600MW汽輪發(fā)電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行.docx

第一篇 600MW汽輪發(fā)電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行1. 緒論1.1 大型汽輪發(fā)電機(jī)主要參數(shù)的特點(diǎn)：大型機(jī)組與中小型機(jī)組相比具有明顯的優(yōu)越性，但是，由于機(jī)組容量的增大，其結(jié)構(gòu)、參數(shù)和運(yùn)行特性都發(fā)生了顯著變化，因而也帶來了一些新的問題。對(duì)于發(fā)電機(jī)的視在功率，可由下式表示：S = KABdi2LnA =InK 系數(shù)，通常取.1A 定子線負(fù)荷In 定子額定電流Nn 槽內(nèi)有效導(dǎo)體數(shù)t1 沿定子圓周的槽距B 氣隙長(zhǎng)度di 定子膛的直徑L 有效鐵芯長(zhǎng)度n 轉(zhuǎn)速為了提高發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量，必須增大式中各量數(shù)值。但是轉(zhuǎn)速是由電網(wǎng)頻率和轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)決定的,B只能在比較小的范圍內(nèi)變動(dòng)，取決于所使用電工鋼特性，定子、轉(zhuǎn)子鐵芯尺寸的增加，受到鐵路運(yùn)輸尺寸及現(xiàn)代冶金鍛造技術(shù)的限制。因而，發(fā)電機(jī)容量的增加，主要依靠改善發(fā)電機(jī)的冷卻方式(采用直接冷卻方式等)來增大發(fā)電機(jī)定子線負(fù)荷A。大型發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)變化如下: 同步電抗Xd增大 由于發(fā)電機(jī)有效材料的利用率提高，線負(fù)荷增大，導(dǎo)致與線負(fù)荷成正比的電抗Xd增大，Xd的增大導(dǎo)致發(fā)電機(jī)靜過載能力減小，因而在系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，易于失去靜穩(wěn)定。電抗的增大，還使發(fā)電機(jī)平均異步轉(zhuǎn)矩降低。例如中小型汽輪發(fā)電機(jī)的平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的23倍，而大型機(jī)組的平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值一般約為額定轉(zhuǎn)矩。因而大型發(fā)電機(jī)組失磁異步運(yùn)行時(shí)，滑差大，從電力系統(tǒng)吸收感性無功功率多，允許異步運(yùn)行的負(fù)載小，時(shí)間短。 定子電阻相對(duì)減小，定子時(shí)間常數(shù)Ta增大一般中小型發(fā)電機(jī)Ta=0.10 0.16S，而國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)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(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并且惡化了電流互感器和斷路器等元件的運(yùn)行條件。 機(jī)組慣性常數(shù)H降低大容量發(fā)電機(jī)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與間接冷卻繞組相比，有效材料利用率高，在定子和轉(zhuǎn)子的尺寸沒有明顯增大的情況下，汽輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量急劇增大，因而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組慣性常數(shù)明顯降低，機(jī)組慣性常數(shù)H是一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)其他條件相同時(shí)，在過剩轉(zhuǎn)矩作用下H愈小，角度改變愈快，發(fā)電機(jī)易于失去同步。然而，H值的增大，技術(shù)上復(fù)雜且造價(jià)昂貴。1.2 現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)大型同步發(fā)電機(jī)的要求對(duì)于大型同步發(fā)電機(jī)，既要制約于電機(jī)制造的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，又要滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。具體地說，在不影響發(fā)電機(jī)本身壽命和可靠的基礎(chǔ)上，重要的是應(yīng)能適應(yīng)大電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。所謂電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就是電力系統(tǒng)受到一定的擾動(dòng)后能否恢復(fù)正常運(yùn)行的能力。而擾動(dòng)有大有小，為了研究方便將電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題分成小干擾的穩(wěn)定性和大干擾的穩(wěn)定性。 小干擾的穩(wěn)定性(靜態(tài)穩(wěn)定性)。所謂靜態(tài)穩(wěn)定性是指正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)承受微小的、瞬時(shí)出現(xiàn)但又立即消失的擾動(dòng)后，恢復(fù)到它原有運(yùn)行狀況的能力，或者這種擾動(dòng)雖不消失，但可用原有的運(yùn)行狀況近似地表示可能的新運(yùn)行狀況。 大干擾的穩(wěn)定性(動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性)。它指的是正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)承受大的并經(jīng)短暫持續(xù)而消失的擾動(dòng)后，恢復(fù)到近似它原有運(yùn)行狀況的能力,或者這種擾動(dòng)雖未消失，但系統(tǒng)可從原來的運(yùn)行狀況過渡到新的運(yùn)行狀況的能力，換言之，它是指系統(tǒng)在急劇擾動(dòng)下的穩(wěn)定性。有時(shí)又依據(jù)在擾動(dòng)后所經(jīng)歷的時(shí)間為8S、5min和20min分別稱之為短期、中期和長(zhǎng)期三種。另一種分類又把短期問題稱為“暫態(tài)穩(wěn)定”，而把中、長(zhǎng)期穩(wěn)定這一大類稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”。從現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行需要出發(fā)，對(duì)大型同步發(fā)電機(jī)提出如下要求： 應(yīng)具備調(diào)峰能力由于電網(wǎng)的發(fā)展及負(fù)荷性質(zhì)的變化，調(diào)峰是一個(gè)愈來愈嚴(yán)重的問題。全國(guó)各大電力系統(tǒng)峰谷差均較大，有時(shí)甚至在高峰拉閘限電的情況下，峰谷差仍占最大負(fù)荷的30，有的達(dá)50%。目前，除水輪發(fā)電機(jī)無例外地參加調(diào)峰外，200MW和125MW汽輪發(fā)電機(jī)組也要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，部分這類機(jī)組已試行兩班制運(yùn)行，部分600MW的汽輪發(fā)電機(jī)組也已變動(dòng)負(fù)荷運(yùn)行，今后將有更多的大機(jī)組參加調(diào)峰。因而，發(fā)電機(jī)組在設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)考慮到調(diào)峰的要求，在結(jié)構(gòu)上采用一些適應(yīng)于負(fù)荷大幅度變動(dòng)和頻繁起停的工況，防止老化、疲勞、變形等的技術(shù)措施。 具備進(jìn)相運(yùn)行的能力 高電壓大電網(wǎng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是線路充電功率大，輕負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)無功功率大量過剩，以致造成電壓升高。因而近年來，當(dāng)電力系統(tǒng)有功功率低時(shí)，愈來愈多采用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行方式，以便吸收過剩的感性無功功率，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償分層分區(qū)就地基本平衡。這是保持電網(wǎng)應(yīng)有的電壓水平既經(jīng)濟(jì)又合理的措施，世界各國(guó)均已廣泛采用。 需注意的是，發(fā)電機(jī)在低勵(lì)磁或進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，因勵(lì)磁產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)電勢(shì)較小(通常小于端電壓)，因此對(duì)應(yīng)于這一電勢(shì)的電磁轉(zhuǎn)矩最大值遠(yuǎn)小于過勵(lì)磁方式運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，與此同時(shí)，在最低負(fù)荷期間為了減少運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)，以及由于大幅度地減少負(fù)荷的技術(shù)困難，通常保持每臺(tái)尚在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)帶較大有功負(fù)荷，結(jié)果引起運(yùn)行的發(fā)電機(jī)電勢(shì)相對(duì)于電網(wǎng)電壓有很大的角位移，這時(shí)如果電力系統(tǒng)發(fā)生大干擾，則保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行將有一定困難。 另外，對(duì)發(fā)電機(jī)本身來說，可能會(huì)導(dǎo)致定子鐵芯端部壓板和邊緣鐵芯溫度急劇升高，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取防范措施。 應(yīng)具有承受不對(duì)稱運(yùn)行的能力電力系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷不對(duì)稱或發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞阻存在負(fù)序電流，使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)倍頻電流和倍頻諧振，造成局部過熱甚至轉(zhuǎn)子損壞。發(fā)電機(jī)容許不平衡負(fù)荷的能力分長(zhǎng)時(shí)和短時(shí)兩種，按照國(guó)家設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直接氫冷的發(fā)電機(jī)容許的最大負(fù)序電流值為% Ie。 對(duì)軸系自然扭振的要求次同步諧振：發(fā)電機(jī)組大軸在某些不利條件下，會(huì)發(fā)生頻率低于工頻的次同步諧振，造成轉(zhuǎn)子的損壞。為預(yù)防次同步諧振的發(fā)生，要求制造廠家提供機(jī)組每一段軸的自然扭振頻率，以便電網(wǎng)在采用直流輸電、串聯(lián)電容補(bǔ)償、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器時(shí)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(fā)生故障或并列時(shí)，在電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生倍頻機(jī)電諧振而損壞。 為防止故障時(shí)故障電流的非周期分量或負(fù)序電流分量(包括不平衡負(fù)荷)激發(fā)電氣與機(jī)械相互作用的工頻和倍頻諧振損壞大機(jī)組，機(jī)組的每一段軸的自然扭振頻率不應(yīng)處在工頻的0.91.1倍(4555HZ)及1.92.1倍(95105HZ)范圍內(nèi)。 大機(jī)組應(yīng)具備承受電網(wǎng)振蕩沖擊的能力 由于電網(wǎng)穩(wěn)定破壞是運(yùn)行中不可完全避免的，要求大機(jī)組在其升壓變壓器阻抗假定為15%,聯(lián)接的系統(tǒng)短路容量為43000MVA(對(duì)500KV，相當(dāng)于50KA)時(shí)，能承受20個(gè)振蕩周期的失步運(yùn)行。 應(yīng)具備承受誤并列能力 誤并列理應(yīng)避免，但畢竟仍客觀存在。作為大機(jī)組的設(shè)計(jì)標(biāo)椎，很多國(guó)家都已有相應(yīng)規(guī)定，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，要求大機(jī)組在升壓變壓器阻抗假定為15%，聯(lián)接系統(tǒng)短路容量為43000MVA時(shí)，機(jī)組在保證壽命期間應(yīng)能承受相位差80時(shí)誤并列5次，120時(shí)誤并列2次。當(dāng)大機(jī)組具有這一能力時(shí)，也同時(shí)可以承受電網(wǎng)其他各種各樣的沖擊，從而提高了大機(jī)組的可靠性。 應(yīng)具備承受高壓線路單相重合閘能力 根據(jù)一般定量分析，大電廠高壓線出口發(fā)生三相故障且重合閘不成功時(shí)，對(duì)大機(jī)組是最危險(xiǎn)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，根據(jù)電網(wǎng)故障時(shí)的實(shí)測(cè)和理論分析結(jié)果，軸承疲勞損耗最大值也不會(huì)超過0.1%，因而在汽輪發(fā)電機(jī)整個(gè)運(yùn)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(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，要求大機(jī)組能承受單相重合閘沖擊而不影響其可靠性。2. 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理 2.1 同步發(fā)電機(jī)的基本原理 我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能夠產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流流通，同步發(fā)電機(jī)就是基于這個(gè)原理工作的。 圖2-1為最簡(jiǎn)單的兩極同步發(fā)電機(jī)。定子上有AX、BY、CZ三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子是直流勵(lì)磁的主磁極。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極上的激磁繞組通以直流勵(lì)滋電流時(shí)，轉(zhuǎn)子形成N與S極的主磁極磁場(chǎng)，磁通0從N極出來，經(jīng)氣隙-定子鐵芯-氣隙，進(jìn)入S極而形成回路，如圖中虛線所示。若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)逆時(shí)針方向以速度n旋轉(zhuǎn)時(shí)，主極磁通0切割定子繞組而感應(yīng)出對(duì)稱的三相電勢(shì)，其電勢(shì)頻率為 f = ( Hz ) 圖21 兩極同步發(fā)電機(jī) 我國(guó)工業(yè)上應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50 Hz，因此P=1時(shí)轉(zhuǎn)速n應(yīng)為3000 r/min。 每相繞組電勢(shì)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(jié)構(gòu)。電力系統(tǒng)中應(yīng)用的同步發(fā)電機(jī)，線電勢(shì)波形都具有很好的正弦性。但是，由于高次諧波的存在，實(shí)際線電勢(shì)波形與正弦波形有一定的偏差，只要高次諧波的幅值限制在規(guī)定范圍內(nèi)，即可認(rèn)為線電勢(shì)是正弦波形。 定子每相繞組電勢(shì)的有效值為: E = 4.44fWKw 式中 每極磁通（Wb） E 電勢(shì)有效值（V） Kw 電勢(shì)繞組系數(shù) W 每相繞組匝數(shù) 當(dāng)發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載，三相定子繞組中將產(chǎn)生電流，三相電流又產(chǎn)生一個(gè)合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子以相同的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)，這就叫做“同步”。2.2 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 同步發(fā)電機(jī)的空載特性同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路時(shí)的運(yùn)行，稱為空載運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)內(nèi)部唯一存在的磁場(chǎng)就是由直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁場(chǎng)。因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)，即I = 0 ( I為電樞電流 ) ，所以又把主磁場(chǎng)叫做空載磁場(chǎng)。在發(fā)電機(jī)的氣隙磁通中，既交鏈轉(zhuǎn)子又交鏈定子的磁通稱為主磁通，即空載時(shí)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(lì)磁電流建立的磁通中還有一部分是僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，而不穿過氣隙與定子繞組交鏈的主極漏磁通，它不參與電機(jī)的機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。主磁通所經(jīng)磁路稱為主磁路，漏磁通所經(jīng)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(shì)的作用下，主磁通遠(yuǎn)大于漏磁通。 在原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)子以同步速度n旋轉(zhuǎn)，主磁通切割定子繞組，感應(yīng)出頻率為f的三相基波電勢(shì)，其有效值為： E0 = 4.44fWKw0式中 E0 基波電勢(shì) f 頻率 W 繞組匝數(shù) Kw 基波電勢(shì)繞組系數(shù) 0 基波每極磁通由于= 0，同步發(fā)電機(jī)的電樞電壓等于空載電勢(shì)E0，電勢(shì)0決定于空載氣隙磁通0，0取決于勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁磁勢(shì)Ff或勵(lì)磁電流If。 因此，空載時(shí)的端電壓或電勢(shì)是勵(lì)磁電流的函數(shù)，即0 = f (If)，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。如圖2-2所示。圖22 同步發(fā)電機(jī)空載特性 圖23 短路特性 又E00，fIf，改換適當(dāng)?shù)谋壤?，空載特性曲線E0 = f ( If )即可表示基波每極磁通0和勵(lì)磁磁勢(shì)f的關(guān)系，即0 = f ( F f)，這就是電機(jī)的磁化曲線。 空載特性曲線可以用試驗(yàn)方法測(cè)定。同步發(fā)電機(jī)以同步轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，= 0，緩慢調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If，使0達(dá)1.3Ue，讀取E0和If的數(shù)值，然后再逐步減小If , 每次讀取E0和If的數(shù)據(jù)，直到If = 0，讀取相應(yīng)的剩磁電勢(shì)，就可以繪制空載特性曲線。由于鐵磁材料具有磁滯性質(zhì), If由零增加到某一最大值，再反過來由此最大值減小到零時(shí)，E0并不為零，而是與剩磁相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值，因此，試驗(yàn)曲線將得到上升和下降兩條不同曲線，空載持性系下降時(shí)的曲線。 空載特性曲線很有實(shí)用價(jià)值。可以用它判斷電機(jī)磁路的飽和情況，鐵芯和勵(lì)磁繞組是否發(fā)生短路故障等。同步發(fā)電機(jī)的短路特性短路特性是指發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，定子三相繞組短路時(shí)，定子穩(wěn)態(tài)短路電流I與勵(lì)磁電流If的關(guān)系曲線，即I = f (If)。在做短路特性曲線時(shí)，要先將發(fā)電機(jī)定子三繞組的出線端短路，維持額定轉(zhuǎn)速不變，增加勵(lì)磁電流，讀取勵(lì)磁電流及相應(yīng)的定子電流值，直到定子電流達(dá)到額定值為止。在試驗(yàn)過程中，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)不要往返調(diào)整。短路特性曲線如圖23所示，它是一條直線。在短路時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U=0，在忽略定子電阻R的情況下，發(fā)電機(jī)電勢(shì)方程式可寫成E0 = jIXs 這說明短路時(shí)的電勢(shì)僅用來平衡穩(wěn)態(tài)短路電流在同步電抗上的電壓降。因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)具有電抗Xs的電感線圈，穩(wěn)態(tài)短路電流是感性的，它所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)起去磁作用，所以鐵芯不飽和，因此，I=f(If)是一條直線，因Xs是常數(shù)，EI，又EIf，故IIf。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(lì)磁繞組有無匝間短路等故障。顯然勵(lì)磁繞組存在匝間短路時(shí)，因安匝數(shù)減小，短路特性會(huì)降低。所謂短路比，就是在對(duì)應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，定子穩(wěn)態(tài)短路電流與額定電流之比。汽輪發(fā)電機(jī)的短路比一般在.50.7之間。同步發(fā)電機(jī)的外特性圖24 外特性曲線 圖25 調(diào)整特性曲線外特性是反應(yīng)發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流而變化的曲線，即在勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，變更負(fù)載(定子電流)時(shí)端電壓U的變化曲線，即U=f(I)。圖示出了在幾個(gè)不同功率因數(shù)下的外特性曲線。從圖中可以看出，在滯后的功率因數(shù)情況下，當(dāng)定子電流增加時(shí)，電壓降落較大，這是因?yàn)榇藭r(shí)電樞反應(yīng)是去磁的，在超前的功率因數(shù)情況下，定子電流增大，電壓反而升高，這是因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)是助磁的，在cos=l時(shí)電壓降落較小，其降落原因是由于功率因數(shù)角和內(nèi)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(yīng)。外特性可用來分析電機(jī)在運(yùn)行中的電壓波動(dòng)情況，并藉此提出對(duì)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整裝置電壓調(diào)節(jié)范圍的要求。 一般用電壓變化率來描述電壓波動(dòng)情況。從電機(jī)的空載到額定負(fù)載，端電壓變化的百分?jǐn)?shù)(對(duì)額定電壓)稱為電壓變化率U，即U=% 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的U = 3048%。調(diào)整特性 既然端電壓會(huì)隨負(fù)載變化而變動(dòng)，那么，要維持端電壓不變，必須在負(fù)載變動(dòng)時(shí)及時(shí)調(diào)整勵(lì)磁電流。所謂調(diào)整特性，是指端電壓、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，變更負(fù)載(定子電流I)時(shí)勵(lì)磁電流If的變化曲線，即If = f(I)。 如圖25 示出不同功率因數(shù)下的調(diào)整特性曲線。從圖中可以看出，在滯后的功率因數(shù)下，負(fù)載增加，勵(lì)磁電流也必須增加，這是因?yàn)榇藭r(shí)去磁作用加強(qiáng)，要維持氣隙磁通，必須增加轉(zhuǎn)子磁勢(shì)。在超前的功率因數(shù)下，負(fù)載增加，勵(lì)磁電流一般還要降低，這是因?yàn)殡姌蟹?應(yīng)有助磁作用的緣故。 調(diào)整特性可以使運(yùn)行人員了解在某一功率因數(shù)時(shí)，定子電流到多少而不使勵(lì)磁電流超過制造廠的規(guī)定值，并能維持額定電壓。利用這些曲線可使電力系統(tǒng)的無功功率分配更趨合理。功角特性曲線圖26為同步發(fā)電機(jī)與無窮大容量電網(wǎng)并列運(yùn)行的接線示意圖。當(dāng)發(fā)電機(jī)與無窮大容量電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U=常數(shù)，頻率f=常數(shù)，假定發(fā)電機(jī)處于不飽和狀態(tài)，且忽略定子電阻，可得到如圖所示的電壓向量圖，圖中感應(yīng)電勢(shì)q與端電壓G之間的夾角稱為功率角，簡(jiǎn)稱功角。它是隨負(fù)荷的不同而變化的，例如，在純電感或純電容負(fù)荷時(shí)，向量q與U的方向相同，功角為零度，發(fā)電機(jī)輸出有功功率為零。功角還有另一個(gè)物理意義，即假定Eq時(shí)，則=,是產(chǎn)生Eq的勵(lì)磁繞組磁勢(shì)與產(chǎn)生端電壓的合成磁勢(shì)之間的夾角，與F之間的夾角又可以看成是一個(gè)空間相角，它是轉(zhuǎn)子磁極中心線與合成等效磁極中心線的電角度。在同步發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，向量0永遠(yuǎn)超前F，規(guī)定此超前的角為正值。電機(jī)的電磁功率表示式為Pe = mUGIcos式中 m 定子繞組相數(shù) UG 定子相電壓 I 定子繞組相電流 功率因數(shù)角在電壓向量圖中，從Eq點(diǎn)畫一條垂直于的線，并與之相交于A點(diǎn)，得到如下關(guān)系式：IXdcos = Eqsin將上式帶入電磁功率關(guān)系式中，則得Pe = 如果用標(biāo)幺值表示UG、Eq、Pe，上式可寫成：Pe = sin在UG為常數(shù)時(shí)，電機(jī)可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，角為正值，電機(jī)向電網(wǎng)送出有功功率，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，角為負(fù)值，電機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率。圖27 功角特性曲線圖27示出了電磁功率Pe與功角的關(guān)系曲線，這是一條正弦函數(shù)變化的關(guān)系曲線，稱為功角特性，最大功率發(fā)生在=90時(shí)，此值稱為系統(tǒng)極限功率，表達(dá)式為Pe.max = 下面從功角的物理意義說明發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率的過程。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其輸出功率取決于汽輪機(jī)輸出到發(fā)電機(jī)軸上的機(jī)械功率，逐步增加原動(dòng)機(jī)的輸出功率Pm，且使輸入轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和，則剩余轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子加速。合成等效磁勢(shì)F的值及旋轉(zhuǎn)速度，受電網(wǎng)電壓、頻率的牽制保持不變，于是勵(lì)磁磁勢(shì)F0就會(huì)超前于合成等效F，也即功角增大, 角的增大引起電磁功率Pe增大，相應(yīng)的電磁功率轉(zhuǎn)矩增大，直到剩余轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不再升高，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。上述的平衡過程，是逐漸增加輸入功率時(shí)得到的，這種平衡是屬于靜態(tài)性質(zhì)的，因此要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，只需要調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率即可。由于電機(jī)內(nèi)部自動(dòng)的改變角，從而與電網(wǎng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)輸出功率就作相應(yīng)的改變。 但是，當(dāng)= 90時(shí)，電磁功率已達(dá)到最大值，再繼續(xù)增加輸入功率Pm，則90，電磁功率反而減小了，就會(huì)出現(xiàn)更多的剩余功率，因此功率不能保持平衡，剩余功率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，直至轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，稱之為“失去同步”，同步發(fā)電機(jī)則失去了靜態(tài)穩(wěn)定。在原動(dòng)機(jī)輸入功率維持不變，發(fā)電機(jī)在受到小的擾動(dòng)后，引起角的變化，角能否自行恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)值，也屬于靜態(tài)穩(wěn)定問題。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定后，如果不立即減小原動(dòng)機(jī)功率，則由于電磁功率的減小，剩余功率增加，使轉(zhuǎn)子達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，這時(shí)相當(dāng)大的離心力作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子將被損壞。另外，由于電機(jī)的電勢(shì)、頻率與電網(wǎng)不同，定子繞組中將出現(xiàn)數(shù)值大到足以損壞定子的電流。因此，同步發(fā)電機(jī)在與電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，必須保持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。同步發(fā)電機(jī)維持靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是: 當(dāng)角增大后，電磁功率Pe亦隨之增大。以微分的形式表示則為:Pr = 0式中Pr稱整步功率，當(dāng)Pr 0時(shí)發(fā)電機(jī)能保持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，而Pr 0時(shí)則不能維持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。靜穩(wěn)定特性曲線圖中虛線部分即為Pr=f()的關(guān)系曲線。由曲線看出，90時(shí)，Pr為負(fù)值，電機(jī)將失去靜態(tài)穩(wěn)定，在= 90時(shí)，就達(dá)到穩(wěn)定極限，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電磁功率為穩(wěn)定極限功率。在實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)應(yīng)在穩(wěn)定極限范圍內(nèi)運(yùn)行，且應(yīng)留有足夠的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備。發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)定儲(chǔ)備能力用靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)來衡量，其表達(dá)式為Kp = 100%PM為發(fā)電機(jī)極限功率，P0為發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)功率。一般規(guī)定正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的Kp值不小于1520%，值一般3040。3. QFSN6002YH型汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)本型發(fā)電機(jī)為三相交流隱極式同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)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(cè)元件等部件組成。發(fā)電機(jī)采用整體全密封、內(nèi)部氫氣循環(huán)、定子繞組水內(nèi)冷、定子鐵芯及端部構(gòu)件氫氣表面冷卻、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷的冷卻方式。定轉(zhuǎn)子繞組均采用F級(jí)絕緣。3.1 定子部分定子由機(jī)座、鐵芯、隔振結(jié)構(gòu)、繞組和進(jìn)出水匯流管等部件組成。 定子機(jī)座定子機(jī)座為整體式，由高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼板裝焊而成。機(jī)座外皮套裝在機(jī)座骨架上，機(jī)座骨架由輔向隔板、端板、軸向筋板和通風(fēng)管組裝焊接而成，它們使機(jī)座具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并構(gòu)成了定子的11路徑向通風(fēng)區(qū)。機(jī)座的端板為80mm厚鋼板，外皮為25mm厚鋼板經(jīng)滾制成型的圓筒拼焊構(gòu)成。機(jī)座內(nèi)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(jī)座鐵芯本體段的12塊輻向隔板同軸向通風(fēng)管一起構(gòu)成機(jī)座的11向風(fēng)區(qū)，為保證各風(fēng)區(qū)的風(fēng)量，各冷風(fēng)區(qū)的通風(fēng)管都是由端部直接通至各自風(fēng)區(qū)。定子機(jī)座兩側(cè)共有4個(gè)可拆卸的吊攀和供裝配測(cè)溫引線端子板的法蘭。機(jī)座上部開設(shè)有夾緊環(huán)調(diào)節(jié)孔，下部開設(shè)有清理孔及充排氫氣、二氧化碳?xì)怏w的管路接口及測(cè)量風(fēng)壓、連接漏水探測(cè)器的接口。發(fā)電機(jī)的定子冷卻水匯流管的進(jìn)出法蘭設(shè)在機(jī)座上部的側(cè)面。匯流管的排污法蘭設(shè)在機(jī)座兩端的下部。定子機(jī)座兩側(cè)的底腳將支撐整個(gè)發(fā)電機(jī)的重量和承受突然短路時(shí)產(chǎn)生的扭矩。它們具有足夠的強(qiáng)度和剛度，座腳板厚度為82mm。在定子機(jī)座中心處，底腳上開設(shè)有軸向定位槽，以裝配機(jī)座與座板間的軸向固定鍵。定子機(jī)座的強(qiáng)度要求在3.5倍工作氫壓下(14MPa)，機(jī)座的最大應(yīng)力不得超過材料的屈服極限(200MPa)。定子機(jī)座與鐵芯間的隔振結(jié)構(gòu)采用WH型的立式彈簧板結(jié)構(gòu)，如圖所示。圖31 定子彈性支撐這種隔振結(jié)構(gòu)沿軸向共設(shè)11組切向隔振彈簧板，每組中兩塊彈簧板布置在夾緊環(huán)兩側(cè)，一塊布置在夾緊環(huán)的底部，以保持鐵芯穩(wěn)定。定子鐵芯經(jīng)夾緊環(huán)與彈簧板的一端相連接，彈簧板的另一端與裝焊在機(jī)座隔板上的座板相連接。采用這種隔板結(jié)構(gòu)可以減少大型機(jī)組由于轉(zhuǎn)子和定子鐵芯之間的磁拉力在定子鐵芯上產(chǎn)生的倍頻振動(dòng)、定子鐵芯垂直方向自重的振動(dòng)及突然短路時(shí)交變力矩扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等影響。 定子鐵芯定子鐵芯由涂有半無機(jī)硅鋼片絕緣漆的高導(dǎo)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(shù)為42槽。定子鐵芯采用定位螺桿、夾緊環(huán)、絕緣穿心螺桿、端部齒壓板和分塊壓板的緊固結(jié)構(gòu)。鐵芯的軸向緊固由定位螺桿和42根高強(qiáng)度無磁鋼絕緣穿心螺桿拉緊，穿心螺桿的緊固經(jīng)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137MPa(100時(shí))。鐵芯的徑向緊固通過把緊夾緊環(huán)來實(shí)現(xiàn)，以增強(qiáng)鐵芯的剛度。夾緊環(huán)的內(nèi)外環(huán)間涂聚四氟乙烯潤(rùn)滑劑，減少阻力，增大夾緊力。鐵芯兩端設(shè)有無磁性鑄鋼齒壓板，在齒壓板的外側(cè)設(shè)有由硅鋼沖片疊裝成的磁屏蔽，磁屏蔽內(nèi)圓表面為階梯形多齒表面，由于其導(dǎo)磁率高，可以有效地分導(dǎo)定子端部軸向漏磁通，防止主鐵芯過熱，滿足發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的要求。在磁屏蔽的外側(cè)設(shè)有21塊無磁性鑄鋼分塊壓板。運(yùn)行中磁屏蔽也會(huì)發(fā)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(shè)計(jì)成沿徑向呈階梯形，左邊段鐵芯齒部開小槽，同時(shí)邊段鐵芯的段厚比正常鐵芯段減薄，對(duì)邊段鐵芯進(jìn)行漏磁通透入深度、溫度計(jì)算，確定邊段鐵芯的長(zhǎng)度為129mm，齒部開小槽的深度為64mm，邊段鐵芯粘接成整體。發(fā)電機(jī)定子鐵芯沿全長(zhǎng)分為11個(gè)風(fēng)區(qū)(與轉(zhuǎn)子風(fēng)路相匹配)，第1、11風(fēng)區(qū)位于定子鐵芯端部，冷熱風(fēng)區(qū)相間隔，風(fēng)區(qū)間的密封采用疊壓在鐵芯背部的扇形擋風(fēng)板靠緊到機(jī)座隔板內(nèi)圓上的結(jié)構(gòu)。定子鐵芯沿軸向共有96段鐵芯段，95個(gè)徑向通風(fēng)道。各風(fēng)區(qū)的風(fēng)量分配及通風(fēng)道數(shù)、鐵芯段數(shù)的分配為：風(fēng)區(qū)號(hào) 風(fēng)量(m3s) 占有通風(fēng)道數(shù) 鐵芯段數(shù) 備注 1、11 803 13 13 出風(fēng) 2、10 466 78 8 進(jìn)風(fēng) 3、9 504 8 8 出風(fēng) 4、8 470 7 7 進(jìn)風(fēng) 5、7 499 8 8 出風(fēng) 6 462 7 8 進(jìn)風(fēng) 定子繞組定子繞組由定子線棒、定子繞組槽內(nèi)固定零件、定子繞組端部固定零件、定子繞組引線等構(gòu)成。定子線棒由無氧銅空心導(dǎo)線和實(shí)心導(dǎo)線組合構(gòu)成，空、實(shí)心導(dǎo)線的組合比為1：2，即一空二實(shí)。空、實(shí)芯導(dǎo)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(dǎo)線構(gòu)成，下層線棒由4組4排導(dǎo)線構(gòu)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(jīng)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(duì)地主絕緣為F級(jí)少膠型環(huán)氧玻璃云母帶熱固性絕緣。主絕緣厚度為635mm。為了降低定子繞組的電暈電位，定子線棒表面進(jìn)行了防暈處理。線棒經(jīng)一次模壓成型，因而具有良好的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和防電暈性能。線棒兩端的水盒接頭構(gòu)成線棒鼻端的水電連接結(jié)構(gòu)，線棒的空、實(shí)心導(dǎo)線均釬焊在水盒內(nèi)。發(fā)電機(jī)定子為42槽，繞組為60度相帶、雙層2支路的并聯(lián)繞組。定子繞組的槽部固定結(jié)構(gòu)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(dòng)。在線棒的側(cè)面和槽壁之間，配墊半導(dǎo)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(qiáng)度F級(jí)絕緣的玻璃布卷制模壓成型。定子繞組端部固定采用綁扎固定結(jié)構(gòu)。整個(gè)定子繞組端部通過2道徑向可調(diào)綁扎環(huán)、繞組鼻端徑向撐緊環(huán)，上下層線棒之間的充膠支撐管及下層線棒對(duì)錐環(huán)間的適形材料等固定在環(huán)氧玻璃纖維繞制的整體錐形支撐環(huán)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(huán)狀的整體。這樣，錐形支撐環(huán)與繞組端部形成牢固的整體。而錐形支撐環(huán)前端的齒形部分搭接在鐵芯端部的小撐環(huán)上，錐環(huán)與小撐環(huán)間設(shè)有滑移層以減小摩擦阻力。錐形支撐環(huán)的外圓周與21個(gè)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與反磁彈簧板相連接，彈簧板的另一端與定子鐵芯的分塊壓板固定在一起形成柔性連接結(jié)構(gòu)，整個(gè)端部則稱為剛性柔性連接結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在徑、切向上剛度很大，而在軸向上具有良好的彈性。當(dāng)溫度變化銅鐵膨脹不同時(shí)，繞組端部可沿軸向自由伸縮，有效地減緩繞組絕緣中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。定子繞組的引線銅排由圓銅管制成并與定子線棒一樣采用水內(nèi)冷。引線銅排也固定在絕緣支架上，引線與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(dǎo)線把合在水盒接頭上，采用中頻加熱輕釬焊結(jié)構(gòu)。 氣隙隔環(huán)氣隙隔環(huán)的高度為372mm，它裝在定子繞組的內(nèi)可調(diào)綁扎環(huán)的外側(cè)，用絕緣螺釘把合。氣隙隔環(huán)按可調(diào)綁扎環(huán)的分瓣位置分為4個(gè)扇形，用環(huán)氧玻璃布板制成，在轉(zhuǎn)子就位后把合到可調(diào)綁扎環(huán)上。為防止冷熱風(fēng)區(qū)相互串風(fēng)，加強(qiáng)轉(zhuǎn)子冷卻，在氣隙中裝有9道56圓周式風(fēng)區(qū)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(fā)電機(jī)的勵(lì)側(cè)和汽側(cè)，發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)為進(jìn)水匯流管，汽側(cè)為出水匯流管。在汽側(cè)匯流管上接有定子冷卻水系統(tǒng)的防虹吸管，汽勵(lì)兩側(cè)匯流管頂部均有放氣管。 主引線在發(fā)電機(jī)勵(lì)端下部設(shè)置由無磁性不銹鋼板焊接構(gòu)成的圓筒形出線盒，出線盒內(nèi)有空心銅管制成的發(fā)電機(jī)主引線和6個(gè)引線瓷套端子，其中三個(gè)設(shè)在出線盒底部垂直位置，為主出線端子，另三個(gè)設(shè)在出線盒的斜向位置，為中性點(diǎn)出線端子。出線盒內(nèi)部設(shè)有小匯流管，構(gòu)成主引線和出線瓷套端子冷卻水的回水通路。主引線與發(fā)電機(jī)定子引線銅排的連接采用柔性連接。出線瓷套端子為水內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，對(duì)水、氫具有良好的密封性能。出線瓷套的內(nèi)部導(dǎo)電桿與瓷套的連接結(jié)構(gòu)為：一端裝有螺旋式彈簧，另一端焊接波紋式伸縮節(jié)，使導(dǎo)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與瓷套間的連接方式采用將法蘭凸緣滾壓在瓷套的三道環(huán)形凹槽內(nèi)，然后用反磁鋼絲綁扎牢靠，在法蘭和三道環(huán)槽內(nèi)，放置橡膠密封環(huán)，以保持瓷套端子的氫密封能力。出線盒與定子機(jī)座的把合面采用開槽充膠的密封結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)出線瓷套端子下端設(shè)方形接線端子供封閉式母線相連接。中性點(diǎn)端子間以銅母線板相連接。中性點(diǎn)端子外加裝由鋁板焊接的中性點(diǎn)罩，中性點(diǎn)罩支吊在基礎(chǔ)上。在發(fā)電機(jī)出線盒內(nèi)六個(gè)引線瓷套端子外裝設(shè)套筒式電流互感器。 端蓋、軸承及油密封發(fā)電機(jī)端蓋由優(yōu)質(zhì)鋼板焊接構(gòu)成，分上下兩半。上半端蓋由半環(huán)、端板、合縫板及端蓋外側(cè)的輻向筋板組成，下半端蓋由半環(huán)、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(jīng)退火處理。上下端蓋的合縫面密封及端蓋與機(jī)座把合面密封均為采用密封槽填充密封膠的結(jié)構(gòu)。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(huán)的結(jié)構(gòu)，以增加空間便于軸瓦的拆裝。發(fā)電機(jī)的軸承座落在下半端蓋的中心處。汽側(cè)軸承對(duì)地絕緣為單重式，勵(lì)側(cè)軸承對(duì)地絕緣為雙重式，以便于在運(yùn)行期間監(jiān)視和測(cè)量軸承的對(duì)地絕緣狀態(tài)。優(yōu)化設(shè)計(jì)600MW汽輪發(fā)電機(jī)采用雙環(huán)雙流環(huán)式油密封瓦，其目的是為了減少密封瓦對(duì)軸承的擾動(dòng)。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(jié)構(gòu)，退火處理后加工。汽側(cè)密封瓦座直接把合在端蓋上，把合面內(nèi)的密封墊兼起對(duì)地絕緣的作用。勵(lì)側(cè)密封座與端蓋之間設(shè)中間環(huán)，中間環(huán)的兩側(cè)設(shè)密封絕緣墊片，構(gòu)成雙重絕緣。加設(shè)中心環(huán)另一個(gè)好處是可以在下半端蓋予先就位的情況下插裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。 內(nèi)端蓋及導(dǎo)風(fēng)環(huán) 在發(fā)電機(jī)兩端對(duì)稱設(shè)置內(nèi)端蓋和導(dǎo)風(fēng)環(huán)，以構(gòu)成風(fēng)扇前后的風(fēng)路。發(fā)電機(jī)內(nèi)端蓋采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)或鋁合金鑄造結(jié)構(gòu)：水平分為上下兩半。為了增大發(fā)電機(jī)端部的操作空間，便于上半導(dǎo)風(fēng)環(huán)、油密封座、中間環(huán)的裝配，上半內(nèi)端蓋分為兩部分，即上半內(nèi)端蓋和中間半環(huán)。在上半導(dǎo)風(fēng)環(huán)、上半內(nèi)端蓋與中間半環(huán)的接合面處加墊片，以調(diào)整相互間的軸向位置。為減小內(nèi)端蓋的變形，在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置軸向支撐。導(dǎo)風(fēng)環(huán)為鑄造結(jié)構(gòu)，分上下兩半。內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子風(fēng)扇葉輪相配合，間隙為152mm。在導(dǎo)風(fēng)環(huán)的前端設(shè)導(dǎo)風(fēng)靜葉片，以構(gòu)成前置式軸流風(fēng)扇。導(dǎo)風(fēng)環(huán)支架的定位靠固定在端蓋上的定位塊實(shí)現(xiàn)，以保證導(dǎo)風(fēng)環(huán)裝配就位后與轉(zhuǎn)子風(fēng)扇葉輪的徑向間隙。在導(dǎo)風(fēng)環(huán)支架與端蓋間設(shè)有一墊板，以保證導(dǎo)風(fēng)環(huán)與轉(zhuǎn)子風(fēng)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(jī)座兩端上部，橫向臥式安裝，這樣可以縮短發(fā)電機(jī)的軸向長(zhǎng)度。冷卻器罩為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，其外形為圓拱形。冷卻器罩與機(jī)座的連接方法及密封結(jié)構(gòu)與出線盒和機(jī)座的連接方式相同，即采用開槽充膠密封，同時(shí)考慮焊接的可能性。 冷卻器外部水管路與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(zhì)為紫銅，管節(jié)距為53mm，冷卻管總數(shù)為320個(gè)，分兩組，兩組分別具有各自的進(jìn)出水管，每組8排，每排20根翅片管。 3.2 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、繞組、阻尼系統(tǒng)、互環(huán)、中心環(huán)、風(fēng)扇和聯(lián)軸器等構(gòu)成。 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸材料為26Cr2Ni4MoV合金鍛件，即采用高強(qiáng)度高導(dǎo)磁的鎘鎳鉬釩整體合金鍛鋼制成。材料的屈服強(qiáng)度為665MPa。轉(zhuǎn)子本體上共有32個(gè)轉(zhuǎn)子線圈槽，槽形為開口半梯形槽，即槽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(nèi)布置的銅線面積，降低轉(zhuǎn)子銅耗。 在轉(zhuǎn)子本體每一磁極的大齒部分，各開有22個(gè)橫向槽，以均衡轉(zhuǎn)子X軸和Y軸的剛度。同時(shí)，因?yàn)樵趧?lì)磁機(jī)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(gè)中心線方向的剛度差。在轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)在不平衡負(fù)載時(shí)，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(nèi)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(zhuǎn)子線圈槽中，中間為鋁槽楔，材料為L(zhǎng)Y12，有效厚度為345mm，而在汽、勵(lì)兩端的槽楔采用導(dǎo)電效果好的鈹銅合金，表面鍍銀，厚度為285mm，這是為了起阻尼作用而設(shè)計(jì)的。轉(zhuǎn)子槽楔與轉(zhuǎn)子齒頂部采用45的斜面配合。另外，護(hù)環(huán)墊套與端頭槽楔應(yīng)緊固接觸良好，形成籠式阻尼系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子1號(hào)線圈槽和阻尼槽的中間，轉(zhuǎn)子本體每一磁極上還開有兩個(gè)探傷槽，用于對(duì)轉(zhuǎn)子本體的槽底部分進(jìn)行超聲波探傷。探傷槽的兩端，在轉(zhuǎn)子本體每一磁極的大齒上還開有4個(gè)月亮形軸向通風(fēng)槽。在轉(zhuǎn)子本體靠近1號(hào)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(zhuǎn)子的不平衡重量使用。 護(hù)環(huán)和中心環(huán)護(hù)環(huán)材料為18Mn18Cr高強(qiáng)度反磁鋼鍛件。該材料具有較好的抗應(yīng)力腐蝕性能和斷裂韌性。中心環(huán)材料為40Cr2M0VW合金鋼鍛件。護(hù)環(huán)外徑為1228mm，內(nèi)徑為1042mm，厚890mm。中心環(huán)外徑為1028mm，內(nèi)徑為920mm，厚86mm。護(hù)環(huán)為懸掛式結(jié)構(gòu)，其與轉(zhuǎn)子本體熱套面處采用環(huán)鍵作為軸向固定。轉(zhuǎn)子繞組端部由護(hù)環(huán)和中心環(huán)緊固。護(hù)環(huán)絕緣為整體圓筒式，熱套在護(hù)環(huán)內(nèi)，其內(nèi)表面粘有滑移層。護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子本體端部為熱套配合，軸向限位采用開口式環(huán)形鍵，護(hù)環(huán)與中心環(huán)亦熱套配合，軸向限位采用弧形鍵。 在轉(zhuǎn)子繞組端部絕緣端環(huán)上設(shè)有環(huán)氧玻璃布彈簧板，彈簧板頂在中心環(huán)上以壓緊絕緣端環(huán)。護(hù)環(huán)絕緣內(nèi)表面、楔下墊條、槽襯內(nèi)表面粘接的聚四氟乙烯滑移層能減少繞組脹縮時(shí)的阻力，防止導(dǎo)線蠕變或絕緣磨損。 轉(zhuǎn)子線圈轉(zhuǎn)子線圈直線部分采用冷拉含銀銅線，含銀量為0.085，轉(zhuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)子線圈為6匝，28號(hào)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(gè)圓角經(jīng)釬焊拼成，焊接處采用西屋公司的舌榫接頭，以確保焊接質(zhì)量。轉(zhuǎn)子線圈的槽內(nèi)直線部分共分為11個(gè)風(fēng)區(qū)，其中5個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)，6個(gè)出風(fēng)區(qū)。每個(gè)風(fēng)區(qū)設(shè)置二排徑向斜流的通風(fēng)孔，每個(gè)通風(fēng)孔的尺寸為4.555mm2。轉(zhuǎn)子線圈的槽外直線部分設(shè)有二路側(cè)面進(jìn)風(fēng)孔，一路是將風(fēng)流經(jīng)二根銅線中間的通風(fēng)凹槽引入直線部分槽內(nèi)的端部徑向斜流出風(fēng)區(qū)，另一路是將風(fēng)流經(jīng)二根銅線中間的通風(fēng)凹槽引向端部線圈的圓弧部分，經(jīng)過磁極中心線的側(cè)面出風(fēng)孔排出。所有轉(zhuǎn)子線圈端部進(jìn)風(fēng)孔尺寸為88mm2(15號(hào)線圈)和8 10mm2(68號(hào)線圈)，端部出風(fēng)孔的尺寸為88mm2。槽內(nèi)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(fēng)孔。轉(zhuǎn)子槽絕緣厚度為1214mm，槽絕緣內(nèi)與轉(zhuǎn)子線圈接觸面也敷有聚四氟乙烯滑移層。轉(zhuǎn)子線圈護(hù)環(huán)下的絕緣由玻璃布卷成的玻璃皮筒加工而成，在護(hù)環(huán)下絕緣與端部銅線接觸的內(nèi)圓也貼有聚四氟乙烯滑移層。 磁極引線轉(zhuǎn)子線圈的磁極引線為J型，J型磁極引線與轉(zhuǎn)子1號(hào)線圈之間的撓性連接線和軸向引線，由徑向?qū)щ娐葆斞b配。在發(fā)電機(jī)勵(lì)端中心孔中裝設(shè)軸向?qū)щ姉U，兩導(dǎo)電桿分別通過徑向?qū)щ娐葆斉c轉(zhuǎn)子繞組磁極引線相連接，軸向?qū)щ姉U在勵(lì)端處形成J型的由含銀銅片釬接成的柔性連接板與無刷勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子引線構(gòu)成電氣聯(lián)接。軸向?qū)щ姉U及徑向?qū)щ娐葆斁筛邚?qiáng)度的鋯銅合金制成。導(dǎo)電螺釘與導(dǎo)電桿的連接采用改進(jìn)型的惠氏螺紋。軸向?qū)щ姉U在中部分段處亦采用柔性連接結(jié)構(gòu)，以吸收由于溫度變化引起變形，保護(hù)密封。軸向?qū)щ姉U的勵(lì)端端面連接螺紋孔內(nèi)設(shè)置不銹鋼絲螺絲套。防止損傷基本金屬導(dǎo)電螺釘外墊滾包環(huán)氧玻璃絕緣，導(dǎo)電螺釘與轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，密封效果良好。 轉(zhuǎn)子風(fēng)扇在轉(zhuǎn)子兩端護(hù)環(huán)外側(cè)分別裝設(shè)單級(jí)漿式風(fēng)扇，以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣循環(huán)。 風(fēng)扇由座環(huán)和葉片組成，座環(huán)由高強(qiáng)度合金鍛鋼制成，熱套在轉(zhuǎn)軸上。葉片由高強(qiáng)度鋁合金鍛成，并按規(guī)定的扭轉(zhuǎn)角度把合在座環(huán)上。3.3 發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)QFSN6002YH型汽輪發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯及結(jié)構(gòu)部件為氫冷。 發(fā)電機(jī)的內(nèi)冷水路定子冷卻水首先進(jìn)入發(fā)電機(jī)勵(lì)端的進(jìn)水匯流管，經(jīng)聚四氟乙烯絕緣引水管分別進(jìn)入上下層線棒，再經(jīng)汽端的聚四氟乙烯絕緣引水管進(jìn)入汽端回水匯流管，最后返回外部水系統(tǒng)中。定子冷卻水的進(jìn)出水匯流管為不銹鋼管，冷卻水的進(jìn)出水口分別位于進(jìn)出水匯流管頂端的外側(cè)面，以保證定子繞組在運(yùn)行時(shí)充滿水及水系統(tǒng)故障時(shí)不失水。兩端匯流管間通過設(shè)在機(jī)座外頂部的小管徑聯(lián)通管連通，在聯(lián)通管上設(shè)置排氣和防止虹吸現(xiàn)象的連接管，排氣管經(jīng)過隔離閥引至大氣，防虹吸管引至內(nèi)冷水箱的頂部氣側(cè)空間。匯流管的最低位置處設(shè)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(lián)式單獨(dú)水路，然后與定子繞組冷卻水路并聯(lián)。首先，冷卻水自勵(lì)端匯流管經(jīng)絕緣引水管進(jìn)入引線銅排，經(jīng)引線的出水端絕緣引水管與主引出線的進(jìn)水接頭相連接，再經(jīng)絕緣引水管進(jìn)入瓷套端子的導(dǎo)電桿內(nèi)循環(huán)，然后經(jīng)出水絕緣引水管進(jìn)入出線盒內(nèi)的小匯流管，小匯流管經(jīng)機(jī)座外部的連接水管與發(fā)電機(jī)內(nèi)的汽端回水匯流管相連，其冷卻水與定子線棒的冷卻水匯合后再回到外部水系統(tǒng)，這樣可避免引線失水。 中性點(diǎn)的連接母線板亦為水內(nèi)冷，水路與出線瓷套管端子的水路串聯(lián)。 發(fā)電機(jī)的氫氣冷卻風(fēng)路QFSN6002YH型汽輪發(fā)電機(jī)采用氣隙取氣徑向通風(fēng)系統(tǒng)，其特點(diǎn)為：在發(fā)電機(jī)兩端的頂部對(duì)稱布置橫向裝配的氫氣冷卻器，在轉(zhuǎn)子兩端對(duì)稱布置螺漿式軸流風(fēng)扇。氫氣冷卻器外罩的熱風(fēng)側(cè)跨接在定子機(jī)座的端部熱風(fēng)區(qū)，冷風(fēng)側(cè)的出風(fēng)區(qū)在機(jī)座端部的上部，由機(jī)座隔板、內(nèi)端蓋以及導(dǎo)風(fēng)環(huán)構(gòu)成風(fēng)扇前后的低、高壓風(fēng)區(qū)。發(fā)電機(jī)采用五進(jìn)六出的冷卻風(fēng)路，即定、轉(zhuǎn)子沿軸向共有11個(gè)通風(fēng)區(qū)，5個(gè)進(jìn)風(fēng)（冷風(fēng)）區(qū)，6個(gè)出風(fēng)（熱風(fēng)）區(qū)，進(jìn)出風(fēng)區(qū)相間隔分布。 轉(zhuǎn)子部件的通風(fēng)回路發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組風(fēng)路分為直線風(fēng)路和端部風(fēng)路，端部風(fēng)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(zhuǎn)子繞組端部下部由風(fēng)區(qū)隔板隔成4個(gè)風(fēng)區(qū)，位于大齒的風(fēng)區(qū)為繞組端部圓弧段的出風(fēng)區(qū)，熱風(fēng)經(jīng)轉(zhuǎn)子本體端部的通風(fēng)槽進(jìn)入氣隙；位于小齒中心的風(fēng)區(qū)為進(jìn)風(fēng)區(qū)，各線圈的進(jìn)風(fēng)孔設(shè)在各匝導(dǎo)線的端部直線段上，冷氫通過各匝導(dǎo)線的軸向通風(fēng)溝進(jìn)入轉(zhuǎn)子槽部后經(jīng)斜向風(fēng)孔進(jìn)入氣隙熱風(fēng)區(qū)(第1、11風(fēng)區(qū))。 轉(zhuǎn)子繞組直線風(fēng)路沿軸向分11個(gè)風(fēng)區(qū)，其中1、3、5、7、9、11等6個(gè)風(fēng)區(qū)為熱風(fēng)區(qū)(出風(fēng)區(qū))，第2、4、6、8、10等5個(gè)風(fēng)區(qū)為冷風(fēng)區(qū)(進(jìn)風(fēng)區(qū))，即采用五進(jìn)六出的形式。氫氣在進(jìn)風(fēng)區(qū)經(jīng)轉(zhuǎn)子槽楔的風(fēng)斗，進(jìn)入轉(zhuǎn)子線圈和進(jìn)風(fēng)側(cè)通風(fēng)孔，斜向至底匝導(dǎo)線后轉(zhuǎn)向，經(jīng)出風(fēng)側(cè)通風(fēng)孔再進(jìn)入風(fēng)區(qū)的槽楔風(fēng)斗，返回到氣隙，完成轉(zhuǎn)子繞組直線部分的氫氣循環(huán)。轉(zhuǎn)子繞組的通風(fēng)回路如圖32。圖32 轉(zhuǎn)子繞組通風(fēng)回路轉(zhuǎn)子磁極引線采用內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，冷氫自勵(lì)端導(dǎo)電螺釘附近的進(jìn)風(fēng)區(qū)進(jìn)入磁極引線，然后在位于轉(zhuǎn)子繞組端部出風(fēng)區(qū)的出風(fēng)孔排出，再自轉(zhuǎn)子本體的通風(fēng)槽進(jìn)入氣隙。轉(zhuǎn)子繞組極間連線的進(jìn)風(fēng)孔位于轉(zhuǎn)子繞組端部的進(jìn)風(fēng)區(qū)，而出風(fēng)孔位于出風(fēng)區(qū)，在其內(nèi)部流通的氫氣從出風(fēng)區(qū)排出后亦進(jìn)入氣隙。 定子部件的通風(fēng)回路定子部件的通風(fēng)回路與轉(zhuǎn)子回路相對(duì)應(yīng)，通風(fēng)回路如圖33。圖33 定子通風(fēng)回路定子機(jī)座和鐵芯也分為11個(gè)風(fēng)區(qū)。在鐵芯背部的機(jī)座隔板上裝設(shè)分別通到各冷風(fēng)區(qū)的軸向通風(fēng)管，冷氫由機(jī)座端部分別進(jìn)入各冷風(fēng)區(qū)，冷卻定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組后返回到熱風(fēng)區(qū)，經(jīng)熱風(fēng)管匯集于第1和第11風(fēng)區(qū)后，再進(jìn)入冷卻器罩的熱風(fēng)側(cè)，然后經(jīng)冷卻器換熱冷卻后，再進(jìn)入風(fēng)扇前，經(jīng)風(fēng)扇加壓后重新進(jìn)行循環(huán)。定子鐵芯本體設(shè)有95個(gè)徑向通風(fēng)道供氫氣通過以冷卻鐵芯。定子鐵芯端部壓指處也設(shè)有徑向通風(fēng)道以冷卻端部構(gòu)件。端部磁屏蔽上共設(shè)有4個(gè)徑向通風(fēng)道，由磁屏蔽端板、分壓壓板、絕緣檔風(fēng)板、背部檔風(fēng)環(huán)構(gòu)成磁屏蔽的風(fēng)路，冷氫自磁屏蔽的內(nèi)錐面進(jìn)入徑向通風(fēng)道，冷卻磁屏蔽后進(jìn)入背部，經(jīng)端板上的軸向通風(fēng)孔進(jìn)入第1、11風(fēng)區(qū)，再進(jìn)入冷卻器完成循環(huán)。在定子繞組端部的內(nèi)可調(diào)綁扎環(huán)上設(shè)有風(fēng)路隔板，該環(huán)與轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)間的等效間隙為25mm，該環(huán)的作用為節(jié)制進(jìn)入氣隙的風(fēng)量以調(diào)整進(jìn)入定子第1、第11風(fēng)區(qū)及轉(zhuǎn)子端部風(fēng)量。為防止發(fā)電機(jī)冷熱風(fēng)區(qū)之間串風(fēng)，除在鐵芯背部設(shè)置風(fēng)區(qū)檔板外，在發(fā)電機(jī)氣隙中裝設(shè)徑向風(fēng)區(qū)隔環(huán)，考慮到裝插轉(zhuǎn)子等問題，該徑向風(fēng)區(qū)隔環(huán)為56圓周式。這將有效地加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的通風(fēng)冷卻，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)子繞組的溫升。發(fā)電機(jī)出線盒設(shè)有單獨(dú)的風(fēng)路，如圖34所示。出線盒的進(jìn)風(fēng)孔設(shè)在主引線旁側(cè)的絕緣擋風(fēng)板上，它們與定子端部的高壓(冷)風(fēng)區(qū)相通，而出風(fēng)孔與機(jī)座法蘭板上的出風(fēng)孔相通并與機(jī)座端部設(shè)置的風(fēng)道相連接，氫氣經(jīng)該風(fēng)道進(jìn)入第1、第11風(fēng)區(qū)再進(jìn)入冷卻器完成循環(huán)。 圖34 定子出線盒風(fēng)路3.4 發(fā)電機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括溫度測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量、對(duì)地絕緣電阻測(cè)量及漏水檢測(cè)等。定子鐵芯測(cè)溫在定子汽勵(lì)兩端的邊段鐵芯各埋置4個(gè)熱電偶，汽勵(lì)兩端部鐵芯的壓指及磁屏蔽上各設(shè)置2個(gè)熱電偶，在鐵芯中部?jī)蓚€(gè)熱風(fēng)區(qū)的齒部和軛部各埋置4個(gè)熱電偶，共24個(gè)熱電偶元件。定子繞組及主引線測(cè)溫在汽端定子槽部上下層線棒之間埋置電阻測(cè)溫元件，用來測(cè)量定子繞組溫度。每槽1個(gè)，共42個(gè)。在汽端出水匯流管的水接頭上設(shè)置測(cè)量上下層線棒出水溫度的熱電偶，每個(gè)接頭各1個(gè)，共84個(gè)。在出線盒內(nèi)小出水匯流管的水接頭上各裝1個(gè)熱電偶，測(cè)主引線及出線瓷套端子的回水溫度，共6個(gè)熱電偶元件。定子繞組冷卻水進(jìn)出水測(cè)溫在勵(lì)側(cè)進(jìn)水匯流管和汽側(cè)出水匯流管上各設(shè)1個(gè)雙支式熱電偶，共2個(gè)。氫冷卻器前后氫溫測(cè)量在汽端和勵(lì)端氫冷卻器外罩內(nèi)的冷風(fēng)側(cè)和熱風(fēng)側(cè)各設(shè)置1個(gè)雙支式電阻測(cè)溫元件，兩端共4個(gè)。發(fā)電機(jī)內(nèi)氫溫測(cè)量定子機(jī)座風(fēng)區(qū)隔板上設(shè)有熱電阻測(cè)溫元件，每個(gè)風(fēng)區(qū)一只，共計(jì)11只。軸承測(cè)溫 在汽勵(lì)兩端的軸承瓦塊上各設(shè)置1個(gè)雙支式熱電偶，兩端軸承共2個(gè)雙支式熱電偶元件。轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)量在汽勵(lì)兩端的軸承外擋油蓋上各設(shè)一個(gè)非接觸式拾振器，測(cè)量轉(zhuǎn)子軸頸振動(dòng)，兩端共2只。對(duì)地絕