发电机基础知识

汽轮发电机简介
目录
一. 概述
1. 发电机的工作基本原理
2. 发电机冷却
3. 型号的组成及代表意义
二．汽轮发电机主要结构特点
2.1.1 水氢氢300MW汽轮发电机示意图2.1.2 水氢氢600MW汽轮发电机示意图2.1.3百万兆瓦水氢氢汽轮发电机外形图
2.2.1 定子
2.2.1.1 定子机座
2.2.1.2 定子铁心
2.2.1.3 定子绕组及装配2.2.2 转子
2.2.3 端盖轴承
三.发电机配套系统
3.1 油密封系统
3.1.1 转轴油密封原理3.1.2 密封油工作系统3.2 氢系统
3.3 冷却水系统
3.4 励磁系统
3.4.1 励磁方式概述
3.4.2 无刷励磁方式
3.4.3 自并励静止励磁方式
3.4.4 大电流集电环装置
四. 安装质量关键事项
4.1 概述
4.1.1 关注发电机内清洁度
4.1.2 关注发电机定子外部连接水系统
4.1.3 注意水系统漏氢量
4.1.4注意冷却水水质
4.1.5 关注油冲洗需彻底
4.1.6 注意发电机定子与转子安装就位轴向位置
一. 概述
1. 发电机的工作基本原理
发电机主要有转子和定子两大部分,它们之间有气隙, 转子槽内有线圈绕组,当直流激磁电流流过会产生励磁磁场, 同时转子由汽轮机作为原动机拖动旋转,磁场将切割定子铁芯槽内对称分布的三相绕组,根据电磁感应定律,定子绕组中感生出交流电势,再通过变压器与电网相连接，从而使机械能转化为电能。

（参见附图１）
旋转方向
机端励磁N
S 转子气隙
定子铁芯
主磁通穿过
定子铁芯附图１发电机工作原理图
Ｎ
Ｓ
2．发电机冷却
①作用:
冷却介质与发电机内部损耗产生的热进行交
换，使机内各部件的温度保持在材料所允许
的限度之内。

②冷却介质基本要求：
●比热容（或气化热）大●黏度小
●导热系数大●密度小
●介电常数高●化学稳定
●无毒、无腐蚀性●价廉易得
③氢气为冷却介质的特点如下：
ⅰ．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0.5 MPa下，其密度亦只有空气
的60％，因此大大降低了通风损耗。

ⅱ．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 %）；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。

ⅲ. 氢气可以抑制电晕，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。

ⅳ. 氢气本身既不自燃也不助燃，但当氢气与空气混合后，含有氢气如体积在4.1～74.2％的比例范围内，可能会发生爆炸，其爆炸的强烈程度与两种气体混合比的关系接近正弦曲线。

安装及运行规程中、特别在气体置换过程中、必须确保在任何运行工况下，氢混合气体的比例远离达到爆炸的危险比例范围。

3.型号的组成及代表意义
①（国内）发电机型号QF+…－X－2 所代表的意义是:
QF —代表汽轮发电机，
X —代表额定容（MW）, 2 —代表二极，
+…S —代表水内冷, 如：QFS
+…N —代表氢内冷, 如：QFN
+…SN —代表水氢冷, 如：QFSN
+…无字符—代表空冷，如：QF
举例: QFSN－600－2 代表600MW、二极水氢氢汽轮
发电机；
QFS－300－２代表300MW、二极双水内冷汽轮
发电机；
QF－135－2 代表135MW、二极空冷汽轮发电机。

二．汽轮发电机主要结构特点
2.1.1 水氢氢300MW汽轮发电机示意图
图A
冷却器隔板盖板氢气冷却器
导向叶片座
汽端
油密封及端盖轴承装配进水室及盖板
电流互感器
出线套管
出线盒
油密封及端盖
轴承装配
导向叶片座
风扇
转子励端
图B发电机主要部件示意图
2.2.1 定子
它由导磁的定子铁芯和导电的定子（电枢）绕组，固定铁芯压圈和隔振装置以及形成冷却介质通道的结构件（包括机座、端盖、道风圈、绕组绝缘支架、槽楔…）等部分组成。

2.2.1.1 定子机座
机座作为固定、支撑、保护定子铁心、定子绕组之用，同时构成发电机通风循环回路。

氢冷发电机如采用端盖轴承结构，它还要承受转子质量，并应具有承受气体作用下的密封和防爆的功能。

（参见附图2）
2.2.1.2定子铁心
它使发电机总磁通获得低磁阻的磁路，并起对嵌入定子绕组固定作用。

由于交变磁通会在铁芯中产生磁滞损耗和涡流损耗，需采用低损耗、高导磁的冲制成扇形硅钢片叠压成整圆铁芯；扇形硅钢片需去毛刺涂漆，以防片间短路，减少涡流损耗。

铁心外圆有支持定位筋槽，作为压装硅钢片时导向用；铁心轴向紧固有支持螺杆和穿心螺杆（有的不用）与两端压圈一起收紧铁心。

考虑到扇形硅钢片波浪型和厚度不均，铁心压装过程采取多次冷、热压和调控平整度和相关尺寸，使冲片在温度、压力和电磁振动综合作用下满足紧密度要求，防止铁心运行松动而损毁铁心和线圈。

铁心一般有径向风道，或采用轴向通风。

随容量增大，铁心端部设有磁屏蔽、铜屏蔽、或采用硅钢片黏结成压圈、铝压板；压圈和齿压板选用反磁材料，以减小损耗及发热。

注：参见附图3
隔振结构：由于转子磁场旋转，其磁拉力强迫定子铁芯产生2×f 周/秒的椭圆振动(又称倍频振动），为了使它传递给机座对基础振动的影响降到最小，在定子机座和铁芯之间采用柔性联接，起到良好的隔振效果。

有卧式弹簧板弹性支撑结构和竖式高强度弹簧板隔振装置。

注：参见附图4、5
附图5 定子铁心隔振结构示意图（竖式）
2.2.1.3 定子绕组及装配
由于定子绕组处于高电压、大电流工作状态，受到电、热、机械力的作用和不同环境条件的影响，它的可靠性和寿命尤为重要。

①定子线捧
定子绕组对地主绝缘有采用Ｆ级多胶环氧云母带模压和少胶粉云母带真空压力浸渍（SVPI）两种结构；线棒外表直线和端部有不同阻值的防晕处理，利用电阻分压和屏蔽层电容分压原理，改善线棒表面电位对地均匀变化，抑制电晕及过热。

水内冷定子线棒，一般采用绝缘空心扁铜线（也有不锈钢的）与绝缘实心扁铜线编织换位组成，股线高度选小可减少铜截面上涡流损耗，直线部分360°或540°换位可减少每根股线对应感应电势差引起的股间环流损耗。

（参见附图6、7）
附图6
两排导线编织换位上层线棒下层线棒
附图7 定子线捧截面示意图
( 注：60万四排导线)
②定子绕组槽内及端部结构
要求在运行中，防止绕组松动而磨损和冲击电磁力造成有害变形以及电腐蚀，故槽内线棒固定，采用最顶上槽楔和楔下绝缘的弹性波纹板，槽壁与线棒间用半导体垫条或波纹板垫紧。

(参见附图7)
附图7 定子绕组在槽内固定示意
附图8 压板及螺钉固定结构（30万）
附图10 大锥环加弧形压板和端部整体灌胶结构（百万）
定子绕组端部水电接头结构如下：（参见附图11-A、B、C）
附图11-A（30万采用银铜焊）
附图11-B （60万采用锡焊）
附图11-C（百万采用螺杆和压板固定）
附图12B （百万）绝缘引水管扣压式接头
附图12C （30万）绝缘引水管扣压式接头O 型密封圈
铜垫圈密封
转轴由高机械性能和导磁性能良好的
合金钢锻造而成，转轴本体上开有安放转
子绕组槽，本体大齿上开有多个横向月亮槽，以均匀转轴正交两轴线的刚度，可减
小倍频振动；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。

氢冷转子绕组一般采用含银铜导线，以提高其热态强度，防止运行中变形；绕组对地及匝间要绝缘；直流电在转子绕组中产生的损耗及发热需要冷却，槽内部分可采用不同冷却结构：①30万槽底副槽进风，经铜线通风孔径向出风的副槽通风系统。

(参见附图14-a）②60万在槽楔上有进、出通风孔，铜线排上有斜进、出风道的气隙取气斜流通风系统。

（参见附图14-b）
③百万采用空心铜线有轴向两端部进风、中部
出风的轴向径向通风系统。

（参见附图14-
c）
附图14-a 副槽通风
附图14-b 气隙取气斜流通风
附图14-c 轴向径向通风
转子护环保护转子绕组端部，并承受其离心力，它采用弱磁性高强度钢制成，以降低杂散损耗；护环为悬挂式结构，一端与转子本体热套，并用环键固定，防止轴向移位；另一端与中心环热套，并与转轴悬空，防止与转轴微动磨损。

(参见附图15）
附图15 悬挂式护环
转子绕组与无刷励磁机或滑环电气连接通过J型引线、径向引线、轴向引线
（参见附图16-a、b）
附图16-a 转子径向-轴向引线（30、60万）
附图16-b 转子径向-轴向引线（百万）
2.2.3端盖轴承
轴承与密封支座都装在端盖上，可缩短转轴长度并有良好支承刚度（参见附图17-a、b）。

附图17-a 端盖式轴承示意图（30、60万）
附图17-b 百万轴承
附图18-a 圆柱瓦轴承（30万）
附图18-b 分块可倾瓦（60万）
附图18-c 椭圆瓦（百万）
三．发电机配套系统
３.1油密封系统
3.1.1 转轴油密封原理：如附图19所示，以
油压略高于机内氢压的压力油循环注入密
封瓦与转轴之间的间隙，防止氢漏出。

附图19 浮动密封环（瓦）密封原理
浮动密封环（瓦）分双流环式和单流环式两种（参见附图20-a、a1、b、b1）
双流环式系统有氢侧油和空侧油两相对独立的油系统，一般漏氢量较小，备用油路也多，任一股油因故暂时断流时，另一股油可维持向密封瓦供油，提高了运行可靠性；
但平衡阀长期运行老化后，较难达到高的氢純度。

单流环式系统简单有真空箱及真空泵，抽吸水气及杂质后，易保证氢純度，但补氢量较大。

密封瓦浮动油空侧油供油
双流双环密封瓦
发电机主轴承空侧密封油进油氢侧密封油进油
密封瓦支座
迷宫式密封环
氢侧密封油排油
空侧密封油排油
（与轴承回油混合）
附图20-a双流双环式油密封结构示意图
附图20-a １双流双环式油密封剖面图
附图20-b单流单环式油密封示意图
附图20-b 1 单流单环式油密封结构示意图
空侧回油
附图21-a双流密封油系统示意图
幻灯片 47
f1 fanzl, 2010-2-28
附图21-a1空侧和氢侧油路工作流程示意图
附图22-a 单流密封油系统示意图。