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1第一篇一次设备第一章1000MW汽轮发电机第一节概述自从1888年第一台旋转电枢交流发电机（4800r/min）问世来，由于理论分析、实验研究的进步和新材料的发展，发电机单机容量越来越大，目前单机容量已达1333MVA（3000r/min）和1650MVA（1800r/min）,且正在研制2000-2500MVA两极或四极的发电机组。大容量、高参数是提高火电机组经济型最为有效的措施。同时，由于世界一次能源中煤的储量远远超过石油和天然气、环境保护对减少排放污染提出要求，京都协议书为控制地球温室效应确定减少CO2排放目标等原因，高效洁净燃煤发电技术将成为今后世界电力工业的主要发展方向之一。1993年应用新一代600oC贴素体高温材料的首台温度593oC的700MW机组在日本投运，标志着世界汽轮机技术的发展进入了一个新的“超超临界参数”发展阶段。相对热力学的超临界概念，超超临界参数是一种商业性称谓，以表示汽轮机组具有更高的压力和温度，有的公司也将超超临界机组称为高效超临界机组。目前世界各公司对超超临界参数没有统一的定义。国外发达国家，百万级火电技术已有较成熟经验，高技术含量的l0OOMW级单轴全速火电机组国际上有十几台运行业绩，各方面性能及经济效益很好，因此l0OOMW级火电受到了国内用户的欢迎，得到了全面发展的机遇和空间。SIEMENSlOOOMW级发电机具有非常好的技术和运行经验，已有8台3000r/min1000MW级发电机在国际上投人运行，处于国际领先水平。上海汽轮发电机有限公司依托SIEMENS公司1000MW级发电机的先迸技术，从2001年分包制造THDFl25/67型发电机，到2003年全面引进，经过长期的研究、消化、吸收和国产化工作，已完全拥有该l0OOMW级发电机的先迸技术以及生产制造能力，成为国内首家拥有国际先进水平的单轴全速10OOMW级发电机技术及生产制造能力的厂家。THDFl25/67发电机采用德国SIEMENS集团的最新技术，性能优良，为具有国际先进水平的成熟产品，发电机出力裕度大。THDFl25/67发电机的原设计容量为115OMVA，功率因数0.85，定子电压27kV，氢压0.5MPa。SIEMENS公司在2001年针对该型发电机进行了l15OMVA的型式试验。该发电机为水氢氢冷却方式，即：定子绕组水内冷，转子绕组和定子主出线氢内冷，铁心轴向氢冷。作为攻关项目依托工程的我国第一个超超临界电厂——华能玉环电厂4*1000MW项目于2003年11月正式启动，标志着我国电力工业进入了一个以环保、高效为中心的发展新阶段。第二节发电机基本工作原理及技术参数一、发电机工作原理以同步发电机为例，如图1-2-1所示。主要结构由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有气隙。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，相绕组由多匝串联的绕组元件(见图1-2-1（b）)连接而成，每相绕组的匝数相等，在空间上彼此相差120电角度。转子磁极上装有励磁绕组，由直流励磁电流通过产生磁场，其磁通由转子N极出来，经过气隙、定子铁心、气隙，进入转子s极而构成回路，如图1-2-1中虚线所示。fI图1-2-1同步发电机工作原理图1-2-2同步发电机电势示意图如果原动机拖动发电机沿反时针方向恒速旋转，则磁极的磁力线将切割定子绕组的导体。由电磁感应定理可知，在定子导体中就会感应出交变电势。设磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦规律分布，则导体的电势也随时间按正弦规律变化。由于三相绕组在空间上彼此互差120°电角度，在图示转向下，磁力线将先切割A相绕组、在切割B相绕组、最后切割C相绕组。因此，定子三相电势大小相等，相位彼此互差120°，如图1-2-2。二、发电机的额定值发电机制造厂按照相应标准、根据电机的设计和试数据而规定的每台电机的正常运行状态和条件，称为发电机的额定运行情况。表征电机额定运行情况的各种数值如电压、电流、功率和转速等称为发电机的额定值。额定值一般标记在发电机的铭牌上或产品说明书上。2发电机的额定值一般有以下几项：（1）额定容量，单位为W；NP（2）额定电压，单位为V；NU（3）额定电流，单位为A；NI（4）额定转速，单位为r/min。Nn还有一些额定值如额定效率，额定转矩和额定温升等，不一定标在铭牌上。三、玉环电厂发电机组技术参数及特点玉环电厂发电机型号为：THDF125/67其中：T：三相汽轮发电机H：氢冷（发电机腔）D：转子绕组直接轴向气体冷却F：定子绕组直接水冷125：转子本体的直径为125cm67：定子铁芯的长度670cm以下分别做一介绍。1、发电机参数如下：表1-2-1THDF125/67发电机主要技术数据名称单位设计值发电机型号THDF125/67额定容量SnMVA1056额定功率PnMW950最大连续输出功率（TMCR）MW1000最大输出功率（VWO）PmaxMW1050额定功率因数CosΦn0.9定子额定电压UnkV27定子额定电流InA22571额定频率fnHz50额定转速Nnr/min3000额定励磁电压UfnV418额定励磁电流IfnA565334名称单位设计值定子线圈接线方式YY冷却方式水氢氢励磁方式无刷励磁表1-2-2THDF125/67发电机主要设计技术数据设计工况工况1工况2容量/MVA11121150定子电压/Kv2727定子电流/A2377824591功率因数0.90.85频率/Hz5050极数22额定氢表压/Mpa0.50.5效率（设计值）/%98.9798.87励磁电压/A58876397励磁电压/V437486同步电抗Xd(不饱和值)/%261.4270.4直轴暂态电抗X′d（饱和值）/%23.824.6直轴次暂态电抗X″d（饱和值）/%18.218.9直轴瞬变短时间常数T′d/s0.840.84直轴超瞬变短时间常数T″d/s0.030.03直轴瞬变开路时间常数T′do/s8.868.86冷却氢气流量/m3·s-13333冷却氢气温升/K3434表1-2-3典型容量下的温度数据设计工况1112MVA1000MWcosф=0.91222MVA1100MWcosф=0.91150MVA型式试验数据cosф限值定子绕组出水温度/℃70（进水48℃）70（进水43℃）67（进水48℃）≤85定子线圈水量/t·h-1120120132-转子绕组温度（电阻法）℃79（进风43℃）84（进风40℃）85（进风40℃）≤110定子铁心温度/℃949994≤1202、THDF125/67型汽轮发电机主要技术数据：表1-2-4发电机主要技术数据项目发电机编号#5号机#6号机发电机型号THDF125/67主励磁机ELR70/90-30/6-20副励磁机ELP50/42-30/16生产年份20012002定子系列号M10159M10160转子系列号M10159M10160轴标识号ID141励磁机转子系列号1015910160励磁机轴标识号E99202转矩、临界转速等转矩和转速单位线间单相短路时定子的最大短路转矩24023kNm发电机转子轴的惯性矩17188Kgm21krn12S-12krn35S-1临界转速（计算值）3krn21S-1额定数据发电机主励磁机副励磁机视在功率100MVA-65kVA有功功率1000MW4500kW-电流21.383kA7.5kA195A电压27kV±5%600V220V10%±转速3000rpm频率50Hz-400Hz功率因素0.9-0.62、发电机特点该发电机完全能够满足额定功率1000MW和MCR工况的要求，并有一定裕度，同时还有以下显著特点：（1）效率高当采用无刷励磁时，在1000MVA、cosф为0.9工况时，发电机效率的工厂试验值为99.01%；在1112MVA、cosф为0.9工况时的设计值为98.97%。（2）励磁电流和励磁容量小在1112MVA、cosф=0.9时的励磁电流、励磁电压分别只有5887A和437V，提高了效率，降低了转子绕组温升。无刷励磁机的强励电压为820V，强励顶值电压不小于1.8倍。采用静态励磁时，轴系较短，强励顶值电压不小于2倍。（3）定子电压高，定子电流和电磁力小该发电机定子电压高（27kV），与其他同类型发电机相比，定子电流和电磁力小，发电机出水温升水。第三节发电机本体发电机本体主要是由一个不动的定子（包括机座、端盖、定子铁芯、端部结构和隔振装置等）和一个可以转动的转子（包括转子铁芯、绕组等主要部件）构成的，以下作简单介绍。一、机座和端盖汽轮发电机的机座和端盖既是机械上的主要支撑，又是风路系统的主要组成部分，其构件也是整个发电机所有部件中尺寸最大的，机座要通过端盖支承转子质量。氢冷发电机的机座又要能承受氢气爆炸时的压力，要能满足强度和振动的要求。机座是由钢板焊接而成，机壳和铁芯背部空间是发电机通风系统的一部分，它的结构和气流方向是按通风系统要求设计的。氢冷发电机的氢气冷却器直放或卧放在机座内。整个机座既要满足防爆和密封的要求，还5要满足振动的要求。机座的固有振动频率随基础支承刚度的不同而变化。对机座进行设计时，要减少垂直方向的振动、定子铁芯双频振动引起的共振和突然短路时扭矩的影响。按其振动频率，机座可分为刚性机座和柔性机座两种，前者的第一阶固有频率高于运行频率，后者则相反。由于机座和端盖本身是极为复杂的焊接结构件，人为因素多，边界条件也不很明确，因而不同部位的强度和刚度有明显的差异，也就是说不同部位的固有频率有明显差别，如果处理不当会成为振动的主要来源。玉环电厂定子机座与定子铁心制造并行进行。在嵌线之前，铁心通过弹簧板装到定子机座上。定子外机座为气密、耐压的焊接构件，放置定子铁心、定子绕组和氢冷却器，氢冷却器垂直布置于汽端的冷却器端罩内。外机座内侧的周向和轴向筋笼确保壳体刚度。含轴密封和轴承部件的端盖栓接到定子机座上。内定子和外机座的连接结构示意图如图1-3-1所示。图1-3-1定子嵌线及与外机座的连接二、定子铁芯、端部结构和隔振装置1．定子铁芯一般大型发电机定子铁芯质量为电机总质量的30%，铁耗为总损耗的15%左右。所以发电机铁芯要求由导磁率高、损耗小的优质冷轧硅钢片叠压而成。单张硅钢片冲成扇形，内圆冲有嵌放线圈的槽，沿轴向方向分段叠压。为了满足通风冷却的要求，轴向分成若干档，构成通风孔，在发电机通风系统中构成通路。叠装的铁芯两端由两个整体铸造的反磁性压圈加上定位筋螺杆，与穿心螺杆压装成一整体。整体的铁芯要满足一定强度和刚度的要求。此外，为了降低铁芯损耗，要着重考虑减少绕组端部漏磁和铁芯轭部漏磁在构件中产生的环流。环流不仅增加损耗，有时还会由此导致局部过热进而使材质劣化。若不采取措施，600MW以上发电机定位筋电流可达1500A的数量级，切向筋可达3500A的数量级，对发电机本体将会产生重大损害，所以要有可靠的绝缘措施。以平圩电厂600MW机组铁芯装配为例：机组定子铁芯由三部分组成：主体铁芯、端部阶梯段和磁屏蔽部分。整个铁芯采用高导磁率、低损耗的0.45mm厚的扇形硅钢冲片叠装而成，冲片上涂有耐高温的磷酸铝无机绝缘漆，该漆在高于发电机运行温度几倍时仍能保持良好的绝缘性能。定子铁芯的轴向坚固由定位螺杆9及42根高强度无磁钢绝缘穿心螺杆8以及齿压板7和分块铁芯压板1来实现。穿心螺杆的紧固，经液压拉伸器拉伸后再紧定螺帽，使铁芯受压均匀，铁芯轴向压力为0.137MPa。铁芯的径向紧固通过机座内的夹紧环与整体铁芯上的定位螺杆焊接达到（夹紧环用于加强铁芯的刚度），然后与机座的隔振构件相连。在齿压板外侧设有硅钢片叠成的磁屏蔽10，其内圆表面为阶梯形多齿表面，可以有效地分导定子端部漏磁通，在磁屏蔽外侧有无磁性钢分块压板，以使端部轴向漏磁通改变为径向磁通，从而大部分进入磁屏蔽而不进入主铁芯。定子铁芯结构如图1-3-3所示。6图1-3-3定子铁芯结构（平圩电厂）1—分块铁芯压板；2—线圈支架安装面；3—齿部；4—通风道；5—定子铁芯冲片；6—线圈槽；7—齿压板；8—穿心螺杆；9—定位螺杆；10—端部磁屏蔽玉环电厂1000MW发电机铁心由低损耗绝缘硅钢片叠压