長甸水電站水輪發電機結構分析

王海龍，肖先照，彭輝

(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040；2江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211108)

長甸水電站水輪發電機結構分析

王海龍1，肖先照1，彭輝2

(1哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040；2江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211108)

介紹了長甸水電站水輪發電機的結構特性，其中包括定子、轉子、軸承、冷卻器、機械制動和頂起裝置等結構的特點和應用。論證了長甸水電站水輪發電機結構的合理性。

水輪發電機；結構；定子；轉子；軸承

0 引言

長甸水輪發電機采用立軸、半傘式密閉自循環空氣冷卻三相凸極同步發電機結構。發電機主要部件包括：定子、轉子、推力軸承、上導軸承及上機架、下導軸承及下機架以及其他部件。

1 發電機的主要數據

型號：SF 100-40/9200

額定功率：100MW

額定頻率：50Hz

相數：3

額定轉數：150r/min

轉子級數：40

絕緣等級：F級

2 發電機結構分析

長甸水輪發電機采用立軸、半傘式密閉自循環空氣冷卻三相凸極同步發電機結構。發電機主要部件包括：定子、轉子、推力軸承、上導軸承及上機架、下導軸承及下機架、空氣冷卻器裝置、制動系統、水滅火系統及蓋板、基礎埋入部件、管路、電纜等必要的輔助部件。

發電機采用三段軸(含轉子中心體)結構。發電機上導軸承布置在上機架中心體內，推力軸承布置在轉子下方的下機架上，下導軸承布置在下機架中心體內。經計算分析，發電機與水輪機組裝后軸系的臨界轉速可滿足高于飛逸轉速的125%的要求。發電機的下機架在安裝和檢修時能通過定子鐵心內徑吊出；并允許在不抽出轉子和不拆除上機架的情況下更換定子繞組線棒和轉子磁極，以及對定子繞組端部和定子鐵心進行預防性檢查。

2.1 定子

發電機的定子機座具有足夠的剛度和強度，能承受上機架重量，并能安全地承受在運行時由于突然短路故障引起的瞬態力矩及各種不平衡磁拉力，并具有防止鐵心翹曲和適應定子鐵心熱膨脹的能力。定子機座分成4瓣，運到工地后組裝成整圓。定子鐵心采用厚度0.5mm冷軋無取向、高導磁、低損耗的優質硅鋼片，在工地疊裝。沖片在去除毛刺后,表面涂F級絕緣漆以減小渦流損耗。定子鐵心上下兩端鐵心臺階處用硅鋼片膠粘劑粘成整體，以提高鐵心的整體剛度。鐵心上、下端采用無磁性高強度合金鋼材料的壓指，通風槽鋼為工字型截面的無磁性不銹鋼。

定子線棒采用雙滌綸玻璃絲包燒結銅扁線經換位編織而成,線棒熱壓成整體后用F級環氧玻璃粉云母帶連續包扎作為對地主絕緣，表面用涂有半導體漆的玻璃絲帶作防電暈層。槽內線棒周圍采用半導體槽襯,使之與鐵心接觸良好，線棒端部采用無磁性不銹鋼端箍。所有繞組的連接均采用銀焊。

2.2 轉子

轉子支架采用圓盤式焊接結構，由10個主立筋，轉子支架由中心體和若干扇形板以及立筋等部件在工地焊接而成，具有足夠的剛度和強度。發電機主軸由鍛鋼20SiMn加工而成，上法蘭和轉子支架中心體相連，為把合結構，下法蘭和水輪機主軸相連，主軸具有足夠的剛強度。發電機頂軸由鍛鋼20SiMn加工而成，下端與轉子支架相連，具有足夠的剛強度，上導滑轉子套在頂軸外側，二者之間設有軸絕緣來阻斷軸電流通路。磁軛沖片由3mm厚低合金高強度鋼板WDER550沖制而成，在工地疊壓成整體。磁軛與轉子支架連接采用徑向和切向復合鍵結構,分離轉速為額定轉速的1.15倍。磁極沖壓采用厚度為1.5mm鋼板Q345B沖制，疊壓后用壓板及拉緊螺桿壓緊成整體。磁極通過T尾與磁軛上相應的鍵槽掛接。磁極繞組絕緣為F級。磁極裝有阻尼繞組，并在極間用連接片把阻尼環連在一起。磁極線圈采用四邊形裸銅排焊接，匝間墊間苯二酚環氧浸漬玻璃坯布熱壓成整體，并用模壓的上、下絕緣托板與鐵心絕緣。轉子設有縱橫阻尼繞組，極間連接線采用柔性連接結構，可防止因振動和熱位移而引起故障并便于拆卸和更換。

2.3 軸承

上機架采用非負荷機架采用“井”字梁結構，由中心體和4個支臂組成，在工地用螺栓把合后焊接成整體，中心體兼作上導軸承油槽，為鋼板焊接結構。下機架為負荷機架，由中心體和6個輻射型支臂組成，具有足夠的剛強度；下機架中心體與推力油槽為一體結構，中心體與支臂在工地焊接成一體，中心體兼作下導軸承油槽，為鋼板焊接結構。上導軸承置于轉子上方上機架中心體油槽內，推力軸承安裝于轉子支架下方的推力油槽內，下導軸承置于推力軸承下方的下機架中心體油槽內。導軸承采用油浸式內循環冷卻結構，導軸承瓦為巴氏合金瓦；推力軸承采用內循環冷卻結構，推力軸承瓦為彈性金屬塑料瓦，推力瓦下方采用三波紋液壓支柱式彈性油箱支撐結構。

2.4 冷卻器

在定子機座外壁上對稱布置8個空氣冷卻器，在進水溫度≤25C時，1臺空冷器退出可滿足機組在額定工況下長期運行。上導軸承油槽內設置了12個繞簧式冷卻器，每3個串聯成一組；推力軸承油槽內設有12個抽屜式冷卻器，每2個串聯成一組；下導軸承油槽內設置了12個繞簧式冷卻器，每3個串聯成一組。

2.5 機械制動和頂起裝置

發電機機械制動和頂起裝置由制動器及其管路以及油泵，閥門和機電元件等組成。制動器設在制動器支架上，制動塊采用不含石棉的材料壓制而成，耐磨、粉塵少，并牢固地裝在制動板上。每個制動器上裝有兩個限位開關，分別用于制動和復位。轉速下降時，制動器可以從25%額定轉速投入機械制動，全部制動停機時間不大于2min。制動器還可兼作千斤頂用,可用于檢修時頂起轉子；制動器具有機械鎖定裝置，鎖定時可撤除油壓，轉子即被鎖定在此位置。

2.6 其他設施

發電機采用水滅火系統，機坑內設置兩圈滅火環管，分別位于定子線棒上、下方，滅火水管采用不銹無縫鋼管。在上機架支臂上，設置有感溫、感煙探測器以滿足滅火報警要求。在機坑內設置8個電加熱器，以防發電機停機時絕緣受潮；同時設置30個照明燈，用于機坑照明，另外設置10個應急燈用于緊急情況下的照明。照明燈與應急燈均勻的布置在機坑內的各層，控制開關安裝在發電機機坑進人門附近。機組設置一個運行指示燈，安裝時放置于機組外罩上方，機組正常運行時，運行指示燈常亮；機組停機時，運行指示燈常滅；發生故障時，運行指示燈閃爍。發電機設有隔音式上蓋板，在下機架支臂間位置設有中蓋板和下蓋板用于控制風路。

3 結語

通過對長甸水輪發電機的結構特點的論述，本文驗證了其總體結構的合理性。目前該機組性能優良，運行穩定，得到了用戶服務的認可。證明了技術已達到行業領先水平。

[1] 哈爾濱電工學院電機教研室.水輪發電機的振動.大電機技術，1974.1.

[2] 哈爾濱大電機研究所.空載及負載時同步電機實心極靴上的渦流損耗.國外大電機，1978.3.

[3] 哈爾濱大電機研究所.大電機，1973.4.

[4] A.H.金尼克.工程力學手冊，1959.

Structural Analysis on Hydro-Generator of Changdian Hydropower Station

WangHailong,XiaoXianzhao,andPengHui

(1.Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China；2.Jiangsu Fang Tian Electric Power Technology Co., Ltd., Nanjing 211108, China)

This paper introduces structural characteristics of hydro-generator in Changdian hydropower station, including structural characteristics and applications of stator, rotor, bearing, cooler, mechanical braking device and jacking device, etc. The structural reasonability of hydro-generator in Changdian hydropower station has been proved.

Hydro-generator；structure；stator；rotor；bearing

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.09

TM312

B

1008-7281(2017)03-0029-003

王海龍 男 1984年生；畢業于哈爾濱理工大學電機專業，現從事于水輪發電機設計工作.

2016-07-25