發(fā)電機結(jié)構(gòu)及冷卻

發(fā)電機結(jié)構(gòu)及冷卻第一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五1.6發(fā)電機密封油系統(tǒng)1.7發(fā)電機氫氣系統(tǒng)1.8發(fā)電機定子繞組水冷系統(tǒng)1.9發(fā)電機的測溫及工況監(jiān)視設(shè)備第二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

1.1600MW發(fā)電機的技術(shù)參數(shù)

一.發(fā)電機概述1.同步發(fā)電機的功能將原動機上的動能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子間的磁場耦合作用，轉(zhuǎn)換到定子繞組上變成電能。

2.同步發(fā)電機的分類（1）按照原動機的不同，可以分為：

水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，極數(shù)較多，多采用凸極式轉(zhuǎn)子；汽輪發(fā)電機和燃?xì)廨啺l(fā)電機轉(zhuǎn)速很高，采用隱極式轉(zhuǎn)子。水輪發(fā)電機組、燃?xì)廨啓C組啟動迅速，宜承擔(dān)電力系統(tǒng)峰荷；火電機組及核電機組（均為汽輪發(fā)電機）不能快速啟動，只宜于承擔(dān)系統(tǒng)基荷。第三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五按照冷卻介質(zhì)的不同，可分為：還可分為：

3.發(fā)電機單機容量不斷增長，300MW、600MW已成為主力機組，部分電廠已有1000MW機組投運。優(yōu)點：（1）可降低發(fā)電機的造價和材料消耗量。800MW機組比500MW機組單位成本降低17％；600MW材料消耗只有100MW機組的60％。（2）可降低電廠基建安裝費。200MW100％；500MW85％。（3）可降低運行費用。運行人數(shù)、廠用電第四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

電力系統(tǒng)大機組的單機容量應(yīng)與系統(tǒng)總?cè)萘肯嗥ヅ?，合理比例如下表。系統(tǒng)容量（MW）大機組經(jīng)濟容量系統(tǒng)容量小于10001000～10000大于100004～66～10約≥10％

華中、華東、東北和華北四大區(qū)域電網(wǎng)電力系統(tǒng)容量均超過40000MW，故適于裝置300～600MW以上的單機容量。第五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)電機的單機功率：

K為常數(shù)；A為定子繞組線負(fù)荷，A/mm；為氣隙磁通密度，T；為定子內(nèi)徑，m；n為額定轉(zhuǎn)速，r/min；l為定子鐵心有效長度，m。

K與n不可能大幅提高。增大則轉(zhuǎn)子直徑增大，會使轉(zhuǎn)子受到很大的離心力，特別是軸中心孔受到的應(yīng)力最大，故受到轉(zhuǎn)子材料的機械強度限制。轉(zhuǎn)子本體最大直徑1.25m。

轉(zhuǎn)子長度和直徑的比例不能過大，否則剛度不夠，撓度太大，使氣隙不均勻，產(chǎn)生不平衡的磁拉力。

大型汽輪發(fā)電機：第六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

目前硅鋼片最大磁密只能達(dá)2T，氣隙磁密不能超過1T，否則會過度飽和。

綜上，只有通過冷卻技術(shù)的發(fā)展來提高線負(fù)荷A，才有較大的可能。

幾十年來，冷卻介質(zhì)由空氣到氫氣，又發(fā)展到水，使發(fā)電機的單機容量大幅上升。冷卻介質(zhì)相對比熱相對密度吸熱能力體積流量相對吸熱量散熱能力流速（m/s）相對散熱系數(shù)空氣氫氣水114.354.1610.211000110.0513208304021584第七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

當(dāng)定、轉(zhuǎn)子均采用氫表冷時，汽輪發(fā)電機單機極限容量只能達(dá)100MW；轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷、定子氫表冷可達(dá)250MW；轉(zhuǎn)、定子繞組均為氫內(nèi)冷時，可達(dá)1000MW；目前普遍采用的是轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷、定子鐵心采用氫表冷、定子繞組為水冷（簡稱水氫氫冷卻）方式，單機極限容量可達(dá)1200MW。

超導(dǎo)化：定子繞組采用常導(dǎo)材料導(dǎo)電，轉(zhuǎn)子繞組采用超導(dǎo)材料。超導(dǎo)勵磁繞組能產(chǎn)生高于常導(dǎo)勵磁繞組所能產(chǎn)生的氣隙磁通密度，而不需定子、轉(zhuǎn)子鐵心的存在，定子電樞繞組可做成無巢氣隙繞組，去掉了鐵齒，定子的空間利用率及線負(fù)荷都大大提高，單機容量提高3倍，達(dá)3600MW。第八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

二.600MW發(fā)電機技術(shù)參數(shù)

引進(jìn)型和國產(chǎn)化型600MW汽輪發(fā)電機：額定電壓多為20kV和24kV，功率因數(shù)都為0.9，效率在98.7%以上，短路比都不小于0.5，定子繞組連接法都為YY結(jié)構(gòu)，冷卻方式都為水氫氫。第九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五(1)額定容量(或額定功率)。額定容量是指發(fā)電機在設(shè)計技術(shù)條件下運行輸出的視在功率，用kVA或MVA表示；額定功率是指發(fā)電機輸出的有功功率，用kW或MW表示。

(2)額定定子電壓是指發(fā)電機在設(shè)計技術(shù)條件下運行時,定子繞組出線端的線電壓，用kV表示。我國生產(chǎn)的300MW和600MW汽輪發(fā)電機組額定定子電壓以20kV為主；水輪發(fā)電機額定容量為130~300MVA時，額定電壓15.75kV，額定容量為300MVA以上時，額定電壓為18kV及以上，長江三峽700MW水力發(fā)電機組額定電壓為20kV。

(3)額定定子電流。指發(fā)電機定子繞組出線的額定線電流，單位為A。第十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五(4)額定功率因數(shù)(cosφ)。指發(fā)電機在額定功率下運行時，定子電壓和定子電流之間允許的相角差的余弦值。300MW汽輪發(fā)電機組的額定功率因數(shù)為0.85，600MW汽輪發(fā)電機組的額定功率因數(shù)為0.9；水輪發(fā)電機額定功率大于125MVA但不超過350MVA時功率因數(shù)，不低于0.85，額定功率大于350MVA時功率因數(shù)不低于0.9。

(5)額定轉(zhuǎn)速。指正常運行時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，用r/min(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))表示。我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速均為3000r/min，水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速不超過500r/min，國產(chǎn)550MW水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速為142.9r/min，長江三峽700MW水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速75r/min。第十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五(6)額定頻率。我國電網(wǎng)的額定頻率為50Hz(即每秒50周)。

(7)額定勵磁電流。指發(fā)電機在額定出力時，轉(zhuǎn)子繞組通過的勵磁電流，用A或kA表示。

(8)額定勵磁電壓。指發(fā)電機勵磁電流達(dá)到額定值時，額定出力運行在穩(wěn)定溫度時的勵磁電壓。

(9)絕緣等級。絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度是指電機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。第十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五絕緣等級AEBFH極限溫度(oC)105120130155180(10)效率。指發(fā)電機輸出與輸入能量之百分比，一般額定效率在93%～98%之間，300MW和600MW大型汽輪發(fā)電機組在98%以上，水輪機效率要比汽輪機低，長江三峽700MW水輪發(fā)電機最高效率達(dá)95%。第十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)電機在運行過程中存在著各種損耗，主要是鐵損(鐵芯中磁場變化所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗)、銅損(銅導(dǎo)線中流過電流在導(dǎo)線電阻上所產(chǎn)生的熱損耗)和機械損耗(轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時軸承部分的摩擦所產(chǎn)生的損耗)。國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機效率達(dá)到98.8%，其余1.2%的損耗竟有3600kW之巨，這樣大的損耗功率在發(fā)電機內(nèi)部變?yōu)闊崃?，由于大容量汽輪發(fā)電機定—轉(zhuǎn)子細(xì)長，熱量不易散出，所以發(fā)電機的散熱冷卻就成為限制大容量發(fā)電機容量提高的主要因素。不斷改進(jìn)發(fā)電機的冷卻技術(shù)，提高冷卻效果，是大容量發(fā)電機制造中一個十分重要的問題。

汽輪發(fā)電機的冷卻方式按冷卻介質(zhì)的不同通常分為空氣冷卻(風(fēng)扇通風(fēng))、氫氣冷卻和水冷卻等三種類型。目前，除25MW及以下的小機組采用空氣冷卻外，50MW及以上的汽輪發(fā)電機廣泛采用氫冷和水冷技術(shù)。

1.2發(fā)電機組的冷卻第十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五生產(chǎn)廠上海電機廠東方電機廠哈爾濱電機廠型號QFSN—600—2型QFSN—600—2型QFSN—600—2型額定功率(MW)600600600額定電壓(kV)202020額定電流(A)192451910519245額定功率因數(shù)0.90.90.9額定轉(zhuǎn)速(r/min)300030003000額定勵磁電流/電壓(A/V)4900/5003587/3935069/417冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫效率(%)98.8598.8798.7國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機主要參數(shù)第十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

一、冷卻方式簡介

1.空氣冷卻

空氣冷卻是以空氣為冷卻介質(zhì)，用風(fēng)扇將冷空氣送入機內(nèi)，經(jīng)發(fā)電機內(nèi)部的風(fēng)道，對發(fā)熱部件進(jìn)行冷卻，吸熱后的熱空氣排出機外，經(jīng)空氣冷卻器冷卻后，再送入機內(nèi)。為提高冷卻效果，汽輪發(fā)電機常采用軸向分段等多流式通風(fēng)系統(tǒng)。2.氫氣冷卻(外冷)

對大、中容量的汽輪發(fā)電機，采用氫氣作介質(zhì)對發(fā)電機的部件進(jìn)行冷卻，又稱氫外冷。氫外冷發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成與空氣冷卻系統(tǒng)基本相同，只是將氫氣冷卻器裝在發(fā)電機機殼內(nèi)，以減少氫氣的用量。

第十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

因為氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大6.7倍，所以冷卻效果更好；氫氣的密度比空氣小14.5倍，故風(fēng)阻和摩擦損耗僅為空氣冷卻的1/7左右；如果將同一臺汽輪發(fā)電機由空氣冷卻改為氫氣冷卻(外冷)后，轉(zhuǎn)子溫升下降一半左右，容量可提高20%～25%。采用氫氣冷卻，可避免絕緣材料與氧氣接觸，從而可增加絕緣材料的穩(wěn)定性。在采用氫氣冷卻時，需采取措施防止氫氣泄漏及空氣進(jìn)入發(fā)電機內(nèi)，否則，造成空氣和氫氣混合易引起爆炸。第十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

3.氫內(nèi)冷

冷卻介質(zhì)氫直接接觸繞組導(dǎo)體的冷卻方式稱為氫內(nèi)冷方式。這種冷卻方式可使絕緣導(dǎo)體的熱量直接由冷卻介質(zhì)帶走，可大大提高冷卻效果。轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷時，繞組槽楔上鉆有與槽底通風(fēng)槽相對的小孔，氫氣可以自槽底通風(fēng)槽進(jìn)入，冷卻轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后，再由小孔按軸向流入空氣隙。定子繞組采用氫內(nèi)冷時，一般采用軸向通風(fēng)方式，線棒內(nèi)有不銹鋼管的通風(fēng)管，端部做成喇叭狀的進(jìn)風(fēng)口，使氫氣從與繞組直接接觸的通風(fēng)管流過，將繞組導(dǎo)線上的熱量直接帶走。定子、轉(zhuǎn)子均采用氫內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機容量可制成200MW以上。4.水內(nèi)冷

汽輪發(fā)電機的水內(nèi)冷方式，就是以凝結(jié)水(蒸餾水)作為冷卻介質(zhì)直接冷卻繞組導(dǎo)體。由于水的冷卻能力是空氣的50倍，這就大大改善了冷卻效果，明顯降低了繞組溫升，從而可大幅度提高發(fā)電機出力。第二十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

水內(nèi)冷機組的定子線棒內(nèi)有空心銅質(zhì)或不銹鋼質(zhì)的通水管，在定子機壁上裝有兩個空心鋼管制成的圓環(huán)，稱為集水環(huán)，作為發(fā)電機定子繞組冷卻水的總進(jìn)出水管。集水環(huán)與線棒用絕緣軟管連接，構(gòu)成機內(nèi)冷卻水通路，再由集水環(huán)與機外冷卻水系統(tǒng)的進(jìn)出水管相連，即是定子水內(nèi)冷方式。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷方式，是冷卻水由發(fā)電機大軸的專用進(jìn)水孔進(jìn)入到分水箱后，經(jīng)絕緣軟管進(jìn)入勵磁繞組線束中央的空心銅管，然后再經(jīng)過相連的水箱排出機外。

定子、轉(zhuǎn)子均采用水內(nèi)冷的發(fā)電機，稱為“雙水內(nèi)冷”發(fā)電機，容量可提高到300MW以上。目前大型汽輪發(fā)電機，廣泛采用定子繞組水內(nèi)冷；轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷；通風(fēng)系統(tǒng)(轉(zhuǎn)子表面及定子鐵芯的冷卻)采用氫氣冷卻，簡稱水—氫—氫冷卻方式，其容量已達(dá)1200MW。第二十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

水輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子直徑較大長度較小，所以水輪發(fā)電機的冷卻更容易。大容量的水輪發(fā)電機常用的冷卻方式有：密閉循環(huán)空氣冷卻方式、水內(nèi)冷冷卻方式和蒸發(fā)冷卻方式。

目前，利用空氣作為冷卻介質(zhì)對定子、轉(zhuǎn)子繞組以及定子鐵芯表面進(jìn)行冷卻，仍然是水輪發(fā)電機的主要冷卻方式。在大、中型水輪發(fā)電機中，采用用空氣冷卻器冷卻的密閉循環(huán)空氣冷卻方式。冷卻發(fā)電機后的熱空氣，經(jīng)過通入冷卻水的空氣冷卻器冷卻后，再重新進(jìn)入發(fā)電機中。第二十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

二、汽輪發(fā)電機的典型冷卻系統(tǒng)

常見汽輪發(fā)電機冷卻方式與容量關(guān)系，見下表

注：SD―上海電機廠；HD―哈爾濱電機廠；BZD―北京重型電機廠。第二十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

國產(chǎn)300MW、600MW汽輪發(fā)電機的典型冷卻方式是水—氫—氫方式，即定子繞組是水內(nèi)冷式、轉(zhuǎn)子繞組是氫內(nèi)冷式、定子鐵芯是氫外冷方式。而現(xiàn)今，空冷發(fā)電機容量已達(dá)400MW以上，蒸發(fā)冷卻技術(shù)也已應(yīng)用到發(fā)電機中。

定子繞組的線棒內(nèi)設(shè)有空心銅管或不銹鋼管制成的通水管。與兩端的集水環(huán)用絕緣軟管連接，構(gòu)成機內(nèi)冷卻水通路，再由集水環(huán)與機外冷卻水系統(tǒng)的水管相連，即構(gòu)成定子繞組的水內(nèi)冷方式。繞組線棒中導(dǎo)體的熱量由與其并排布置的冷水管帶出線棒，達(dá)到直接冷卻繞組導(dǎo)線的目的。1.水內(nèi)冷式定子繞組的冷卻

第二十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

2.定子鐵芯氫氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)(氫外冷)

國產(chǎn)300MW、600MW汽輪發(fā)電機定子鐵芯的冷卻是由氫氣徑向通風(fēng)方式冷卻的，國產(chǎn)300MW發(fā)電機氫氣循環(huán)示意圖如圖所示。由圖可見，定子鐵芯沿軸向交替分成9個風(fēng)區(qū)(段)，其中4個冷風(fēng)區(qū)，用C表示，風(fēng)向由機殼流向轉(zhuǎn)子；5個熱風(fēng)區(qū)，用H表示，風(fēng)向由轉(zhuǎn)子流向機殼，國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機與此類似，只是冷熱風(fēng)區(qū)增加到11~13個。第二十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

在上圖中用箭頭示出了氫氣的循環(huán)路徑，經(jīng)氫氣冷卻器冷卻后的氫氣(冷風(fēng))，從磁極兩端的風(fēng)扇沿軸向進(jìn)入定子各冷風(fēng)區(qū)(C)，再沿定子鐵芯外圓四周徑向流向內(nèi)圓，進(jìn)入轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙。冷風(fēng)區(qū)(C)正對轉(zhuǎn)子的進(jìn)風(fēng)斗，將風(fēng)兜入轉(zhuǎn)子再斜流到相鄰的出風(fēng)斗，經(jīng)氣隙和鐵芯段間的通風(fēng)溝流到熱風(fēng)區(qū)(H)，再經(jīng)定子機座外圓的風(fēng)道匯集，流向發(fā)電機兩端的氫氣冷卻器。定子鐵芯與轉(zhuǎn)子間氫氣的流向如右圖所示。第二十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

3.氫內(nèi)冷式轉(zhuǎn)子繞組的冷卻

氫內(nèi)冷轉(zhuǎn)子是指氫氣對轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體進(jìn)行直接冷卻的轉(zhuǎn)子。按氫氣流通方式，廣泛應(yīng)用的主要有：分段氣隙取氣斜流通風(fēng)式和兩側(cè)高壓強迫軸向通風(fēng)式兩種。(一)氣隙取氣斜流通風(fēng)式轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子和定子一樣也分為若干個風(fēng)區(qū)并與定子風(fēng)區(qū)相對應(yīng)。氫氣從定子的冷風(fēng)區(qū)進(jìn)入轉(zhuǎn)子的表面冷風(fēng)區(qū)，然后按箭頭所示方向返回進(jìn)入定子鐵芯的熱風(fēng)區(qū)(H)中。

第二十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

轉(zhuǎn)子繞組槽內(nèi)部分風(fēng)路流向如右圖所示。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，位于冷風(fēng)區(qū)繞組表面的進(jìn)風(fēng)斗正對旋轉(zhuǎn)前進(jìn)方向形成正壓，一個進(jìn)風(fēng)斗的進(jìn)風(fēng)供兩路風(fēng)路，一路沿右側(cè)腰孔斜流向右，至槽底；另一路沿左側(cè)腰孔斜流向左，也至槽底，最后都折回到相鄰的出風(fēng)區(qū)，經(jīng)氣隙進(jìn)入定子鐵芯的熱風(fēng)區(qū)(H)中。第二十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

(二)兩端高壓強迫軸向通風(fēng)式轉(zhuǎn)子(半軸向通風(fēng)式)

這種通風(fēng)內(nèi)冷轉(zhuǎn)子也是一種大容量電機中較廣泛采用的一種轉(zhuǎn)子，半軸向通風(fēng)內(nèi)冷轉(zhuǎn)子，氣流方向從兩端進(jìn)入轉(zhuǎn)子勵磁繞組內(nèi)沿軸向流動，在轉(zhuǎn)子中間部位徑向排出。勵磁繞組各線匝導(dǎo)體是由兩根一側(cè)銑有一條或兩條凹陷的導(dǎo)體，相向合成一根空心的導(dǎo)線。另外還有副槽通風(fēng)、軸向通風(fēng)的冷卻方式。第二十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

日立公司600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)與外形l—汽端軸承；2—風(fēng)扇葉片；3—風(fēng)扇環(huán)狀噴嘴；4—內(nèi)護(hù)環(huán)；5—絕緣引水管；6—水母管；7—氫密封件；8—定子殼體；9—轉(zhuǎn)子；10—定子鐵芯；ll—間隔填料；12—鐵芯端部齒壓板；l3—定子繞組；14—內(nèi)護(hù)罩(集電環(huán)端)；15—氫密封件；16—軸承圈絕緣；17—軸承；18—集電環(huán)冷卻風(fēng)扇；19—電刷架；20—集電環(huán)；2l—支撐軸承；22—定子繞組連接環(huán)；23—垂直彈簧板；24—氫冷卻器第三十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

1.3發(fā)電機定子的結(jié)構(gòu)特點

目前我國熱力發(fā)電廠的發(fā)電機皆采用二極、轉(zhuǎn)速為3000r/m的臥式結(jié)構(gòu)。如下圖所示，發(fā)電機最基本的組成部件是定子和轉(zhuǎn)子。1-發(fā)電機主體；2-主勵磁機；3-永磁副勵磁機；4-氣體冷卻器；5-勵磁機軸承；6-碳刷架隔音罩；7-電機端蓋；8-連接汽輪機背靠輪；9-電機接線盒；10-電路互感器；11-引出線；12測溫引線盒；13-機座汽輪發(fā)電機組側(cè)視圖第三十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)電機最基本的組成部件是定子和轉(zhuǎn)子。定子由鐵心和繞組組成。

1.機座與端蓋

機座的作用主要是支撐和固定定子鐵芯和定子繞組，同時在結(jié)構(gòu)上還要滿足電機的通風(fēng)和密封要求。如果用端蓋軸承，它還要承受轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和電磁力矩。氫冷發(fā)電機的機座除了滿足上述一般發(fā)電機要外，還要能防止漏氫和承受氫氣的爆炸力。

機座連同鐵心（不含氫氣冷卻器）總重量約197t，外徑3.8m，運輸長度8.1m。第三十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

圖1-10整體機座

“四進(jìn)五出”通風(fēng)系統(tǒng)：機殼和鐵心外圓背部間的空間屬發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)部分，為軸向分段式通風(fēng)。結(jié)構(gòu)上用橫隔板將此空間沿軸向分成9段，形成了9個環(huán)形小風(fēng)室，各風(fēng)室相互交替地分為進(jìn)風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)，各進(jìn)風(fēng)區(qū)之間和出風(fēng)區(qū)之間分別用橢圓形鋼管連通。偶數(shù)段為進(jìn)風(fēng)區(qū)，奇數(shù)段為出風(fēng)區(qū)。第三十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

機座下面的底座上裝有氫氣和中間介質(zhì)CO2氣體的進(jìn)出氣管道。底座勵磁機端（勵端）裝有出線盒，用反磁鋼板焊接而成。

出廠前在不插入轉(zhuǎn)子狀態(tài)下，進(jìn)行額定氫壓下的氣密試驗，以保證所有結(jié)合面的良好氣密性。

三段式機座：為減輕定子機座的質(zhì)量和尺寸，沿軸向?qū)C座分為三段，中間段為機座主體，呈圓筒形，用以支撐鐵心；兩端為端罩，呈方盒形，用以設(shè)置氫氣冷卻器并支撐端蓋軸承。分段運至電廠再裝成一整體。第三十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

端蓋：保護(hù)定子端部，對發(fā)電機進(jìn)行密封。

在下辦軸瓦最高溫度點附近的鎢金面下設(shè)有銅熱電阻測溫元件，以監(jiān)視軸瓦溫度。

為防止軸電流流經(jīng)兩個軸承、軸承座與軸瓦墊塊之間，密封座與端蓋之間及密封座與軸瓦墊塊之間，密封座與進(jìn)出油管之間均設(shè)有絕緣物。下半軸瓦還設(shè)置有高壓頂軸油孔。

為防止氫氣從發(fā)電機內(nèi)軸與端蓋間的間隙外泄，或空氣從外部混入機內(nèi)，引起爆炸，在端蓋與軸交接處裝有油密封設(shè)備。第三十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

2.機座隔振-定子彈性支撐

為減低轉(zhuǎn)子磁通對對定子鐵芯的磁拉力引起雙頻振動，以及短路等其它因素引起的定子鐵芯振動對機座和基礎(chǔ)的影響，發(fā)電機定子鐵芯和機座之間一般采用彈性連接。

（1）定位筋彈性隔振結(jié)構(gòu)（臥式彈性結(jié)構(gòu)）

A：在定位筋兩側(cè)開槽彈性隔振結(jié)構(gòu)定位筋開槽后，本身就成為彈性部件，完成定子鐵芯和機座間的彈性連接。第三十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

B.在定位筋背部裝彈簧板

彈簧板通過墊塊，用螺栓固定在定位筋栓背部，彈簧板中部與機座內(nèi)的隔板相連，構(gòu)成隔振彈性結(jié)構(gòu)。

C：在定位筋兩側(cè)裝彈簧板，通過彈簧板再與機座連接。定位筋開槽后，本身就成為彈性部件，完成定子鐵芯和機座間的彈性連接。第三十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定位筋彈性隔振結(jié)構(gòu)第三十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

（2）內(nèi)外機座切向彈簧板隔振結(jié)構(gòu)

機座分為內(nèi)機座和外機座，定子鐵芯線組裝在內(nèi)機座中，內(nèi)外機座之間用切向彈簧板連接。切向彈簧板沿軸向分為若干組，每組沿內(nèi)機座外圓切向分布。隔振效果好，應(yīng)用很多，鄒縣、平圩等。第三十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

3.定子鐵心

定子鐵芯是構(gòu)成發(fā)電機磁路和固定定子繞組的重要部件。為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗，發(fā)電機定子鐵芯常采用導(dǎo)磁率高、損耗小、厚度為0.35~0.5mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片疊裝而成。隱極機當(dāng)定子鐵芯外徑小于1m時，一般用整圓的硅鋼片疊成；當(dāng)外徑大于1m時，是先將硅鋼片沖成扇形，然后在疊裝時拼成圓形。凸極機絕大多數(shù)由扇形硅鋼片沖制疊成（小容量除外）。每張扇形片都涂了耐高溫的無機絕緣漆。B級硅鋼絕緣漆能耐溫130℃，一般鐵芯許可溫度為105~120℃。涂F級絕緣漆，可耐受更高的溫度。

發(fā)電機定子外形圖定子鐵芯第四十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定子鐵芯的疊裝結(jié)構(gòu)與其通風(fēng)散熱方式有關(guān)。大容量電機鐵芯的通風(fēng)冷卻有四種方式：1鐵芯軸向風(fēng)段通風(fēng)；2鐵芯軸向分段徑向分區(qū)通風(fēng)；3鐵芯內(nèi)軸向通風(fēng)；4鐵芯半軸向通風(fēng)。為了減少鐵芯端部漏磁和發(fā)熱，制造廠主要采取了下列措施：（1）把靠兩端的鐵芯段均采用階梯形結(jié)構(gòu)，用逐步擴大氣隙以增大磁阻的辦法來減少軸向進(jìn)入定子邊段鐵芯的漏磁通。（2）在鐵芯端部個階梯段的扇形疊片的小齒上開了1~2個寬為2~3mm的小槽，如圖8所示，以減少齒部的渦流損耗和發(fā)熱。

階梯鐵芯扇形片齒上開槽（3）鐵芯端部的齒連接片及其外側(cè)的壓圈或連接片采用電阻系數(shù)低的非磁性鋼，利用其中渦流的反磁作用，以削弱進(jìn)入端部鐵芯的漏磁通。第四十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

（4）壓圈外側(cè)加裝環(huán)形電屏蔽層，用導(dǎo)電率高的銅板或鋁板制成。因鐵芯端部采用階梯形后，壓圈出的漏磁會有所增多，利用電屏蔽層中的渦流就能有效阻止漏磁進(jìn)去壓圈內(nèi)內(nèi)圓部分，以防壓圈局部出現(xiàn)高溫或過熱。（5）鐵芯壓緊不用整體壓圈而用分塊銅質(zhì)連接片（鐵芯不但要定位筋，還要用穿心螺旋鎖死），這種連接片本身也起電屏蔽作用，分塊后亦可減少自身的發(fā)熱。有的還在分塊后連接片考鐵芯側(cè)再加電屏蔽層。（6）在壓圈和鐵芯齒連接片之間加裝磁屏蔽，用硅鋼片沖成無齒的扇形疊成，形成一個磁分路，能減少齒根和壓圈上的漏磁集中現(xiàn)象。（7）轉(zhuǎn)子繞組端部的護(hù)環(huán)采用非磁性的錳鉻合金制成，利用反磁作用，減小轉(zhuǎn)子端部漏磁對定子鐵芯端部的影響。（8）在冷卻系統(tǒng)中，加強對端部的冷卻。第四十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定子鐵芯內(nèi)圓上沖有槽，用于嵌放定子繞組。為了保證繞組的絕緣質(zhì)量和簡化繞組嵌線工藝，現(xiàn)在的定子槽形一般均為開口槽。如圖所示為QFSN—300—2型汽輪發(fā)電機定子硅鋼片拼裝情況。由圖可見，每層硅鋼片由54個線槽，扇形片的外圓弧上沖有鳩尾槽18個，用18根定位筋將扇形硅鋼片固定在機座上，軸向兩端由螺栓與壓緊壓圈相連，從定子內(nèi)空看，呈一個籠狀，如下頁圖所示。QFSN—300—2型汽輪發(fā)電機定子硅鋼片拼裝1—扇形硅鋼片；2—定位筋；3—墊塊；4—彈簧板；5—機座；6—測溫元件第四十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

300MW汽輪發(fā)電機定子機座內(nèi)空圖1—風(fēng)道；2—機座橫隔板及通風(fēng)溝；3—定位筋；4—壓緊壓圈

半軸向通風(fēng)式鐵芯，與全軸向通風(fēng)式不同之處是：鐵芯兩端不分段，只在中間部分有若干軸向分段。冷卻氣體從鐵芯兩端進(jìn)入軛部和齒部的軸向風(fēng)道，經(jīng)其中的若干徑向風(fēng)道流向氣體冷卻器。石洞口二電廠發(fā)電機(瑞士ABB廠制造)的定子鐵芯屬此種結(jié)構(gòu)。為了減少鐵芯端部漏磁和發(fā)熱，靠兩端的鐵芯段均采用階梯形結(jié)構(gòu)，即鐵芯端部的內(nèi)徑由里向外是逐級擴大的。第四十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定子鐵芯通過定位筋及壓齒板（壓指）和壓圈或壓板固定、壓緊。

第四十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第四十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

4.水內(nèi)冷定子繞組4.1定子繞組結(jié)構(gòu)大型同步發(fā)電機有三種繞組，即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組(勵磁繞組)和阻尼繞組。發(fā)電機定子繞組一個共同點就是都采用三相雙層短距分布，目的是為了改善電流波形，即消除繞組的高次諧波電動勢，以獲得近似的正弦波電動勢。

發(fā)電機定子雙星形接線方式

定子繞組嵌放在定子鐵芯內(nèi)圓的定子槽中，分三相布置成互為120o電角度，以保證在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120o相位差的電動勢。定子繞組均勻分布在定子的內(nèi)圓上，以利于散熱和充分利用空間。每個槽內(nèi)放有上、下兩組絕緣導(dǎo)體(亦稱為線棒)，每個線棒分為直線部分(置于鐵芯槽內(nèi))和兩個端接部分。直線部分為切割磁力線并感應(yīng)電動勢的有效邊，端接部分起連接作用，把各線棒按一定規(guī)律連接起來，構(gòu)成發(fā)電機的定子繞組(線圈)。300MW、600MW發(fā)電機的定子繞組都采用單匝短距雙層疊繞，相間接成雙星形，如圖1-12所示。第四十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

大型發(fā)電機由于散熱需要，均采用內(nèi)部冷卻的線棒。水內(nèi)冷定子繞組線棒采用聚脂玻璃絲包絕緣實心扁銅線和空心裸銅線組合而成。一般由一根空心導(dǎo)線和2~4根實心絕緣扁線編為一組，一根線棒由許多組分成2~4排構(gòu)成。國產(chǎn)600MW發(fā)電機定子線棒空心、實心導(dǎo)線的組合比為1：2。右圖為一典型的水內(nèi)冷定子線棒在定子槽中的斷面。各股線間相互絕緣，且為了避免產(chǎn)生股間環(huán)流，槽內(nèi)各股線進(jìn)行換位。中型發(fā)電機采取360o換位，而300MW、600MW大型機組為540o換位。

水內(nèi)冷定子線棒斷面1—槽楔；2—滑動楔塊；3—填充物；4—空心導(dǎo)線；5—實心導(dǎo)線；6—對地絕緣；7—側(cè)面填充物；8—互換墊片；9—填充物(埋電阻溫度檢測器)；10—排間隔離物；11—對地絕緣；12—槽底填充物

水輪發(fā)電機的定子繞組與汽輪發(fā)電機類似，也有著繞組股線的換位。目前大容量水輪發(fā)電機都用單匝條式波繞組的型式，中小容量的水輪發(fā)電機一般用多匝圈式或條式疊繞組型式。第四十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定子繞組絕緣包括股間絕緣、排間絕緣、換位部位的加強絕緣和線棒的主絕緣。

主絕緣是指定子導(dǎo)體和鐵芯間的絕緣，亦稱對地絕緣或線棒絕緣。主絕緣是線棒各種絕緣中重要的一種絕緣，它是最易受到磨損、碰傷、老化和電腐蝕及化學(xué)腐蝕的部分。主絕緣在結(jié)構(gòu)上可分為兩種：一種是烘卷式；另一種是連續(xù)式。大容量發(fā)電機都采用連續(xù)式絕緣。

4.2定子繞組絕緣

現(xiàn)在國內(nèi)外大容量發(fā)電定子繞組的絕緣材料，普遍采用以玻璃布為補強材料的、環(huán)氧樹脂為粘合劑或浸漬劑的粉云母帶，最高允許溫度在130℃。其優(yōu)點是耐潮性高、老化慢、電氣、機械及熱性能好，但耐磨和抗電腐蝕能力較差。

現(xiàn)今流行的大型電機絕緣是多膠環(huán)氧粉云母帶（含膠量為35.5%～36.5%），連續(xù)式液壓或烘壓成型。

第四十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)電機運行時，定子線棒的槽內(nèi)部分受到各種交變電磁力的作用。上下層線棒之間的相互作用和定子鐵芯的影響所產(chǎn)生的徑向力起主要作用。短路時線棒上所受的電磁力可達(dá)每厘米幾千牛，線棒若不壓緊就會在槽內(nèi)出現(xiàn)雙倍頻率（100Hz）的徑向振動。線棒電流與勵磁磁通的相互作用還會產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的切向力，使線棒壓向槽壁。如果出現(xiàn)振動，就會使線棒和槽壁發(fā)生摩擦。這不僅會使絕緣磨損，而且還會使絕緣產(chǎn)生積累變形，股線疲勞，導(dǎo)致繞組壽命降低。

4.3定子繞組在槽內(nèi)的固定

不能使用金屬部件綁扎固定繞組的端部，因為：（1）.金屬結(jié)構(gòu)部件中將感應(yīng)渦流，這會產(chǎn)生附加損耗，可能會出現(xiàn)局部發(fā)熱點。（2）.金屬結(jié)構(gòu)部件也會產(chǎn)生振動，會導(dǎo)致松動，使周圍的媒介物磨損。第五十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

因此，通常采用飛金屬支撐部件，如玻璃纖維模壓板。大的支撐托架用螺栓固定在鐵芯端壓板上。支撐托架給玻璃纖維錐形箍環(huán)提供支撐。繞組端線的振動必須受到限制，因其會使繞組銅導(dǎo)線產(chǎn)生疲勞裂紋。如果水內(nèi)冷繞組導(dǎo)線發(fā)生疲勞裂紋，則氫氣將會泄漏到冷卻水系統(tǒng)，由此導(dǎo)致特別嚴(yán)重的后果。通過加速度計監(jiān)控因支撐松弛導(dǎo)致的繞組端接振動的增加。振動幅度在很大程度上取決于電流。一段運行之后產(chǎn)生的支撐松動，可以通過緊固螺栓、插入或緊固槽楔或在線棒導(dǎo)體之間的絕緣中充入熱固樹脂消除。第五十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第五十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第五十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

定子出線導(dǎo)線桿是裝配在出線瓷套管內(nèi)的，組成了出線瓷套端子。出線穿過轉(zhuǎn)載出線盒上的瓷套端子，將定子繞組出線映出機座外，并保證不漏氫漏水。出現(xiàn)瓷套端子共有6個，均為水內(nèi)冷。其中3個主出線端子，另外三個為中性點出線端子。出線瓷套端子對機座和水路都是氣密的。

4.4定子出線和發(fā)電機出線盒以每個出線瓷套端子為中心，從出線盒向下吊裝著若干組穿心式電流互感器，分別提量給測量儀和繼電保護(hù)使用。第五十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

4.5定子繞組的水路連接與水電接頭

（1）定子繞組的水路連接發(fā)電機內(nèi)設(shè)有進(jìn)水母管和出水母管，按每匝線圈進(jìn)出水方式及兩半匝線棒的水流方向，定子繞組的水路水路連接可分為串聯(lián)雙流水路和并聯(lián)單流水路。600MW機組采用后者。第五十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

總進(jìn)、出水匯流管分別裝在勵端和汽端的機座內(nèi)，對地設(shè)有絕緣，運行時需接地。它們的進(jìn)、出水口及排氣管分別放在匯流管上方，這是為了防止繞組在斷水情況下失水的措施。但它們的法蘭設(shè)在機座的上側(cè)面，便于和機座外部總進(jìn)出水管相聯(lián)接。排放水管口分別放在機座兩端的下方，具有特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)；它對機座是密封的但能適應(yīng)溫度變化而產(chǎn)生的變形，對機座和相連接的外部管道都是可靠地絕緣的。在外部總進(jìn)、出水管上裝有測溫及報警元件。在用水冷專用搖表測量定子繞組絕緣電阻時，要求總進(jìn)、出水匯流管對地有一定的絕緣電阻，而在做繞組耐電壓試驗時又要求把它們接地；為了試驗時方便，在接線端子板上各設(shè)有接地接線柱，專為變更總進(jìn)、出水匯流管及出線盒內(nèi)出水小匯流管對地絕緣或接地之用。第五十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

（2）定子繞組的水電接頭水內(nèi)冷的定子繞組中既通水又通電，必須有一個可靠的水電接頭，使定子繞組按電路接通，又讓水方便地引入和排出。水電接頭有三種類型。第五十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第五十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第五十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五4.6定子繞組端部的固定

定子繞組端部處在繞組漏磁場中，而端部繞組又長，又不易固定的像槽內(nèi)線棒那樣牢固，因此容易受到電磁力的危害。機組容量越大，端部電磁力對定子繞組端部的危害也增大，故定子繞組端部的固定對于大容量機組非常重要。固定方式有多種，共同點是：在徑向、切向的剛度很大，而在軸向具有良好的彈性和伸縮性。第六十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第六十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第六十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五1.4發(fā)電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點

發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是汽輪發(fā)電機最重要的部件之一，它的作用是產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，通過電磁感應(yīng)原理將由汽輪機傳過來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組中的電能。汽輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子受到的離心力很大，所以轉(zhuǎn)子外徑不能太大，且制成隱極式的，以便更好地固定勵磁繞組；要增大發(fā)電機的容量，只有適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子的長度。通常轉(zhuǎn)子都呈細(xì)長形的，所以皆為臥式安裝。發(fā)電機轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子本體、勵磁繞組(轉(zhuǎn)子線圈)、護(hù)環(huán)和風(fēng)扇等組成。第六十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

（1）轉(zhuǎn)子本體（轉(zhuǎn)軸）

轉(zhuǎn)軸由高機械性能和導(dǎo)磁性能良好的26CrZNi4Mov合金鋼鍛件加工而成。

我國引進(jìn)型600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外徑為1.0922m、本體長5.893m。國產(chǎn)優(yōu)化型600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外徑為1.13m，本體長6.25m，總長12.025m，重量為72t。

轉(zhuǎn)子中間部分(本體)作為磁極，沿轉(zhuǎn)子表面在專用銑床上加工出若干軸向槽子(國產(chǎn)300MW及600MW機為32個槽)，從斷面看呈輻射形，分布在磁極的兩側(cè)，每側(cè)16個，如下頁圖所示。這部分槽子稱為小齒，放置勵磁繞組用；未加工的部分稱為大齒，作為磁極的極身，為主要磁通回路。第六十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第六十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

第六十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)電機轉(zhuǎn)子1—聯(lián)軸器（與汽輪機相連）；2—轉(zhuǎn)子本體（鐵芯部分）；3—護(hù)環(huán)；4—集電環(huán)；5—風(fēng)扇；6—勵磁頸；7—汽端軸頸；8—集電環(huán)風(fēng)扇第六十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

氫冷發(fā)電機轉(zhuǎn)子

沿軸的中心線膛有一個中心孔，可從中取出較粗的金屬晶粒進(jìn)行強度檢驗(軸心密度最小)，同時作為轉(zhuǎn)子繞組向集電環(huán)引線的通道。在大齒表面沿橫向銑出若干個圓弧形月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域兩個方向的剛度相近。第六十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

（2）轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組(又稱勵磁繞組，用于建立旋轉(zhuǎn)磁場)是由扁銅線繞成的同心式線圈，以大齒(極身)為中心，每極8個線圈，兩極共16個，嵌入小齒槽內(nèi)，其連接如圖所示。氫內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子繞組采用空心扁銅管或異形銅線制成。繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定采用護(hù)環(huán)，軸向固定用云母墊塊和中心環(huán)。轉(zhuǎn)子繞組的引出線經(jīng)導(dǎo)電桿接到集電環(huán)上，再經(jīng)電刷引出。

轉(zhuǎn)子繞組接線及線圈中電流流向第六十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

轉(zhuǎn)軸內(nèi)部通有長軸向中心孔，對應(yīng)與本體部分的中心孔用導(dǎo)磁中心軸填塞，以減少鐵軛部磁阻。（3）.中心孔（4）阻尼繞組

阻尼繞組用于減小渦流回路的電阻，提高發(fā)電機承受不對稱負(fù)荷的能力護(hù)環(huán)是套在轉(zhuǎn)子繞組兩端部的高機械性能、高電阻、非磁性的合金冷鍛鋼環(huán)，以承受轉(zhuǎn)子繞組端部在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，保護(hù)繞組端部不發(fā)生徑向位移和變形。第七十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

轉(zhuǎn)子繞組采用含銀0.025%～0.1%的銅線繞制，含銀銅線較普通銅線導(dǎo)熱性好，在高溫下抗蠕變性能高，改善了轉(zhuǎn)子繞組變形問題。集電環(huán)分為正、負(fù)兩個環(huán)，裝于發(fā)電機的勵磁機端軸承外側(cè)，由堅硬耐磨的合金鍛鋼制成，熱套于隔有云母絕緣的轉(zhuǎn)軸上，為加強集電環(huán)散熱，在集電環(huán)表面加工有螺旋溝槽和通風(fēng)孔，還在兩環(huán)間裝有離心風(fēng)扇，加強對集電環(huán)的冷卻。

中心環(huán)是由鉻錳磁性鍛鋼制成，套于軸上繞組的兩端部，對護(hù)環(huán)起固定、支持和保持與轉(zhuǎn)軸同心的作用，也能限制端部繞組的軸向位移。

（5）中心環(huán)

（6）集電環(huán)第七十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

護(hù)環(huán)對轉(zhuǎn)子繞組端部起著固定、保護(hù)、防止變形的作用。承受著轉(zhuǎn)子的彎曲應(yīng)力、熱套應(yīng)力和繞組端部及本身的巨大離心力。護(hù)環(huán)通常用非磁性高合金奧氏體鋼鍛制而成，所以鋼種大多屬Mn—Cr系列。鑒于過去常用的18Mn5Cr、18Mn4Cr護(hù)環(huán)鋼在濕度較高環(huán)境中易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生裂紋。近年來的發(fā)展以證明，含有18%錳（Mn）及18%鉻（Cr）的奧氏體合金鋼可以避免應(yīng)力腐蝕裂紋。必須指出的是，護(hù)環(huán)的破裂會導(dǎo)致電機的嚴(yán)重?fù)p壞，至少需要幾個月的停機檢修。

（7）.轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)第七十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

①護(hù)環(huán)只通過中心環(huán)嵌裝，護(hù)環(huán)端頭與轉(zhuǎn)子本體脫離，叫做分離式嵌裝。②護(hù)環(huán)同時嵌裝在轉(zhuǎn)子本體和中心環(huán)上，叫做兩端固定式嵌裝。③護(hù)環(huán)只嵌裝在轉(zhuǎn)子本體上，叫做懸掛式嵌裝。護(hù)環(huán)的嵌裝有以下三種基本形式：

分離式嵌裝的護(hù)環(huán)邊端與繞組之間有相對位移，只適用與小容量電機。兩端固定式嵌裝的護(hù)環(huán)，采用彈性中心環(huán)后，可用于較大容量的電機。大容量汽輪發(fā)電機常采用懸掛式嵌裝的護(hù)環(huán)。第七十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五1.5水氫氫冷600MW發(fā)電機的通風(fēng)系統(tǒng)1.半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組都采用半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)。第七十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

冷卻器置于電機中部，冷卻后的冷氫，由汽端風(fēng)扇分成兩路。一路進(jìn)入汽端鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組軸向冷卻風(fēng)道，另一路進(jìn)入勵端鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的另一半軸向冷卻風(fēng)道。兩端近日鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組的氫氣都從鐵芯中段徑向風(fēng)道排出。

第七十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五2.定子鐵芯軸向通風(fēng)和轉(zhuǎn)子繞組半軸向通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)熱氫進(jìn)入冷卻器，出來的冷氫分成兩路；一路流至勵端水母管，另一路進(jìn)入汽端轉(zhuǎn)子繞組端部和軸向風(fēng)道。第七十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五3.定子鐵芯徑向通風(fēng)和轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣斜流通風(fēng)的冷卻系統(tǒng)也稱定、轉(zhuǎn)子耦合的徑向多流式冷卻系統(tǒng)。第七十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五1.6發(fā)電機密封油系統(tǒng)

氫冷發(fā)電機用安裝在軸兩端的密封瓦來防止機內(nèi)氫氣從軸向外泄漏，同時也防止空氣進(jìn)入機內(nèi)。密封瓦內(nèi)的油在軸上起密封作用。

密封瓦的型式通常有2類，一類是盤式，中等容量的發(fā)電機采用這種型式；另一類是環(huán)式，環(huán)式又分為單流、雙流及三流環(huán)式3種。如北侖電廠1號660MW發(fā)電機(東芝生產(chǎn))，鄒縣電廠的600MW發(fā)電機(日立、東方合作生產(chǎn))為單流環(huán)式，大凡GE公司生產(chǎn)的發(fā)電機為單流環(huán)式；西屋公司生產(chǎn)的發(fā)電機為雙流環(huán)式，如平圩電廠600MW發(fā)電機；ABB公司生產(chǎn)三流環(huán)式，如石洞口二廠600MW發(fā)電機。

第七十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第七十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

為防止發(fā)電機內(nèi)的氫氣不會通過軸端向外泄漏以維持機內(nèi)的氫壓。在發(fā)電機的兩端設(shè)置了油密封裝置，通過供油及控制裝置，為密封瓦提供氫側(cè)、空側(cè)密封油及空側(cè)推力油。通過密封油系統(tǒng)的壓差閥對密封油壓進(jìn)行調(diào)整，使密封油在密封瓦和轉(zhuǎn)子軸頸之間的間隙中形成并維持一高于機內(nèi)氫氣0.084Mpa的密封油流，從而保證機機內(nèi)氫氣與機外的空氣隔絕。密封瓦中的空、氫側(cè)密封油分別由密封油系統(tǒng)的空、氫側(cè)密封油泵供給。在機組的正常運行過程中，氫側(cè)的密封油箱應(yīng)該保持相對穩(wěn)定的密封油位，即不進(jìn)行排油，也不進(jìn)行補油。

第八十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

單流環(huán)式油密封單流環(huán)式供油系統(tǒng)只有1套，不分氫側(cè)和空側(cè)，密封油經(jīng)真空油箱脫水后經(jīng)2臺100%密封油泵，再經(jīng)冷卻器和串接壓力調(diào)節(jié)閥，然后通過過濾器，分別進(jìn)入汽機側(cè)和勵磁機側(cè)的密封瓦。密封瓦的回油，氫側(cè)的油回到氫側(cè)回油箱，對油、氫分離，氫氣進(jìn)入機內(nèi)，含氫的油進(jìn)入液、氣分離器后流入回油母管?？諅?cè)回油與軸承潤滑油混合后分別流入潤滑油回油母管和密封油回油母管。密封油回油母管進(jìn)入真空凈油箱噴霧脫氣。真空凈油箱有1臺真空泵連續(xù)將氫排至大氣。單流環(huán)式密封后不足之處是消耗氫氣較大些。

第八十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

2.雙流環(huán)式油密封雙流環(huán)式油系統(tǒng)，氫側(cè)油系統(tǒng)與空側(cè)油系統(tǒng)各自獨立，氫側(cè)裝有1臺密封油泵、1臺油冷卻器、1只回油箱?？諅?cè)有2臺密封油泵(1臺交流泵、1臺直流泵)，1臺冷油器、1只回油箱?？?、氫兩側(cè)油壓相等，油流向分開，油量無交換。發(fā)電機在運行中密封油壓高于氫壓1個恒定壓差，例如平圩機組為0.084MPa，這個差值由壓力調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。空側(cè)與氫側(cè)油壓由壓力平衡閥來調(diào)節(jié)平衡，一般允許差值為0.049MPa。雙流環(huán)式無真空凈油裝置，要求平衡閥和壓差閥質(zhì)量要高，要保證兩側(cè)油壓平衡，維持油和氫之間有一定壓差。第八十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

3.三流環(huán)式油密封與雙流環(huán)式相似，氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓也要相等，但在兩側(cè)油流的中間又增加了1路浮動油，油壓略高于空側(cè)油壓，其作用是將密封環(huán)在大軸上“浮起”。空側(cè)油系統(tǒng)有回油箱，有3臺密封油泵均為100%，其中2臺交流泵，1臺直流泵。2臺100%冷油器，2臺100%濾油器。汽側(cè)和勵側(cè)各有1臺密封油泵和冷油器。氫側(cè)油壓高于氫壓，由油泵出口旁路閥來調(diào)節(jié)。中間浮動油系統(tǒng)有1臺交流油泵，1只油箱，油源取自空側(cè)的供油母管，中間油壓略高于空側(cè)。三流環(huán)式密封瓦共有4個油系統(tǒng)，6臺油泵，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封較好，漏氫量少。

第八十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

3種油密封系統(tǒng)如前所述，各有優(yōu)缺點，單流環(huán)式結(jié)構(gòu)簡單，有油水分離裝置，能將油中含有的水分先除去然后進(jìn)入密封瓦，起到降低機內(nèi)氫氣濕度的作用，但漏氫量較大些。雙流環(huán)式結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜些，要求平衡閥和差壓閥質(zhì)量可靠，否則會增高機內(nèi)氫氣濕度，其漏氫量比單流環(huán)式少。三流環(huán)式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對制造和安裝水平要求高，能降低機內(nèi)氫氣濕度，漏氫量也比較少。第八十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五1.7發(fā)電機的氫氣系統(tǒng)

氫系統(tǒng)主要包括：(1)氫氣發(fā)生站，為發(fā)電機提供氫氣用以冷卻。(2)控制系統(tǒng)，其中包括對機內(nèi)氫氣的壓力、純度、溫度和濕度的監(jiān)視、測量和控制；汽體置換系統(tǒng)，密封系統(tǒng)；補氫系統(tǒng)等。汽輪發(fā)電機供氣系統(tǒng)主要特征：

（1）氫氣由中央制氫站或儲氫罐提供；（2）輸氫管道上設(shè)有自動氫壓調(diào)節(jié)閥保持機內(nèi)為額定氫壓；（3）設(shè)置一只氫氣干燥劑，以保持氫氣干燥和純度；（4）設(shè)置一套氣體純度分析儀和氣體純度計，以監(jiān)視氫氣的純度；（5）充氫或置換氫氣的過程中，采用二氧化碳作為中間介質(zhì)，用間接方法完成。

第八十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五第八十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

由于油氫之間的直接接觸，若運行維護(hù)和控制不當(dāng)，極易造成發(fā)電機進(jìn)油，以及氫氣純度、濕度不合格，給大型發(fā)電機的安全穩(wěn)定可靠運行帶來潛在的危害。A氫氣純度不合格，將導(dǎo)致冷卻效率降低，造成機內(nèi)構(gòu)件局部過熱，同時有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。B氫氣濕度過大，對發(fā)電機定子絕緣的影響更大，一是水分在運行中蒸發(fā)為水蒸汽，使微細(xì)擊穿點之間氫氣介質(zhì)導(dǎo)電率升高。二是水汽吸附在絕緣層上，侵入絕緣內(nèi)部的水將造成內(nèi)部導(dǎo)體與外部絕緣表面電位相等，成為等電位體，威脅發(fā)電機定子絕緣，誘發(fā)發(fā)電機絕緣事故。

1.氫氣純度、濕度不合格的危害第八十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五C油進(jìn)入發(fā)電機內(nèi)，將直接導(dǎo)致發(fā)電機絕緣腐蝕、老化，若油中含水量超標(biāo)，油中水分蒸發(fā)，則導(dǎo)致與氫氣濕度過大的同樣后果。此外，油進(jìn)入發(fā)電機，如果未及時排出，油在機內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生油煙蒸汽，其危害也是十分可怕的。

潮濕環(huán)境對大型發(fā)電機的運行是十分不利的。它將對發(fā)電機護(hù)環(huán)產(chǎn)生腐蝕作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使機內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生表面凝露，使轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)受產(chǎn)生附加應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋等危害。近幾年來，因為氫氣純度不合格，氫氣濕度過大和機內(nèi)進(jìn)油，已造成多次大型發(fā)電機絕緣損壞事故。

第八十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五2.導(dǎo)致大型發(fā)電機氫氣純度、濕度不合格和機內(nèi)進(jìn)油的原因分析

①氫氣干燥裝置不夠合理。目前300MW大型發(fā)電機基本都是由轉(zhuǎn)子兩端的風(fēng)扇隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)壓差，在機內(nèi)形成氫氣封閉循環(huán)流動，當(dāng)發(fā)電機在停運備用狀態(tài)下，機內(nèi)氫氣差壓消失，依靠壓差進(jìn)氣的氫氣干燥器氫氣無法流動，干燥器不能對氫氣進(jìn)行干燥。

②氫氣干燥器安裝位置不合理，設(shè)備存在缺陷，發(fā)電機運行中干燥器投運不正常。大多數(shù)電廠的氫氣干燥器設(shè)計安裝在0

m層，由于管路長、管徑小、阻力大、漏氫點多，自動裝置不可靠，加之冷凝式氫氣干燥器運行2

h后要停2

h進(jìn)行除霜排濕，而設(shè)計配套是1機1臺，便形成了停停開開的運行方式。

③發(fā)電機密封油中含水超標(biāo)。由于密封油取自汽輪機潤滑油系統(tǒng)，在汽輪機運行中，由于各方面的原因，造成軸封蒸汽進(jìn)入軸承油室，凝結(jié)成水進(jìn)入油中。含有較高水分的油在密封瓦中蒸發(fā)進(jìn)入氫氣內(nèi)。

第八十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

④發(fā)電機啟動升負(fù)荷或低負(fù)荷運行，氫氣冷卻器冷卻水量調(diào)整控制不當(dāng)或冷卻水溫過低，流量過大，導(dǎo)致氫溫過低產(chǎn)生凝露。內(nèi)冷水系統(tǒng)機內(nèi)接頭和氫冷器微細(xì)滲漏也可能導(dǎo)致機內(nèi)氫氣濕度增大。

⑤發(fā)電機油水指示計失效或無遠(yuǎn)傳報警功能，運行值班人員巡視檢查維護(hù)不到位，未按規(guī)定進(jìn)行排污排油水，造成油水長期沉積在發(fā)電機內(nèi)蒸發(fā)，影響氫氣濕度升高。

第九十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

⑥發(fā)電機內(nèi)進(jìn)油的原因

a發(fā)電機密封瓦結(jié)構(gòu)不盡合理。目前300MW大型氫冷發(fā)電機均采用雙流環(huán)式密封瓦，油密封裝置置于發(fā)電機兩端蓋內(nèi)，其作用是通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。雙流環(huán)即密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自自成獨立的循環(huán)油路，通過平衡閥的控制使兩路油壓維持均衡，限制兩路油相互竄流，從而達(dá)到減少氫氣外漏。油與空氣和氫氣之間的隔絕是采用兩道迷宮式油檔來實現(xiàn)的，氫側(cè)為了防止油進(jìn)入發(fā)電機內(nèi)，還有一道迷宮式外油檔阻止油進(jìn)入發(fā)電機。此種結(jié)構(gòu)的密封瓦，要求裝配間隙精度相當(dāng)嚴(yán)，如果制造、安裝達(dá)不到要求，間隙過大等，都極易造成密封油進(jìn)入發(fā)電機。

b平衡閥或差壓閥工作失常。300

MW發(fā)電機運行中要求平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度達(dá)到±490Pa，要求差壓閥具有良好、靈敏的跟蹤性能和富余的調(diào)節(jié)范圍。但該2閥的裝配精度相當(dāng)高，如果油中含有雜質(zhì)、水分等，則極易造成2閥卡澀，工作失常。

第九十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五3.提高氫氣純度、降低氫氣濕度的措施

①從氫氣質(zhì)量源頭抓起，保證制氫站補向發(fā)電機的氫氣純度和濕度達(dá)到要求，干燥器能正常投入，確保進(jìn)入儲氫罐的氫氣濕度（用美國CENER－ALEASTERN公司產(chǎn)D－2型露點儀檢測），常壓下濕度不大于2

g／m3，露點≤－50℃。

②保證發(fā)電機冷凝式氫氣干燥器正常投運，有條件時應(yīng)將管道加大至50

mm以上，并盡可能縮短管道長度，減少彎曲，減少管路阻力。最好每臺機組安裝2臺干燥器，互為聯(lián)動備用，在機組運行時，始終有1臺干燥器隨機運行。

第九十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

③制氫站的儲氫罐最好劃分成常用罐和備用罐分組運行。常用罐做正常補氫用，每天排污放水1次，備用罐供緊急情況下使用，每3

天排污放水1次，在向補氫系統(tǒng)供氫前應(yīng)測試氫氣濕度、純度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

④對補氫系統(tǒng)進(jìn)行必要的完善，在機前補氫管道、輸氫管道最低點適當(dāng)增加排污放水點，在向發(fā)電機補氫前，先進(jìn)行輸氫母管的排污放水，并測定母管氫氣純度、濕度合格才能向發(fā)電機內(nèi)補氫。

第九十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

⑤防止密封油帶水。關(guān)鍵是要使軸封系統(tǒng)經(jīng)常處于最佳狀態(tài)下運行，既要保持汽輪機真空不受影響，又要不讓軸封蒸汽進(jìn)入油中。檢修時，軸封間隙必須調(diào)整合理。油凈化裝置要通過摸索規(guī)律，制訂定期投運的周期，確保油中含水量不大于500mg／L。排油煙（油汽）系統(tǒng)要正確合理，根據(jù)機組的特點，軸承室內(nèi)保持一定的微負(fù)壓。此外，軸封進(jìn)汽自動調(diào)整裝置要正常投入運行，并保證其在工況變化時，具有良好的跟蹤性能。每當(dāng)發(fā)生較大的變工況，如機組啟動、停運過程或較大幅度變負(fù)荷時，運行人員都必須及時調(diào)整軸封進(jìn)汽壓力。機組運行中要經(jīng)常監(jiān)視各回油窺視窗有無水珠和汽霧。每天取油樣對油中含水情況進(jìn)行分析，當(dāng)油中含水超標(biāo)時，應(yīng)對油箱進(jìn)行放水排污并投入潤滑油凈化裝置運行。第九十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五

⑥切實控制好發(fā)電機的運行風(fēng)溫和水溫，一般進(jìn)風(fēng)溫度35～40℃，內(nèi)冷水溫40±2℃為佳。機組啟動時，為防止機內(nèi)濕度過高，可按氫壓0．1

MPa，內(nèi)冷水壓0．05

MPa控制，但必須注意內(nèi)冷水回路中不得發(fā)生斷水現(xiàn)象，氫氣冷卻器冷卻水先不投入運行，待機組并網(wǎng)帶初始負(fù)荷再投入氫冷器自動調(diào)節(jié)裝置，提高氫壓和內(nèi)冷水壓，以避免低溫狀態(tài)下氫氣凝露。

⑦加強對發(fā)電機內(nèi)積油積水情況的監(jiān)視，定期對發(fā)電機進(jìn)行排油放水，完善發(fā)電機油水液位監(jiān)測報警裝置，創(chuàng)造條件配置在線監(jiān)測儀表和遠(yuǎn)傳液位報警裝置。第九十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五⑧根據(jù)目前和今后一段比較長的時間火電大機組可能調(diào)峰備用停運時間多的狀態(tài)，應(yīng)考慮配套安裝外力風(fēng)機循環(huán)冷凝式氫氣干燥器，作為停機備用期間循環(huán)干燥發(fā)電機氫氣之用，以改善備用期間發(fā)電機的氫氣濕度。

⑨充分認(rèn)識氫氣質(zhì)量對大型發(fā)電機安全可靠運行的重要作用，并采取必要的行政、經(jīng)濟手段，督促有關(guān)人員共同努力，堵住油中進(jìn)水的有形和無形通道。健全對氫氣系統(tǒng)管理的責(zé)任制，加強對運行和備用發(fā)電機氫氣質(zhì)量檢測、分析和監(jiān)督。建議將大型發(fā)電機氫氣質(zhì)量監(jiān)督納入化學(xué)監(jiān)督或絕緣監(jiān)督考核的內(nèi)容之中，與各廠經(jīng)濟責(zé)任制掛鉤，兌現(xiàn)獎懲。各廠要因廠制宜，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)特點和存在的問題，加大技改力度，盡快使設(shè)備系統(tǒng)完善合理，迅速扭轉(zhuǎn)忽視氫氣系統(tǒng)管理，輕視氫氣純度、濕度監(jiān)督的局面，為發(fā)電機安全穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。第九十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五4.提高氫氣純度、降低氫氣濕度的措施

①從氫氣質(zhì)量源頭抓起，保證制氫站補向發(fā)電機的氫氣純度和濕度達(dá)到要求，干燥器能正常投入，確保進(jìn)入儲氫罐的氫氣濕度（用美國CENER－ALEASTERN公司產(chǎn)D－2型露點儀檢測），常壓下濕度不大于2

g／m3，露點≤－50℃。

②保證發(fā)電機冷凝式氫氣干燥器正常投運，有條件時應(yīng)將管道加大至50

mm以上，并盡可能縮短管道長度，減少彎曲，減少管路阻力。最好每臺機組安裝2臺干燥器，互為聯(lián)動備用，在機組運行時，始終有1臺干燥器隨機運行。

第九十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期五4.防止大型氫冷發(fā)電機進(jìn)油的措施

①在安裝、檢修工作中，密封瓦間隙及油檔間隙一定要按廠家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整合格，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。經(jīng)調(diào)整、處理仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，要堅決更換。密封瓦安裝時兩半圓中分面接觸一定要良好無縫隙，合口螺栓緊固后撥動應(yīng)靈活無卡澀。

②保證壓差閥、平衡閥具有良好的調(diào)節(jié)性能和快速的跟蹤性能，是防止發(fā)電機內(nèi)進(jìn)油的關(guān)鍵，而油質(zhì)的優(yōu)劣則是壓差閥、平衡閥正常工作的關(guān)鍵之關(guān)鍵。因此，軸瓦和2閥以及油系統(tǒng)檢修后一定要徹底清理、洗擦，不干凈不得裝配或扣蓋。大修后開機前，油循環(huán)必須保證足夠大的流量和足夠長的時間，以便徹底濾除可能遺留在油中的任何雜質(zhì)。在做風(fēng)壓試驗時，壓差閥和平衡閥可不投入，待風(fēng)壓試驗結(jié)束降風(fēng)壓時將壓差閥和平衡閥投入，運行一段時間后，再把上述2閥拆開進(jìn)行仔細(xì)檢查，并用面團普遍粘一遍，然后進(jìn)行裝復(fù)