護成本較高1.3.5 1.3.5 水內冷的優勢水內冷的優勢電氣參數（電氣參數（ X Xd d、 X X d d、 SCRSCR），額定效率、），額定效率、銅耗損等是限制容量的關鍵因素銅耗損等是限制容量的關鍵因素基于體積容量和導熱系數不同，水內冷發電機的極限基于體積容量和導熱系數不同，水內冷發電機的極限容量約為空冷的容量約為空冷的1.521.52倍倍受電氣參數及鐵磁材料飽和等因素影響，以及現代計受電氣參

27、數及鐵磁材料飽和等因素影響，以及現代計算技術、絕緣技術和水平不斷提高和對線圈散熱性能算技術、絕緣技術和水平不斷提高和對線圈散熱性能的改善以及通風系統的優化，全空冷發電機的極限容的改善以及通風系統的優化，全空冷發電機的極限容量基本與水內冷的相當量基本與水內冷的相當從技術進步和發展分析，目前投運的水內冷發電機并從技術進步和發展分析，目前投運的水內冷發電機并未完全發揮其優勢（如電負荷、磁負荷及熱負荷的選未完全發揮其優勢（如電負荷、磁負荷及熱負荷的選擇）擇）1.3.6 1.3.6 水內冷的極限容量水內冷的極限容量具有與水內冷技術相當的冷卻效果具有與水內冷技術相當的冷卻效果取消價格昂貴的純水處理系統，需

28、增加一套蒸發冷卻系統取消價格昂貴的純水處理系統，需增加一套蒸發冷卻系統采用無毒、安全的高絕緣、防火和滅弧性能好的環保型冷采用無毒、安全的高絕緣、防火和滅弧性能好的環保型冷卻介質卻介質運行和維護相對簡便、可靠性較高運行和維護相對簡便、可靠性較高施工安裝周期相當施工安裝周期相當蒸發冷卻極限容量與水內冷的相當蒸發冷卻極限容量與水內冷的相當20112011年年1212月東電自主設計制造的月東電自主設計制造的 700MW 700MW 級巨型蒸發冷級巨型蒸發冷卻水輪發電機組在三峽右岸地下電站成功并網發電，實現卻水輪發電機組在三峽右岸地下電站成功并網發電，實現同一個電站裝設三種不同冷卻方式巨型水輪發電機組的

29、目同一個電站裝設三種不同冷卻方式巨型水輪發電機組的目標標1.3.7 1.3.7 蒸發冷卻的優勢蒸發冷卻的優勢三峽右岸電站（含地下電站）三峽右岸電站（含地下電站）700MW700MW不同冷卻方式水輪發不同冷卻方式水輪發電機主要性能指標對比（見表電機主要性能指標對比（見表7 7）1.4 1.4 不同冷卻方式性能指標對比不同冷卻方式性能指標對比表表 7 7 全空冷、水內冷、蒸發冷卻發電機主要性能指標對比全空冷、水內冷、蒸發冷卻發電機主要性能指標對比序號序號 項目項目 全空冷全空冷 水內冷水內冷 蒸發冷卻蒸發冷卻備備 注注1X X dudu0.325/0.3030.341 / 0.319/0.35 /

30、 0.320.35/0.32水內冷欄分子、分母指標分別為水內冷欄分子、分母指標分別為ALSTOM和和DFEM2SCR1.121.11.13GD2(t.m2)450157450000/454880454880同序號同序號1備注說明備注說明4Ic(A)60628083/97009700同序號同序號1備注說明備注說明5AS(A/cm)864864/851851同序號同序號1備注說明備注說明6經濟性經濟性(總重量總重量)(t)35433334/3143/32623640水內冷欄指標依次為水內冷欄指標依次為ALSTOM、VGS、DFEM7 可靠性可靠性符合合同符合合同4項要求項要求符合合同符合合同4項要

31、求項要求符合合同符合合同4項要求項要求8 過載能力過載能力定子繞組：定子繞組：I=1.62INt=2min轉子繞組：轉子繞組：If=2IfNt=50S純水系統停運：純水系統停運：P=pN,t=6min；P=0.3 pN,t=定子繞組：定子繞組：I=1.62INt=1min轉子繞組：轉子繞組：If=2IfNt=20S2臺空冷器和臺空冷器和1臺冷凝臺冷凝器退出，可正常運行。器退出，可正常運行。冷凝器斷水必須停機。冷凝器斷水必須停機。其他指標同水內冷其他指標同水內冷空冷和水內冷空冷和水內冷2臺空冷器退出可正常運行臺空冷器退出可正常運行9 頻繁開停機頻繁開停機適應適應適應適應適應適應10 介質泄漏介質泄漏無無潛在隱患，有可能引潛在隱患，有可能引發短路故障發短路故障潛在隱患，但引發短潛在隱患，但引發短路故障的可能性極小路故障的可能性極小三峽右岸地下電站機組主要數據統計（見表三峽右岸地下電站機組主要數據統計（見表8 8）1.5 1.5 結結 論論表表 8 8 三峽右岸地下電站機組定子溫度統計三峽右岸地下電站機組定子溫度統計 單位：單位： 項目項目全空冷