发电机的发热与冷却及氢气系统简介

60°相带槽电势星形图
叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈 中，后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。
极相组的电动势、电流方向与极相组的电动 势电流方向相反，为避免电动势或电流所形 成的磁场互相抵消，串联时应将极相组和极 相组反向串联，即首－首相连把尾端引出， 或尾－尾相连把首端引出。
在实际的电机中，由于磁极磁场是不可能完全 按正弦规律分布，因此，在定子绕组内的感应 电势也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的 基波外，还包含着一系列的谐波。谐波的次数 越高，它的幅值越小，对电势波形的影响越小。 高次谐波的存在，对发电机会产生许多不良的 影响： 1）发电机本身的损耗增加，效率降低，温 升增高。 2）可能引起输电线路的电感和电容产生谐 振，产生过电压。 3）对邻近的通讯线路产生干扰。
1.0 1.0 0.012 0.012 1.0 5.0 21.0 50.0
发电机结构
机座
护环
Biblioteka Baidu氢冷器
铁芯 碳刷架
轴承 转子 端盖 定子线圈
出线端子
发电机以氢气作为主要冷却介
质，采用径向多流式密闭循环 通风方式运行，定子绕组采用 单独的水冷却系统
发电机氢冷系统的功能是用于冷却
发电机的定子铁芯和转子，并采用 二氧化碳作为置换介质。发电机氢 冷系统采用闭式氢气循环系统，热 氢通过发电机的氢气冷却器由冷却 水冷却。
发电机的发热与冷却
发电机氢气系统
电气一次：王小伟
发电机的发热与冷却
同步发电机的内部损耗

主要包括 铁损 定子 铜损 转子 机械损耗 附加损耗

电机容量的提高主要通过增大电机的线性尺寸和增加电磁
负荷两种途径实。然而增大线性尺寸同时会增大损耗（因
为电机的损耗是与线性尺寸的三次方成正比），造成电机
效率下降。而增加磁负荷，由于受到磁路饱和的限制也很 难实现。提高单机容量的主要措施就是增加线负荷。但增 加线负荷就同时会增加线棒铜损，线圈的温度将增加，可 能达到无法容许的程度。这时就必须采用强化冷却技术， 以提高散热强度，从而将电机各部分的温升控制在允许范 围内，才能保证电机安全可靠地运行。所以冷却技术的进
氢气系统冷却器



发电机氢冷系统的冷却 为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的 氢气冷却器由冷却水冷却。 发电机氢气冷却器采用绕片式结构 。冷却 器按单边承受0.8MPa压力设计。 氢冷却器冷却水直接冷却的冷氢温度一般 不超过46℃。氢冷却器冷却水进水设计温 度38℃。
完毕，谢谢！
2014年08月
转子通风系统
转子槽内斜流通风 端部两路半通风

转子绕组槽部采用气隙取气斜流内冷方式。利用转 子自泵风作用，从进风区气隙吸入氢气。通过转子 槽楔后，进入两排斜流风道，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。在 转子线棒凿了两排不同方向的斜流孔至槽底，于是， 沿转子本体轴向就形成了若干个平行的斜流通道。 通过这些通道，冷却用氢气交替的进入和流出转子 绕组进风口的风斗，迫使冷却氢气以与转子转速相 匹配的速度通过斜流通道到达导体槽的底部，然后 拐向另一侧同样沿斜流通道流出导体。从每个进风 口鼓进的冷风是分成两条斜流通道向两个方向流进 导体，同样，有两条出风通道汇流在一起从出风口 流出进入气隙。

发电机采用径向多流式密闭循环通风，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。为了防止风路的 短路，常在定转子之间气隙中冷热风区间的定 子铁芯上加装气隙隔环，以避免由转子抛出的 热风吸入转子再循环。
氢气系统参数表
序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 型式 数 量 0.45 0.2~0.45 98 92 ≤10 东电 集装 1080×1050 ×480 mm 单 位 MPa(g) MPa(g) % % Nm3/24h 报警值 备 注
发电机机壳内最大氢气压力 氢气压力允许变化范围 发电机机壳内额定氢气纯度 发电机机壳内最小氢气纯度 氢气总补充量保证值 （在额定氢压下） 氢系统装置制造厂/国别 氢系统装置型式 氢系统装置尺寸（长×宽×高）
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氢气系统运行中的注意事项

1）每天均应检查监视项目： ①监视油水探测报警器内是否有油水，如发现则 应及时排放； ②氢气干燥装置是否正常运行； ③氢气纯度、压力、温度指示是否正常。 2）每周检查项目： ①氢气纯度检测装置过滤干燥器中的干燥剂更换； ②氢气系统管路中的排污阀门，尤其是氢气纯度 检测装置和氢气干燥装置管路中的排污阀门。
削弱谐波的常用方法如下： 1）隐极汽轮发电机的气隙是均匀的，因此只要把每 极范围内安放的励磁绕组与极距之比设计在0.7～ 0.8范围内，就可使发电机磁极磁场的波形比较接 近于正弦形。 2）采用Y形连接，由于3次谐波及其倍数奇次谐波 是同大小、同相位的，采用这种接线可把这些谐 波抵消掉。 3）采用短距绕组，可削弱5、7次谐波。 4）采用分布绕组，即增大每极每相槽数q，可显著 削弱高次谐波电势。但随着q值的增大，电枢槽数 增多，这将引起冲剪工作和绝缘材料的消耗量增 加，使成本上升。所以，一般隐极汽轮发电机的q 取6～12之间。
定子通风系统

机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风 （氢气）系统的一部分。 发电机定子采用径向通风，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 替分为进风区和出风区。这些小室用管子 相互连通，并能交替进行通风。氢气交替 地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通 过冷却器，从而有效地防止热应力和局部 过热。




3）每月检查项目：排污（排放）阀门开启， 排除油污和水分。 4）每3～6个月的检查监视事项： ①报警用开关、继电器类的动作试验； ②安全阀动作试验； ③氢气纯度检测装置校验； ④气体置换盘通电，以及分析器校验。 5）每6～12个月的检查项目：压力表等指示 表计校验。 6）每12个月检查项目：继电器类的检查清扫。
转子与铁芯的冷却通道为多进多出
结构，采用径向和轴向气隙隔板， 从而使气体分为不同的冷热区域， 可以有效的遏止冷热风的混合，沿 转子轴向温度分布比较均匀。
发电机通风系统
采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯 沿轴向分为13个风区，6个进风区和7个出风区 相间布置。转子采用气隙取气斜流式。采用该 通风系统的优点：温度均匀，不需高压风扇， 通风损耗小。
步是电机向大容量发展的保证。

电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类 空气 气冷 氢气 水 液冷 油 蒸发冷却介质（氟里昂类、氟碳）
氢气和空气、水与油之间的冷却性能表
介质
空气 氢气（0.414MPa） 油 水
比热
1.0 14.35 2.09 4.16
密度
1.0 0.35 0.848 1.000
所需流量 冷却效果
定子线棒由绝缘空心股线和实心股线 混合编织换位组合而成。 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。 冷却水流通道为单向型


对于大型汽轮发电机主要采用三相双层 绕组，并采用短距叠绕组，双层绕组构 成如左图。在每个槽内有上下两个线圈 边，线圈的一个边嵌在某个槽的下层， 则另一边则嵌在相隔y1槽（节距：一个 线圈的有效边在定子铁芯上跨的槽数） 的上层。采用双层绕组可以很方便地把 绕组型式设计成短距绕组。短距绕组具 有改善电势波形和节约材料的优点。
一路风从下线槽底部的副槽进入转
子本体部分的端部风路，另一路风 从转子线圈端部的中部进入铜线风 道，再从转子本体端部排入气隙。 为了加强后一路风的冷却效果，在 这路风的中途再补入半路风，即形 成“两路半”的风路结构。



氢气控制系统设置专用管路、CO2控制排、 置换控制阀和气体置换盘用以实现机内气体 间接置换。 为使机内氢压保持在规定范围之内，控制系 统在氢气的控制排中设置有两套氢气减压器。 用以实现机内氢气压力的自动调节。 氢气中的含水量过高对发电机将造成多方面 的影响，通常在机外设置专用的氢气干燥器， 它的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的 回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部 分氢气不断的流进干燥器得到干燥。