藏木水電站水輪發(fā)電機設計

1 概述

藏木水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內，是雅魯藏布江干流上開發(fā)的第一個水電站，壩址距拉薩直線距離約140km，水電站發(fā)電機高程3249.8m。藏木水電站的開發(fā)任務為發(fā)電，為西藏中部電網的主力電源；另外，豐水期將作為羊湖電站的抽水電源，為羊湖電站提供抽水電量，枯水期將供電西藏中部電網，滿足西藏中部電網負荷的發(fā)展。

2 發(fā)電機的主要數(shù)據

型號：SF85－44／9200 額定容量：94.44MVA

額定功率：85MW 額定電壓：13800V

額定電流：3951A

額定功率因數(shù)：0.9(滯后)

額定頻率：50Hz

相數(shù)：3

額定轉數(shù)：136.4r／min

飛逸轉速：260r／min

推理負荷：860t

GD²：13000t·m2

定子繞組：Y形連接，中性點經接地變壓器方式接地。

絕緣等級：F級

額定工況發(fā)電機效率：98.08％

3 發(fā)電機總體結構

藏木水輪發(fā)電機為立軸半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機。發(fā)電機主要部件有：基礎、定子、轉子、上導軸承及上機架、下導軸承及下機架、推力軸承、空氣冷卻器、制動系統(tǒng)、碳粉吸塵系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、蓋板裝配、加熱和除濕系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、管路和電纜等。

發(fā)電機通風系統(tǒng)采用密閉自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)，由于電站高程3249.8m，所以在通風計算時重點考慮高海拔時，空氣稀薄，對機組通風效果的影響，通過詳細的通風計算，算出發(fā)電機的總風量，并對發(fā)電機的風路進行了優(yōu)化設計，合理分配風量，優(yōu)化發(fā)電機冷卻風路。

發(fā)電機采用三段軸結構，機組軸系由發(fā)電機頂軸、轉子支架、發(fā)電機主軸和水輪機主軸組成，徑向支撐為發(fā)電機上導軸承、下導軸承和水輪機導軸承。通過軸系計算，機組的第一階臨界轉速大于飛逸轉速(260r／min)的125％。

4 定子

定子由定子機座、定子鐵心、定子繞組、端箍、測溫裝置、銅環(huán)引線等部分組成。

定子機座由5層環(huán)板、鋼管、盒形筋和支墩等組成。機座外徑φ10400mm，整體高度2325mm。為方便運輸，機座分4瓣，在工地現(xiàn)場組圓拼焊。

定子鐵心內徑為φ8500mm，外徑為φ9200mm，高度為1450mm。鐵心沿軸向均布39個通風溝，以冷卻鐵心和定子繞組。鐵心疊片后用拉緊螺桿把緊，為保證發(fā)電機長期運行仍保持一定壓力，拉桿的上端采用優(yōu)質碟形彈簧。定子沖片采用0.5mm厚的優(yōu)質沖片沖制而成，沖制后去毛刺，雙面涂刷F級絕緣漆以減小渦流損耗。鐵心上下兩端用環(huán)氧膠將端部一定沖片粘合成整體。齒壓片采用非磁性材料。鐵心采用雙鴿尾筋通過托塊與機座相連接，鴿尾筋與托塊間留有間隙，防止鐵心翹曲。

定子繞組采用條式波繞組，Y形連接。線棒為F級絕緣，采用303.16不完全換位，以減小股線的附加損耗和股線電勢差及溫差。

5 轉子

轉子由頂軸、轉子支架、主軸、磁軛、磁極和集電環(huán)等部件組成，轉子外徑φ8460mm。頂軸和主軸材料均采用20SiMn。頂軸和轉子支架采用螺栓連接，轉子支架和主軸也采用螺栓連接。頂軸上套有滑轉子，滑轉子與頂軸之間設有絕緣層，可阻斷軸電流的通路。

轉子支架為圓盤式斜立筋焊接結構，由中心體和外環(huán)組件組成。中心體為整體，外環(huán)組件分為3瓣，廠內與中心體預裝，在工地組圓焊接。轉子支架的斜立筋結構，具有保證轉子支架環(huán)向穩(wěn)定性和向心穩(wěn)定性的能力，在熱打鍵時能吸收一部分能量，減小立筋的剛度對熱打鍵的影響，改善中心體的受力，使熱打鍵時轉子支架與配合處變形小。當機組運行時，斜立筋對轉子產生的熱膨脹、離心力也有較好的抵消作用，有利于保證氣隙的均勻度。

磁軛由上壓板、下壓板、沖片、拉緊螺桿和螺母等組成。磁軛疊片形成7個40mm高的通風溝和許多通風隙，構成冷卻風的通道。用拉緊螺桿使沖片構成一個整體。磁軛與轉子支架采用徑向和切向復合鍵連接結構。

磁極主要由磁極鐵心、磁極線圈、阻尼繞組等組成。磁極鐵心由鋼板沖制后疊裝而成，通過穿心螺桿把合成整體。磁極通過鴿尾與磁軛上相應的鍵槽掛按。磁極線圈為散熱銅排四角焊接結構，F(xiàn)級絕緣。磁極上設有阻尼繞組。轉子上、下兩端的磁極間設有旋轉擋風板，減少端部的漏風。

6 上機架和上導軸承

上機架采用井字梁結構形式，由鋼板焊接而成。此種結構的上機架可以把機組通過上機架傳向基礎的徑向力轉化為對基礎的切向力，改善了基礎的受力情況。

上導軸承設在上機架中心體內，對發(fā)電機進行徑向約束。上導軸承由導瓦、擋油管、油冷卻器和密封蓋等部件組成。上導瓦采用球面支柱支撐，用楔子板調整間隙，安裝調整方便。冷卻器采用繞簧式冷卻器，安裝在油槽內。

7 推力軸承

推力軸承布置在下機架上部，由推力頭、鏡板、推力瓦及支撐系統(tǒng)、油冷卻系統(tǒng)等部件組成。

推力頭為鑄鋼，通過螺栓固定在轉子支架下圓盤上。鏡板為鍛件，通過螺栓與推力頭連接。推力瓦由薄瓦和托瓦組成，薄瓦為彈性塑料瓦。推力瓦的設計計算能保證最佳的油膜壓力分布，從而獲得最佳的油膜厚度分布。支撐結構采用單波紋彈性油箱結構，能自動調節(jié)各塊瓦之間的不均衡載荷，使各瓦受力均勻。推力軸承油循環(huán)系統(tǒng)采用內循環(huán)冷卻方式。冷卻器和推力軸承安裝在同一個油槽內，依靠油槽內旋轉部件的粘滯作用和油的對流換熱形成循環(huán)回路。冷卻器采用抽屜式結構，便于拆裝和檢修。

8 下機架和下導軸承

下機架包括1個中心體和6個徑向支臂，用鋼板焊接而成。中心體和支臂在廠內預裝，在工地組成整體焊接。下機架為負荷機架，能夠承受水輪發(fā)電機組所有轉動部分的重量和最大水推力下的軸向載荷，并能與上機架一起承受作用于水輪機轉輪上的不平衡水推力，以及半數(shù)磁極短路引起的不平衡力。

下導軸承設在下機架中心體內，對發(fā)電機進行徑向約束。下導軸承由導瓦、擋油管、油冷卻器和密封蓋等部件組成。下導瓦采用球面支柱支撐，用楔子板調整間隙，安裝調整方便。冷卻器采用繞簧式冷卻器，安裝在油槽內。

9 結語

藏木水輪發(fā)電機的電磁設計和總體結構設計合理。通過對藏木水輪發(fā)電機的電磁方案和結構設計的深入分析，以及目前哈電在行業(yè)中先進的技術水平，相信該機組必將是技術先進、性能優(yōu)良、運行穩(wěn)定的發(fā)電機組。