第1章发电机及其辅助系统

1-1第1章发电机及其辅助系统1.1发电机1.1.1发电机参数发电机，如图1-1及图1-2所示，它基本上由三大部份组成：定子机座及端盖、转子及发电机励磁系统。发电机励磁机，它直接悬挂安装在发电机机座的尾端，为发电机转子磁场励磁绕组提供直流电源。发电机定子，转子及励磁机被具有一定压力的循环冷却氢气所冷却。冷却氢气是由安装在发电机转子两端的螺浆式风扇（轴流式风扇）产生循环。并且被水平安装在发电机定子机座顶部的四个冷却器和切向安装在励磁机顶部的两个冷却器所冷却。一方面，发电机为具有一定氢气压力的气体冷却，同时定子绕组为水内冷却。另一方面，在发电机轴伸两端，氢气必须严格地密封，以免泄漏，引起发电机定子机座爆炸。因此，要求增设一系列的辅助装置。它包括在发电机两端为防止静止部分和旋转部分之间氢气泄漏的装置，即发电机密封油系统；发电机定子绕组供水系统，即定子线棒内直接冷却的去离子水供水系统；供气系统，它包括正常运行的供给氢气以及为了发电机充氢所采用的中间置换介质二氧化碳（CO2）气体。发电机机座，它直接安装在基础台板上，发电机出线端子盒安装在定子励端下部，并且与发电机定子组成一个密闭体。发电机机座端盖，它位于定子机座的两端，包括轴承和密封油系统。密封油系统其目的在于防止氢气从机座泄漏。轴承，它通过来自主供油系统的润滑油，润滑和支撑转子。同样地，励磁机也有一个安装在励磁机前端的密封油系统。值得提出的是汽轮机轴承润滑油系统，它必须考虑发电机轴颈轴承润滑油的供油及氢气密封。最后，发电机必须具备全套的测量仪表，以监测发电机的运行状况，并向主控室发送测量和报警信号，为发电机系统提供各种保护，诸如发电机差动保护、发电机不对称负载和过负载保护等等。1.1.1.1发电机额定参数额定功率Pn=677MW额定功率因数COS=0.9额定电压Un=19kV额定电流In=22.858kA额定氢气压力P=4bar.g（它能够达到P=4.5bar，以满足较高的冷却水温和超出力运行，详见运行容量图No38T-3984-A）型式271-606额定转速3000rpm超速3600rpm1-2图1-1图1-21-3有功功率667MW功率因数0.9视在功率755.22MW额定电压19kV电压波动5%额定电流22.858kA极数2频率50Hz绝缘等级F冷却水温度29C励磁系统TKJ91/42冷却型式冷却介质氢气铁芯冷却氢气定子绕组冷却去离子水转子绕组冷却氢气出线端子冷却去离子水正常负荷状态定子温升25K转子温升65K氢气压力4bar去离子水温升38C功率667MW非正常负荷状态单冷却器运行640MW稳态负序电流I2/In10%瞬态负序电流(I2/In)2·t9S1.1.1.2尺寸外形尺寸机座长度11583mm包括励磁机总长度13940mm总宽度3950mm沿组合平面宽度3118mm机座外形高度4185mm铁芯铁芯外径2710mm铁芯内径1406mm铁芯迭片长度6060mm铁芯有效长度5537mm1-4转子联轴器之间的总长度12415mm轴承跨度10700mm护环外径1270mm转子本体直径1180mm风扇外径1316mm转子本体长度6210mm1.1.1.3质量包括励磁机的发电机总安装质量380吨定子258吨机座73吨铁芯164吨压板8.068吨绕组铜重10.920吨绝缘和槽楔1.391吨转子70吨护环1.743吨端子盒6.0吨轴承装配17.50吨冷却器总重冷却器底板2.43吨1.1.1.4运行特性视在功率752.22MW短路比KCC0.515电抗直轴同步电抗(未饱和值)Xd=215%直轴同步电抗(饱和值)Xds=196.6%直轴瞬变电抗(未饱和值)Xd=34%直轴瞬变电抗(饱和值)Xds=29.6%直轴超瞬变电抗(未饱和值)Xd=23%直轴超瞬变电抗(饱和值)Xds=19.6%横轴同步电抗(未饱和值)Xq=208%横轴超瞬变电抗(未饱和值)Xq=26%横轴超瞬变电抗(饱和值)Xqs=21.6%负序电抗(未饱和值)Xi=24%负序电抗(饱和值)Xis=20.6%零序电抗(未饱和值)Xo=7%电枢漏电抗Xs=17%电阻(75C)1-5定子相电阻0.00113欧转子电阻0.102欧直轴时间常数直轴开路瞬变时间常数Td0=5.6S定子电枢短路时间常数Ta=0.24S瞬变短路时间常数Td=0.88S超瞬变短路时间常数Td=0.028S接地电容定子每相电容0.33微法1.1.1.5特性曲线空载特性曲线图1-4（或图38T-3984-B）短路特性曲线图1-4（或图38T-3984-B）V形曲线图1-5（或图38T-3984-C）功率曲线图1-6（或图38T-3984-D1）效率曲线图1-7（或图38T-3984-H1）特性曲线图1-3（或图38T-3984-A）图1-31-6图1-4图1-51-7图1-6图1-71-81.1.1.6定子特性机座型式密闭型式铁芯矽钢片叠片铁芯型式M6X厚度0.35mm槽型型式开口槽数目42定位筋支撑型式固定点数目22柔性系统焊接纵向弹性定位筋弹性定位筋数目22绕组绕组结构型式罗贝尔线圈并联支路数2导体特性每槽导体数2每线棒空心导体数6每线棒实心导体数12股线宽度8.5mm冷却水循环通道宽度6.3mm空心股线高度3.9mm实心股线高度1.8mm冷却水循环通道高度1.7mm每槽铜线截面积1701mm2绝缘和槽楔股线绝缘厚度0.25mm线棒绝缘材料Isotenax平均厚度5.3mm槽楔和垫条层间垫条材料STFVMEM2槽底垫条材料RBTHD槽楔环氧玻璃纤维槽口垫条材料STFVME2防电晕保护1-9槽内导电漆槽口端部半导体导电漆水箱及集水管，汇流管对线棒联结的水箱盒数目168材料铜汇流管数目2位置1-TE-10TE材料Z2CND-17-12水箱及汇流管的联结材料聚四氟乙烯爬电距离750及917mm电气联结线棒间铜相间及汇流排铜功能特性最大磁感强度空载气隙磁密0.99T齿磁密2.03T额定值气隙磁密1.08T齿磁密2.10T额定负荷时槽负荷22858A额定负荷时电流密度9.9A/mm2定子水路汇流管入口水压1.9bars通过空心股线水速1.4m/s额定负荷时定子水出口温度65C额定负荷时定子水出口温升26C端子盒氢冷1.1.1.7转子特性金属特性锰钢σ0.002722N/mm2σm900N/mm240%转子槽形1-10槽宽45.5mm包括通风付槽深度164mm付槽深度50mm非绕组槽形槽数10宽度45.5mm深度45mm轴内径直径133mm平衡装置绕组特性转子绕组槽数28每极匝数63每槽股线数目型式12型式216股线特性形状矩形转子股线尺寸型式139.5*6.59mm型式243.0*6.05mm每槽铜线截面积型式1422mm2型式23537.6mm2绝缘及槽楔股线绝缘玻璃纤维树脂厚度0.6mm上层包扎绝缘带材料表面涂敷DTEX的EPOXY玻璃纤维布树脂厚度8.6mm槽部对地绝缘材料厚度1.14mm护环下面材料在内表面为酚醛叠压石棉纤维板制成环氧玻璃布叠压板并在其表面涂敷PTFE转子槽楔绕组槽材料挤压铝合金0002.433N/mm2绝对温度1-11100C395N/mm2150C240N/mm2非绕组槽材料挤压铝合金护环材料锻钢18%Mn18%Cr装配方法弹性环风扇数目2（每端2个）型式轴流式端盖轴承特性轴颈轴承椭园轴承直径530mm轴颈宽度395mm油量780L/min损耗310kW轴颈轴承巴氏合金最大温升95C轴承油密封型式数目2氢测轴承直径间隙0.14mm空侧轴承直径间隙0.06mm油量（经一个轴最大油量）51.5L/min1.1.1.8励磁系统特性励磁机旋转二极管氢冷型式TKJ-9142额定转速3000rpm过速3666rpm功率因数0.9视在功率2389kVA额定电压498V额定电流4138A最大升限电压1096V频率250Hz极数2绝缘等级F1-121.1.2发电机定子发电机定子是静止部分，它固定在基础台板上。它的基本组成或称为有效部分，主要由定子绕组（1）和磁路铁芯（2）组成。它将由发电机转子（3）提供的机械能转化为电能，并且能保证将其传输到外部。发电机定子铁芯和绕组装配固定在机座上，并且安装在混凝土浇注的基础上。整个定子为发电机内部冷却气体形成风路，并且支撑端盖（5）（轴承和油密封等等）和氢冷却器（6）。见图1-8。1.2.2.1定子机座定子机座定子机座是一个金属构件，它包括定子铁芯和定子绕组，二者均在制造厂装配完成，使之成为整体发送。定子机座是由一系列钢板组合而成.它采用电焊拼接而成为一个圆柱体机壳，且与沿定子机座两侧的支撑地脚焊接而成。机座采用一系列的垂直于轴线的环型金属板焊接而成，以增加机座刚度，同时以支撑定子铁芯。机座由具有轴向分区的冷却风路组成。轴向分区的冷却风路设计成以保证冷却氢气通向发电机各部份的最优分布。机座的两端有厚凸缘板，以支撑轴端轴承件。整个定子机座以及它的焊接件必须设计成密封性，并经制造厂的气密和水压试验。定子机座，它同样包括水平安装在机座顶部的氢气冷却器分隔室，并且定子机座必须设计成能够承受所有的各种应力。（运输，瞬变应力等）出线端子盒出线端子盒安装在励端定子机座下端。它是由一些非磁性焊接钢板组成。在端子盒的底部有六个出孔，六条发电机出线端子装配其上，端子盒被氢气冷却。端子盒采用螺栓连接方式固定。定子机座与端子盒之间采用密封垫片密封，要求承受氢气压力密封要求，并且在事故情况下，它要求易于装拆。端子盒出线端的密封，或高压端子将在后面介绍。冷却器延伸端冷却器延伸端是由制造厂焊接组成，并且借助于滑动槽的方法支撑冷却器。冷却器水箱是冷却器延伸端外端的接口，它也要求气体密封。定子机座的内部设计应是当退出一个冷却器时产生最小的影响。这使冷却器在发电机降低负荷运行时，能够对它一个一个地进行清理。每个集水盘安装在最低点位置，该点能使冷却水能在漏水事故时收集积液。定子冷却器1.氢气冷却器热氢气通过气体与水的热交换被冷却。氢冷却器结构示为图1-9。冷却器一般由几个构件组成，每个冷却器系统基本上由下列组件组成：（水箱盖）底盘支架冷却器管束和端部冷却器壁供水系统和监测为了便于清扫冷却器管而不拆除冷却器，冷却器水箱能够在发电机运行时打开。基于此，在冷却器和定子机座冷却器分隔室中，它必须正确完全的密封，并要求它们之间能够允许不同的热膨胀。1-13冷却器支架是由水箱轮廓形式组成的金属框架，它起支撑端管壁，如同两个平行于气体流动的金属管壁一样，起导向流动作用。冷却器支架的内侧是一系列中间管壁，它起支撑冷却管作用。冷却器支架允许冷却器移运和起吊，而不附加任何工具，并将它附着在发电机定子机座的内侧。冷却器支架采用防锈漆保护。3．冷却管束和管壁冷却器装配的有效部份是由一系列运行时垂直于气体流动方向的翼形管束组成。冷却管翼形可采用：绕簧式。套片式。对于两这种情况，冷却管翅翼形是采用高传导热系数的金属制成。每个冷却管的端部涨管进入冷却器管端盖金属薄板（4）。冷却器管端盖对于进入到冷4．冷却器供水在每个端管壁上，水箱盖（1）和集水箱（2）被固定。在水箱盖（1）进水，出水管口安装有与之相联的进水管（8）及出水管（9）装配。在水箱盖内壁，隔水墙（分隔板）将水箱盖分隔成若干空腔。在出水管的水箱盖简单地被端管图1-81.定子绕组2.磁路铁芯3.转子4.机座5.轴承6.冷却器7.基础台板1-14图1-91.进水箱盖2.出水箱盖3.水箱隔板4.端管壁5.排气管6.冷却管束7.底盘支架8.进水管9.出水管10.进水流11.出水流12.气体循环13.疏水管14.冷却器支架却器的水提供均匀的分布。壁所密闭罩住。该冷却器系统在冷却管内部提供多通道水流系统，使热交换效率最优，减少内部温差。由于冷却器被水平放置于发电机座内，安装在每个水箱上下端位置的限位塞将指示水箱内充满水后的水位，它能排出冷却器内的空气以及允许排水等。在水箱盖的内腔表面采用含沥青漆涂敷，并且外表面复盖防锈漆。5．冷却器密封氢气回路与外部空气的密封。图