发电厂 600MW发电机结构及其冷却系统

600MW发电机结构及其冷却系统

第一节 概述

我国自20世纪80年代后期起，从国外进口了不同制造厂商生产的600MW汽轮发电机。哈尔滨电机有限公司（原哈尔滨电机厂）生产的引进（美国西屋公司）型600MW汽轮发电机两台，于1989年和1992年先后在安徽平圩电厂投入运行。1994年，我国首台国产化型600MW汽轮发电机也已装于哈尔滨第三发电厂正常运行。到目前为止上海汽轮发电机有限公司引进美国西屋公司已生产QFSN－600－2型发电机近20台。

@@有限责任公司一期工程汽轮发电机是上海汽轮发电机有限公司引进美国西乌公司技术生产的由汽轮机驱动的600MW水氢氢高速汽轮发电机，能与各种型号、规格的600MW亚临界、超临界、核电汽轮机相匹配。本发电机是在电力部对引进技术600MW发电机组提出的优化和机组创优工程要求基础上进行优化设计的：

一 发电机特点

该发电机容量上满足与600MW汽机匹配的最大出力要求，最大的连续出力可达648.4MW ，设计效率高达99％。发电机组沿用了引进的高起始响应的励磁系统，能在电力系统故障时0.1秒内达到顶值电压与额定电压之差的95％。采用静止励磁方式顶值电压可大于2.5倍以上，并用数字式AVR代替模拟式AVR，提高励磁系统的可靠性。

转子采用国内有成熟经验的气隙取气冷却方式，其他主要结构均保留西屋公司原有的成熟可靠结构，如穿心螺杆、磁屏蔽、分块压板固定的定子铁心、上下层不同截面的定子线圈、刚一柔结构的定子端部固定、端盖式轴承、可倾瓦式轴瓦、双流双环式密封瓦等以保证足够的运行可靠性。

改进了转子阻尼结构，提高电机负序电流承载能力。

方便运输：定子最大运输宽度从考核机组4．115米减小到4米，定子运输重量不超过320t。对内陆地区，可采用分段式机座，运输重量为260t。

该发电机具有容量大、效率高、性能好和高可靠性等特点，是一个完全达到电力部门优化要求的、科技含量很高、相当于当代国际先进水平的新产品：

二 遵循的标准

该600兆瓦级优化型水氢氢汽轮发电机的接收、吊运、储存、安装、运行、维护和检修遵循如下标准：

国标GB/T7064“透平型同步电机技术要求”

国标GB755“旋转电机基本技术要求”

IEC34-1（第八版）“旋转电机第一部分一额定值和性能”

IEC34-3“汽轮发电机的特殊要求”

国标GB7409“大中型同步发电机励磁系统技术条件”

IEC34-16（1991-02 ）“关于同步电机励磁系统的若于规定”

美标ANSI C50．13“隐极式汽轮发电机的技术要求”

标准编制中，同时也满足我国有关安全、环保等标准和规定，并在消化引进西屋公司300-600兆瓦级氢冷汽轮发电机组技术的有关技术资料（含最新信息）的内容后结合国产(300MW和600MW）定于水内冷技术以及转子气隙取气氢内冷技术编写而成。

三 发电机型号的组成及代表意义

发电机型号QFSN-600-2 所代表意义是：

QF―――-代表汽轮发电机

600―――代表600兆瓦额定容量

S――――代表定子水内冷

N――――代表氢内冷

2――――代表二极

四 工作条件及使用环境

发电机长期连续运行的正常工作条件是：

1 安装地点在海拔 1000米及以下的一般室内场所。

2 氢气冷却器、定子水冷却器及励磁机的空气冷却器循环水最高进水温度一般不超过33℃。

3 其它各项技术要求及数据请见第二节。

4 发电机在海拔超过 1000米也能带额定容量运行；其条件是在机内冷却系统中作为初级冷却介质的氢气能保持额定的绝对氢压而与海拔高度无关，但在密封、机壳和辅机等方面应事先与生产单位达成协议。

五 主要技术性能

1 本型发电机具有调峰能力。当电网需要时，发电机允许调峰运行和两班制运行。在寿命期间允许启停次数不少于一万次。

2 发电机在下列情况下能输出额定出力：

a） 冷却氢气进口温度不大于46℃

b） 氢冷却器冷却水进水温度不大于35℃

c) 定于绕组内冷水进水温度不大于50℃

d） 氢压不低于额定值，氢气纯度不低于95％。

3 发电机在上述情况下，在所提供的出力曲线范围内能在超前0．95功率因数下带额定兆伏安长期连续运行。

4 发电机在额定功率因数、电压变化范围为额定值土5％、频率变化范围为土2％时能按照IEC国际标准上的图形，连续输出额定功率。

5 定子冷却水短时断水运行的持续时间应小于30秒。

6 发电机机座的汽、励两端各有一组氢冷却器，每组在水路上独立地分成两个并联水支路，当停用一个水支路时，发电机能承担80％额定功率连续运行。

7 发电机的定子和转子绕组允许短时过负荷。

六 安全运行条件

发电机必须在其频率、电压、相序与电网完全同步后才能并入电网。新安装发电机组轴系在轴径上的双幅振动值应不大于0．076毫米，在轴承座上的双幅振动值应不大于0.025毫米。运行中的机组轴系在轴颈和轴承座上的双幅振动值如大于上述数值，而不大于国标GB／T7064中有关条款的规定时，机组的运行仍将是安全的。但当运行中轴振大于0.25毫米时，机组应自动停机解列。

控制机内氢气含湿量折算到大气压的露点应＜5℃且不低于一25℃，以维持防止发电机绝缘性能下降发生短路事故和避免护环应力腐蚀而产主裂纹的机内环境。

当发电机机内充有氢气时或在置换氢气时，附近地区不得进行明火作业。

当发电机处于空气状态下，必须把供氢管道中一支可拆卸式氢气管路拆掉。这样做了，即使误操作，也不可能将氢气送入发电机内；可以彻底排除形成爆炸性混合气体的可能性，确保机组的安全。

氢冷发电机机座都是设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座应能承受氢气和空气混合体的最强烈的爆炸。这类爆炸不得损伤电机外部的人员、器材和厂房。这种事故只有在气体置换过程中，出现误操作的情况下才可能发生。正常运行时氢压远大于大气压，空气是不可能直接进入机座的，故只要维持必要的氢气纯度，充氢运行时发电机是很安全的。。

在氢气置换过程中必须确认气体的取样分析部位正确无误：在用CO2置换 H2或空气时；必须在机座顶部取样；在用 H2或空气置换 CO2，一定要在机座底部取样。如取样不当，误报混合气体的成分，造成高纯度的假象，就潜伏着混合气体是爆炸性的可能性，或CO2实际上仍留在机内而使进入机内者有被窒息的危险。

在运转中，万一发生密封瓦烧毁或密封断油事故，氢气将会从密封支座与轴颈之间喷出。此时，必须立即停机解列低速盘车，排氢降压，在低氢压时再用CO2置换氢气，一般情况由于高压氢气急速扩容，大量吸热，氢气喷出时不至于发生火灾，但在现场要杜绝一切火花以免引爆。如果发生火灾应立即用也只能用CO2气体灭火，以资安全。

第二节 600MW发电机的技术参数

引进型和国产优化型600MW汽轮发电机：额定电压多为20KV和24KV，额定功率因数都为0.9，效率在98.7％以上；短路比都不小于0.5；定子绕组联结法都为YY结构。冷却方式都为水氢氢，即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及端部构件氢冷。

岱海发电有限责任公司一期工程汽轮发电机设备是上海汽轮发电机有限公司生产的优化QFSN－600－2型，共计两台，总容量1200MW。

一 发电机组技术数据

表3－1所列为经上海汽轮发电机有限公司优化后设计的岱电一期工程QFSN－600－2型汽轮发电机的主要技术数据。表3－2 为QFSN－600－2YH发电机与QFQS－200－2发电机技术数据比较

表3－1 岱电一期工程发电机组技术数据

表3－2 QFSN－600－2YH发电机与QFQS－200－2发电机技术数据比较

额定数据

续表 QFSN－600－2YH发电机设计参数

二 漏氢量

当发电机在额定氢压0.4兆帕下运行，保证漏氢量每天不大于11．3立方米（常压下的体积），当在额定氢压为0．50兆帕下运行时，则不大于13．4立方米。总装后机内的气体容量约为110立方米，上述漏氢量低于能源部规定要低于5％机内气体容量的要求。发电机内定子绕组水支路的容积约为0．36立方米，在额定氢压下做空气气密试验时气体泄漏量每天不超过绕组水支路容积的4％。

三 励磁系统主要特征

岱海电厂QFSN－600－2型发电机采用具有高起始响应性能的静止自并励励磁系统。在额定工况下，发电机励磁电压能在0．1秒内从额定电压值上升到顶值电压与额定励磁电压差值的95％。强励顶值电压：2倍额定励磁电压。采用静态励磁顶值电压可大于2．5倍以上。允许强励时间：10秒

第三节 发电机的结构

一 发电机的冷却

发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。为使这些部件发出的热量散发出去，必须采用高效的冷却措施，保证发电机各部分温度不超过允许值。

在汽轮发电机的发展过程中，冷却方式的发展一直占有主导地位。它关系到整个发电机的技术经济指标以及运行的可靠性，因此，发电机运行中的各部件冷却质量十分重要。对于200MW及以上汽轮发电机组主要是使用冷却效果好的冷却介质，并发展了把冷却介质引入载流导体内的直接冷却技术，即所谓绕组的内部冷却方式。

目前用以大型发电机冷却的介质有氢气、水和油。它们的冷却能力都比空气强，表3－3列出了氢气、油和水与空气之间冷却能力的比较。从表中可以看出，水的冷却能力最好。

表3－3 各种冷却介质的冷却能力比较（设空气＝1.0）

在发电机冷却系统中，冷却介质可以按不同的方式组合。对于容量600MW的汽轮发电机，其定、转子绕组都采用内冷方式。按定、转子绕组和铁芯的冷却介质的不同组合，600MW汽轮发电机的冷却方式主要有以下几种。

1）全氢冷：定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢冷。

2）水氢氢冷：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及定、转子表面构件氢冷。

3）水水氢冷：定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、定子铁芯氢冷。

汽轮发电机结构与冷却方式密切相关。国内外生产的600MW汽轮发电机大部分为水氢氢冷却方式，也有全氢冷或水水氢等型式。国内电厂已装设或正在计划装设的，以及国产的600MW汽轮发电机都为水氢氢冷却方式，因此以下几节将分别介绍相关电厂这种型式的汽轮发电机组成部分的结构特点。图3－1是上海汽轮发电机有限公司为岱

海电厂生产的引进美国西屋公司技术优化设计制造的QFSN型600MW水氢氢冷汽轮发电机的结构与外形。

岱海电厂QFSN－600－2型汽轮发电机采用氢气为冷却介质。其特点如下：

1 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0．4兆帕下，其密度亦只有空气的50％，因此大大降低了通风损耗。

2 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1．35倍）。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。

3 氢气冷却都为密闭循环系统，机内长期运行干净无尘，减少检修费用。

4 机内无氧无尘，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。

5 氢气密度很低又密闭循环于由中厚钢板焊成的机座内故环境噪音较小。

现今商业性氢气纯度完全是惰性的和非爆炸性，而且不会助燃，所以使用是安全的；但亦必须指出当氢气与空气混合之后，在体积中含有氢气如在5～70％的比例范围内，可能会发生爆炸。所以在发电机结构设计、安装及运行规程中必须确保在任何运行工况下，氢混合气体的比例远高达到爆炸的危险比例范围。为此在机座两端的端盖上装有轴密封装置。本型发电机采用了供油量较少，耗氢量也小，随动性好，运行安全的双环双流环式轴密封装置，并设有油密封供油系统和氢气置换及供应系统，将氢与外界大气严密隔离开来。同时，必须考虑到误操作可能导致爆炸事故，故把机座设计成为“耐爆型”。本型水氢氢汽轮发电机采用焊接的机座结构。两端焊接式端盖支撑着对地绝缘的可倾式分块轴承。机座底脚与底板（台板）之间设置阶梯形垫片使机座的负荷集中作用在基础的两端，对称分布在两侧，很快向中间衰减，并在现场测试发电机底脚应力分布加以复核调整，确保定子机座两端的载荷分布，以改善与定子机座相联接的端盖轴承的支承刚度来降低机组的振动。定子机座与铁心间采用高强度弹簧板高效隔振装置，大大减轻铁芯电磁倍频振动对基础的作用。定子铁芯为多路径向氢表面冷却，端部结构件也为氢表面冷却。由于水内冷效果比氢内冷更好，故在本型发电机中采用了水内冷的定子绕组。连接线、主引线和出线瓷套端子，进一步缩小了定子的运输尺寸及重量。采用合金钢整体转子锻件。转子绕组的直线部分为气隙取气斜流通风而端部为轴向两路通风的氢内冷方式。定、转子各有多路并联风区，冷热风区相间定、转子，并相互对应，近定子端部出槽口处在线圈端部的可调节绑环上设置气隙挡风环，并在气隙中设置冷热风区隔环以加强对转子的通风冷却。由于气隙取气斜流通风为自通风方式，故发电机内氢气可由对称地装在转子两端的单级轴流式低压风扇在发电机内形成氢气流动的闭合回路，因此这种通风形式具有风摩损耗较小，转子绕组温度较均匀。最高温度及平均温升较低的特点，具有提高发电机的效率和出力的潜力。热氢经两端氢冷却器冷却，除了励端的出线盒外，氢气流动的两个回路几乎是对称的。为不使机座和转子过长，氢冷却器设置在定子汽、励端的

上部，横向装配在冷却器外罩内，同时也减轻了定子、转子的运输重量和尺寸。发电机的结构与外形与图3－1相似。

二 定子结构

汽轮发电机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。

1 机座、机座隔振――定子弹性支撑

机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。如果用端盖轴承，它还要承受转子的重量和电磁力矩。同时在结构上还要满足电机的通风和密封要求。

水氢氢冷发电机的机座除满足上述一般电机要求外，对600MW发电机，机壳内的额定氢气压力为0.4～0.5MPa，还要能防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。

机座由高强度优质钢板焊接而成。机壳和定子铁芯背部之间的空间是电机通风（氢气）系统的一部分，它的结构和气流方向随通风系统的不同而异。对于定子铁芯为轴向通风的系统，机壳与铁芯背部之间的空间为简单风道。对于定子轴向分段、径向通风冷却的系统，常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，各小风室相互交替地分为进风区和出风区。各进风区之间和各出风区之间分别用圆形或椭圆形钢管连通，也有的将每个进风区都设有独自的进风管，以减小各进风区（室）的压力差。进风孔设在风扇送出的高压风区，出风口通向风扇背侧的低压风区并途经冷却器。

为了减少氢冷发电机通风阻力和缩短风道，冷却氢气的冷却器常安放在机座内的矩形框内。冷却器一般为两至四组，其布置位置主要有三种形式，即立放在发电机两端的两侧、立放在发电机中部的两侧、横放在发电机上部两端（背包式）。

端盖是电机密封的一个组成部分，为了安装、检修、拆装方便，一般端盖由水平分开的上下两半构成，采用钢板焊接结构或铝合金铸造结构。大容量发电机常采用端盖轴承，轴承装在高强度的端盖上。 端盖分有外端盖、内端盖和导风环（挡风圈）。内端盖和导风环与外端盖间构成风扇前或后的风路。

对于大容量机组，为了减低由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起双频振动，以及短路等其他因素引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，发电机定子铁芯和机座之间多采用弹性联结。其结构形式有多种，其中以整体机座轴向组合式定位筋弹性隔振结构和采用内外机座切向弹簧板隔振结构两种形式，对大容量机组有较好的效果，已得到广泛应用。

定位筋弹性隔振结构

定位筋弹性隔振结构（包括组合式弹性结构），也称为卧式隔振结构，又有几种形式。

（l）在定位筋两侧开槽的弹性隔振结构如图3－2所示。定位筋开槽后，本身就成为弹性部件用以完成定子铁芯与机座之间的弹性连接，这是一种最简单的弹性隔振结构。

（2）在定位筋背部装弹簧板，结构如图3－3所示。弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。

（3）在定位筋两侧装弹簧板，通过弹簧板再与机座连接。北仑港电厂#1机和石洞口二厂的600MW发电机（分别为日本东芝和瑞士ABB厂制造）都采用定位筋弹性隔振结构。石洞口二厂发电机定子铁芯的固定方式如图3－4所示。

内外机座切向弹簧板隔振结构

在采用内外机座切向弹簧板隔振结构中，机座分为内机座和外机座。定子铁芯先组装在内机座（内壳）中，内外机座之间用切向弹簧板连接。切向弹簧板沿轴向分为若干组，每组沿内机座外圆切向分布：一种是分布在上下和左右两侧（上下为水平的，左右为立式的）；一种是分布在左右和下面；还有一种是分布在左右两侧。后两种应用较多，见图3－5和图3－6。

这种隔振效果很好。平圩电厂、哈尔滨第三电厂、邹县电厂的600MW发电机（分别为哈尔滨电机厂引进西屋技术、哈尔滨电机厂国产优化型、日本日立公司产品），都采用内外机座切向弹簧板隔振结构，有的称其为立式弹簧板隔振结构。国产优化型QFSN－600－2YH型汽轮发电机出厂试验结果，其隔振系数（铁芯和机座的振动比）约为10。

岱海电厂一期600MW发电机定子机座和隔振结构：

用氢冷却的发电机的机座必须考虑到万一发生爆炸时的安全性。虽然氢既不自然亦不助燃，但当氢气与空气混合起来则极易发生爆炸，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。当氢气含量分别为百分之五及百分之七十时，爆炸强度趋于零，在此两者中间的比例时则达到最强烈程度。

把机座设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座应能承受0.01到 0.02兆帕表压下氢气和空气混合体的最强烈的爆炸。这类爆炸不得损伤电机外部的人员、器材和厂房。这种事故只有在气体置换过程中，出现误操作的情况下才可能发生。正常运行时氢压远大干大气压，空气是不可能直接进入机座的。

机座是用优质中厚钢板及锅炉钢板冷作拼焊而成，气密性焊缝均通过焊缝气密试验的考核。每个机座都经过水压试验和消除应力处理和0．4·～0．50兆帕气密试验的严格考核，因此氢冷发电机的运行是十分安全的，除非发生转轴上的密封瓦乌金熔化或密封油供应突然中断的意外事故。但设备及操作规程部有十分明确的措施足以防止发生这种恶性事故。

铁芯是通过高强度弹簧钢板组成的高效隔振装置固定在机座内的。当发电机运行时，转子和定子铁芯之间的磁拉力在定子铁芯中产生倍频振动，为此在本发电机的定于铁芯装配和发电机机座部件之间采用隔振性能较好的弹簧板弹性支撑结构，就使铁芯传到机座和基础上的倍频振动减少到很小。

在机座的顶部，汽、励两端各设有一个安装冷却器外罩用的长周边矩形法兰结合面，在结合面上开有矩形密封槽，内充满密封胶以防氢气泄漏之用；在励端底部另设有一个长周边法兰结合面用以联接出线盒。

机座的顶部还设有人孔。检查孔，都由盖板密封；在底部则设有清理孔法兰、用于气体置换的管道接口法兰，以及测量气体纯度的、气体分析取样的、浮子式液位控制器（检漏器）和氢气干燥器等的管道接口，还有两端的定子水系统排污法兰。

定子机座有整体式及三段组装式两种结构设计。整体式机座便于安装，整体运输重量为345吨，便于船运，也可装专用钳夹车在铁道上运输。而三段式机座的优点在于其运输重量较轻，约260吨，可用特制的平板车装载，更适合内陆铁路运输的需要。岱海电厂一期600MW发电机采用三段式机座，氢冷器横放在发电机上部两端（背包式）。。

2 定子铁芯

定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，现代大容量发电机定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.35～0.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂有耐高温的无机绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130℃，一般铁芯许可温度为105～120℃。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。

定子铁芯的叠装结构与其通风散热方式有关。大容量电机铁芯的通风冷却有三种方式：铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。

轴向分段径向通风式，即铁芯沿轴向分成若干段：中段每段厚度为30～50mm，端部铁芯易发热，每段厚度应比中段的小。国产QFSN－600－2YH型汽轮发电机属此种结构，沿定子铁芯全长分为106段，构成105个径向风道。

全轴向通风式铁芯，沿轴向是不分段的，铁芯轭部冲有几排孔径较大的通风孔，铁芯齿部也冲有几排孔径较小的通风孔，通风孔全轴向贯通。平圩电厂发电机（西屋技术）定子铁芯属此种结构。

半轴向通风式铁芯，与全轴向通风式不同之处是：铁芯两端不分段，只在中间部分有若干轴向分段。冷却气体从铁芯两端进入轭部和齿部的轴向风道，经过其中的若干径向风道流向氢气冷却器。石洞口二电厂发电机（瑞士ABB厂制造）的定子铁芯属此种结构。

为了减少铁芯端部漏磁和发热，靠两端的铁芯段均采用阶梯形结构，即铁芯端部的内径由里向外是逐级扩大的。

岱海电厂一期国产QFSN－600－2型发电机（上海发电机厂引进西屋技术）铁芯采用0．5毫米厚扇形高导磁率、低损耗的无取向冷轧硅钢片分段迭装而成。在扇形硅钢片的两侧表面涂有F级环氧绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130℃，一般铁芯许可温度为105～120℃。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。定子铁芯轴向用反磁支持筋螺杆和对地绝缘的高强度反磁钢穿心螺杆，通过两端的压指、压圈及分块压板用螺母拧紧成为整体，经过数次冷态和热态加压、并紧固螺母而成为一个结实的铁芯整体见图3－7（a）、（b）。由于穿心螺杆位于旋转磁场中，各螺杆内会感生电动势，因此必须防止穿心螺杆间短路形成短路电流，这就要求穿心螺杆和铁芯相互绝缘，所有穿心螺杆端头之间也不得有电的联系，结构见图3－7（c）。在铁芯的两边端齿上开有分隔槽如图3－9所示在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开1个宽为2～3mm的小槽，，并用粘结胶将边端粘结形成整体。在两端压圈与反磁性分块压板之间设有用硅钢片迭压并加以粘结起来形成内圆为阶梯形看台式的磁屏蔽，这些措施有效地减少了端部漏磁引起的附加损耗，故端部温升较低，使发电机具有良好的进相运行的能力。

岱海电厂600MW发电机属于轴向分段径向通风式，铁芯内设有许多径向通风道组成氢气表面冷却、多路并联通风。对应转子进风和出风相互间隔的十一个风区。还在铁芯内圆上进风和出风风区之间、环绕气隙上部六分之五的圆周上镶装风区隔环以减少串风，提高通风散热的效能。在安装和检修过程中，要特别注意保护铁芯内圆表面不让碰伤而形成片间短路。由于本型转子磁势很大，铁芯轭部又较高，气隙又较大（达93毫米），一旦短路，该处短路损耗较大，温度会有较大的升高，并促使邻近的硅钢片绝缘受到破坏，因而会使短路逐步扩展，导致严重的铁芯烧伤事故。

汽轮发电机的铁芯端部的发热问题比较突出。由于定子绕组端部伸出铁芯较长，出槽口后倾斜角大，形成喇叭形，同时其线负荷大、磁通密度高、端部漏磁大，形成一个

较强的旋转漏磁场。另一方面隐极式转子绕组，其端部必须一排一排地沿轴向排在转子本体两侧的大护环内，虽然护环采用非磁性钢，但在转子端部仍有一个随转子旋转的漏磁场。以上两个旋转磁场在铁芯端部形成一个合成的旋转磁场，其中以定子端部漏磁场为主要成分。合成漏磁分布复杂，见图3－8，在定子铁芯端部漏磁既有径向分量，又有轴向分量。漏磁主要集中在定子的压圈内圆、压指和端部最边段铁芯齿处，导致这些部

位附加损耗增大，温度升高。

为了解决大容量汽轮发电机端部发热问题，制造厂主要采取了下列措施。

（1）把定子端部的铁芯做成阶梯状，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法来减少轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。

（2）在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开1～2个宽为2～3mm的小槽，如图3

－9所示，以减少齿部的涡流损耗和发热。

（3）铁芯端部的齿压板及其外侧的压圈或压板采用电阻系数低的非磁性钢，利用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。

（4）压圈外侧加装环形电屏蔽层，见图3－7（b）中的2，用导电率高的铜板或铝板制成。因铁芯端部采用阶梯形后，压圈处的漏磁会有所增多，利用电屏蔽层中的涡流能有效阻止漏磁进入压圈内圆部分，以防压圈局部出现高温和过热。

（5）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板（铁芯不但要有定位筋，还要用穿心螺杆锁紧），这种压板本身也起电屏蔽作用，分块后亦可减少自身的发热。有的还在分块压板靠铁芯侧再加电屏蔽层，见图3－7（c）。

（6）在压圈与压指（铁芯齿压板）之间加装磁屏蔽，用硅钢片冲成无齿的扇形片叠成，形成一个磁分路［见图3－7（c）］，能减少齿根和压圈上的漏磁集中现象。

（7）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用其反磁作用，减小转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响.

3 定子线圈及定子绕组装配

大容量发电机定子绕组和一般交流发电机定子绕组的共同点，都采用三相双层短距分布，目的是为了改善电流波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势。

定子绕组采用叠式绕组，每个线圈都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓单回式结构，即在端部线鼻处用对接或并头套焊接成一个整单匝式线圈。线圈按双层单叠的方式构成绕组的一个带。600MW发电机的定子绕组都采用单匝短距双层叠绕，相间接成双星形（YY）。

绕组每匝线圈的端部（伸出铁芯槽外部分）都向铁芯的外围侧倾斜，按渐开式展开端部绕组向外的倾斜角为15°～30°左右，形似花篮，故称蓝型绕组。

水内冷定子绕组线棒采用聚脂玻璃丝包绝缘实心扁铜线和空心裸铜线组合而成。一般由一根空心导线和2－4根实心绝缘扁线为一组，一根线棒由许多组分成2－4排构成。国产600MW发电机定子线棒空心、实心导线的组合比为1∶2。图3－10为一种典型的水内冷线棒在定子槽中的断面。

线棒中的空心导线通水又通电。为了减少空心导线内的附加损耗，内孔高度常选为2mm，壁厚为1.25mm～1.5mm，导线高度4.5mm～5.5mm，导线宽度常比高大1.25～1.5倍，约为7～12mm。国产600MW发电机线棒的空心、实心导线有两种规格：空心线为4.7×7.5／5.1×7.9mm，实心线为2.24×7.5／2.6×7.9mm。

岱海电厂600MW发电机定子线圈空实心铜线之比为1：2，均包有玻璃丝绝缘层。上层线棒的导电截面积要比下层的大；上层由4排、每排5组空心10组实心线组成，下层为4排4组空心8组实心线组成组，空心线为4.7×7.5 mm，壁厚为1.35mm，实心线为2.24×7.5mm。这种设计可明显地降低线棒附加损耗。为了抑制趋表效应，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生环流及附加损耗，槽内股线间进行了540度罗贝尔空换位。定子线棒端部为渐开线式，采用鼻端不等距的结构，缩小同相距离，扩大异相鼻端的放电距离；故上、下层线棒端部节距不同，共有7种规格。

线棒的空实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而钎焊在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线棒内水支路的接口。套在线棒上或汇流管上水接头的四氟乙烯绝缘引水管，都用引进型卡箍将水管一箍紧。上下层线棒的电联接由上下水盒盖夹紧多股实心铜线，用中频加热软钎焊而成，并逐只进行超声波焊透程度的检查，这样就形成上下层线棒水电的联接结构。采用中频加热钎焊接头水盒的工艺和卡箍箍紧水管的结构，进一步提高了定子绕组水路的气密性。水电接头的绝缘采用绝缘盒作外套，盒内塞满绝缘填料，并采用电位外移法逐一检验绝缘盒外的表面电压，使保证水电接头的绝缘强度。

定子绕组为60度“相带、三相、双层绕组，双支路并联、Y连接即双星形（YY）接线。定子线圈的空心导线内通过冷却水以冷却铜线，因此线圈温升很低，但定子线圈对地绝缘采用F级环氧云母带连续绝缘，确保使用寿命。在线圈的槽内直线段和出槽口、端部均进行了表面防电晕处理。

岱海电厂600MW发电机定子线圈在槽内固定于高强度玻璃布卷包模压槽楔下，在铁芯两端用割有倒齿的、行之确有实效的关门槽楔就地锁紧，防止运行中因振动而产生的轴向位移。楔下设有高强度弹性绝缘波纹板，在径向压紧线棒。在部分精楔上开有小孔，以便检修时可测量波纹报的压缩度（有随机测量工具）以控制槽楔松紧度。在槽底和上、下层线棒之间都垫以热固生适形材料，使相互间保持良好接触。又采用了涨管热压工艺，使线棒能在槽内紧固可靠地就位；为了线棒表面能良好接地，防止槽内电腐蚀，在侧面用半导体板紧塞线棒见图3-11。

定子绕组的端部全部采用美国西屋公司成熟可靠的刚一柔绑扎固定结构。它由充胶的层间支撑软管、可调节绑环、径向支撑环、绝缘楔块和绝缘螺杆等结构件以及绑带、适形材料等将伸出铁芯槽口的绕组端部固定在绝缘大锥环内。成为一个牢固的整体，绝缘大锥环的小直径端搁在铁芯端部出槽口下的覆盖着滑移层的绝缘环上，而绝缘大锥环的环体则固定在绝缘支架上，支架的下部又通过弹簧板固定在铁芯端部的分块压板上、形成沿轴向的弹性结构，使绕组在径向、切向具有良好的整体性和刚性，而沿轴向却具有自由伸缩的能力，从而有效地缓解了由于运行中温度变化而因铜铁膨胀量不同在绝缘中所产生的机械应力，故能充分地适应机组的调峰方式和非正常运行工况。水冷的定于绕组连接线也固定在大锥环和绝缘支架上。为了运行安全，绕组端部上的紧固零件全部

为高强度绝缘材料所制成。见图3-12

在绕组端部靠近铁芯出槽口的可调节绑环上，汽、励两端各设有一道气隙挡风环（板），用以限制进入气隙的风量。

日立公司600MW汽轮发电机定子绕组线棒截面及其在槽内的固定见图3-13。在每个槽上、下层线棒层间埋置一支电阻测温元件，每一根上层或下层线棒绝缘引水管的出口水接头上，也各埋有一支热偶测温元件，用来检测相应的部分的温度。

4 定子绕组绝缘

定子绕组绝缘包括：股间绝缘、排间绝缘、换位部位的加强绝缘、线棒的主绝缘。

主绝缘是指定子导体和铁芯间的绝缘，即对地绝缘。它最易受到磨损、碰伤、老化和电腐蚀及化学腐蚀。其结构上可分为两种：一种是烘卷式，一种是连续式。大容量发电机都采用连续式绝缘。

现在国内外大容量汽轮发电机定子绕组的绝缘材料，普遍采用以玻璃布为补强材料的53841WC牌号环氧树脂为粘合剂或浸渍剂的粉云母带，最高允许温度为130℃。其优点是耐潮性高、老化慢，电气、机械及热性能好，但耐磨和抗电腐蚀能力较差。

线棒的制作一般是将编织换位后的线棒垫好排间绝缘和换位绝缘，刷或浸B级粘合胶，再用云母粉、石英粉和B级胶配成的填料填平换位导线处和各股线间间隙，热压胶化成一整体，端部再成型股化。然后，用玻璃布为底的环氧树脂粉云母带胶带，沿同一方向包绕，每包一层表面需刷漆一次，直包绕到绝缘要求的层数，再热压成型，最后喷涂防油、防潮漆及分段涂刷各种不同电阻率的半导体防晕漆。涂了半导体漆后，可以防止处于槽口和铁芯通风槽线棒表面处的电场突变。

现今流行的大型电机绝缘是用多胶环氧粉云母带（含胶量为35.5％～36.5％），连续式液压或烘压成型。

新发展的绝缘的介电强度达25～31KV／mm，热态介质损耗为0.06～0.08，所以其厚度普遍较小，如20KV级为4.5～5.5mm、24KV级为5.5～6.5mrn等，耐热等级一般为B级或F级。我国研制的改型环氧绝缘的平均击穿电场强度也达30KV／mm，130℃时的tgδ为6.36％，并已用在600MW发电机上。

5 定子出线和出线盒

发电机定子出线导电杆是装配在出线瓷套管内的，组成了出线瓷套端子。结构设计使定子出线穿过装在出线盒上的绝缘瓷套管，将定于绕组出线端子引出机座外，”并保证不漏氢又不漏水。出线瓷套端子共有6个。其中3个主出线端子通过金具引出；另外三个斜装的为中性出线端子，由中性点母板及编织铜排连接起来形成中性点；出线瓷套端子和中性点母板均为水内冷。出线瓷套端子对机座和对水路都是气密的。以每个出线瓷套端子为中心，从出线盒向下吊装着4个同心的电流互感器提供给仪表测量或继电保护用。

出线盒外形像长筒形压力容器由不锈钢板拼焊而成，既“耐爆”又有足够的刚度，可安全地支撑着定子出线瓷套端子及套装在瓷套管外的电流互感器。每个出线盒亦要通过与机座相同等级的水压及气密试验的严格考核，具有良好的强度、刚度和气密性能。不锈钢板．为反磁性，故大大减少了主出线导电杆上大电流在其周围的钢板上所产生的涡流损耗。见图3-14. 在出线盒上与机座结合的大平面上开有T型密封槽，用以加压注入液态密封胶，杜绝氢从合面上的缝隙中渗漏出来的可能性。

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6 定子水路

6.1 总进出水汇流管

总进、出水汇流管分别装在励端和汽端的机座内，对地设有绝缘，运行时需接地。盯住

它们的进、出水口及排气管分别放在汇流管上方，这是为了防止绕组在断水情况下失水的措施。但它们的法兰设在机座的上侧面，便于和机座外部总进出水管相联接。排放水管口分别放在机座两端的下方，具有特殊设计的结构；它对机座是密封的但能适应温度变化而产生的变形，对机座和相连接的外部管道都是可靠地绝缘的。在外部

总进、出水管上装有测温及报警元件。在用水冷专用摇表测量定于绕组绝缘电阻时，要求总进、出水汇流管对地有一定的绝缘电阻，而在做绕组耐电压试验时又要求把它们接地；为了试验时方便，“在接线端子板上各设有接地接线柱，专为变更总进、出水汇流管及出线盒内出水小汇流管对地绝缘或接地之用。

6.2 定子绕组水路与水电接头

发电机内设有进水母管和出水母管。按每匝线圈进出水方式及其两半匝线棒的水流方向，定子绕组的水路连接可分两种形式：串联双流水路和并联单流水路。两种水路连接形式如图3－15所示。

600MW汽轮发电机都采后一种方案。并联单流水路即一个线圈二条水路，每半匝线棒为一条水路，故又称为半匝水路。由于这种水路的进水和出水母管分别布置在电机内的励磁侧和汽轮机侧，故又称这种水路为双边进出方式。这种方案水路短、水压降小、进水压力低（与方案1比较）。上层和下层线棒内的水流方向相同，进水侧线棒温升较出水侧低。这种方案适用于容量大和铁芯长的发电机。

岱电600MW发电机冷却水从励端或集电环端的总进水汇流管通过连接的聚四氟乙烯绝缘引水管流入定子线棒，再从线棒出水接头通过绝缘引水管流入总出水汇流管。每根上层或下层线棒各自形成一个独立的水支路，共有84个并联的线棒水支路。每一个独立的水支路单独进入总进、出水汇流管。与图3－15b所示水路不同之处是每一个独立的水支路进入汇流管前不并列。另有六路冷却水从励磁机端或集电环端的总进水汇流管进入，也通过绝缘引水管流经绕组引线，即线圈端部连接线，主引线及出线瓷套端子或中性点母线后，进入出线盒中的小汇流管，再从外部管道流入汽端总出水汇流管，然后一起引出到外部总出水管，流回定子水箱。

在水内冷的定子绕组中既通电又通水，它必须有一个可靠的水电接头，使定子绕组按电路接通，又让水方便地引入和排出。因此水电接头是水冷发电机中关键的部件。绕组鼻端上下层两线棒间的水电联结必须十分可靠，若发生渗水或漏水，则会严重影响电机安全可靠运行，甚至造成重大事故。

目前，国内外一些水冷定子绕组的水电接头不尽相同，主要可分为三种类型。

第一种类型如图3－16所示。一个绕组的上层、下层线棒端的鼻部，将两线棒的多股实心导线分别弯曲，用银焊焊在一起，构成两线棒实心导线电的通路。鼻端两线棒的空心导线抽出向同一方向弯曲，各自焊在一起后，放入各自的水接头盒内封焊，然后将两个水接头通过一段铜管连至三通接头，构成空心导线电的通路，三通接头再经绝缘引水管接至水母管。这类水电联结(水电合一水接头)的特点是，结构简单可靠、易于装配

和检修。我国目前水电接头以及美国西屋公司等有与此类似结构。

第二种类型如图3－17所示。绕组上层、下层线棒鼻端通过导电并头套把两线棒的空心与实心导线一起套住，套内线棒间用导电的斜楔楔紧，保持电的良好通路。每根线棒的端头伸出并头套外，伸进各自的水接头盒（导水并头套）进行封焊。两个线棒的水接头各自经绝缘引水管接至进或出水母管。这种水电联结的特点是：水、电完全分家，水接头完全不导电，

接头部位的股线不会发生不填实问题，运行中断股的可能性基本不存在。岱电一期600MW发电机与之类似,不同的是电接头部分, 它的上、下线棒之间是靠L形紫铜块用螺丝在线棒端头压紧(5排12层截面为2.5×8mm已挂锡)实心扁铜线,中频加热锡料灌焊。

德国Siemens公司KWU厂生产类似的水、电接头（水接头与电接头分家），如图3－18所示。这种结构的水、电接头在KWU厂已有长期的生产和运行经验，其与图3－17的不同之处，是电接头部分，它的上、下线棒之间是靠间隔垫块的接触导电，由上、下压板、螺杆和弹簧可保证接触压力，对两个接触面不作特殊的加工要求，间隔垫块可以随线棒间隔的大小进行调整。这种结构在运行中需要解开上、下线棒时，十分简便，易于维修。

这类水接头亦可通过三通接头将上、下线棒的水接头连接后，再经绝缘引水管接至进或出水母管，此时水接头和三通接头都成了通电的部分，较易受电化腐蚀。

第三种类型如图3－19所示。水电并头套（水套）上除焊有与引水管连接的接头外，还焊有一组长短依次排列的导电片。每根线棒空心和实心导线分成两排，中间填放一块斜楔，并排放进水电并头套内，楔紧后焊封。焊在水电并头套上的导电片，经弯曲与另一根线棒端的并头套上的导电片逐一焊接成电的通路这种水电接头具有轴向长度短、焊接简单、嵌线后装配方便等优点。但水接头焊接工艺要求高，加热后用银或锡焊接，严防内孔堵塞。法国阿尔斯通600MW发电机与此相同。

7 岱电600MW发电机氢气漏入定子水路问题

由于氢压大于水压，在管道、绝缘引水管、水接头或空心铜线内如存在微细裂纹或毛细小孔，一般情况下定子水路不会漏水，但氢气会从小孔细纹处漏入定子水系统。漏入水系统的氢气积蓄在储水箱的顶部，通过安全阀设定在0．03 5兆帕压力下释放，排人大气。岱电600MW发电机在储水箱的排气管上装有一只氢气流量表。可以测定氢气漏量。安装表时，不能让凝结在排气管内的冷凝水流进氢气流量表。决不能忽视氢气漏入定于水路问题，每星期至少检查并记录一次氢气漏量。由于氢气对塑料管壁的渗透作用，预期经常性的漏氢量每天会有0.14立方米。如果经常性的漏氢量每天超过0．57立方米，则是一个明确的漏氢的信息，要安排在下次有合适的停机期间找漏并予以修复。

8 岱电600MW发电机的氢冷却器及其外罩

发电机的氢冷却器卧放在机座顶部的氢冷却器外罩内。在汽、励两端的氢冷却器外罩内各有一组氢冷却器，每组分成二个独立的水支路。当停运一个水支路时，冷却器能带80％的负荷运行。

氢冷却器外罩为钢板焊接的圆拱形结构，横向对称布置安装在发电机机座的两端顶部。这样既可减少发电机轴向长度，运输时另行包装，又可减少定子运输尺寸和重量。

外罩是用螺钉把合在机座上，并在结合面的密封槽内充胶密封，连接成为整体。外罩热风侧的进风口跨接在铁芯边端的热风出风区的机座顶部，其冷风侧的出风口座落于机座边端冷风进风区的上部，由机座边端第一隔板和与其结合在一起的内端盖和导风环构成设在转子上的风扇前后的低、高压冷风区。外罩的顶部处于发电机的最高位置，故在该处内部设置了充、排氢管道，在励端外罩顶部内还设有氢气纯度风扇的两根取样管，在汽

来源：多想