发电机介绍

水轮发电机技术讲座•发电机原理•DFEM制造的水轮发电机组类型•水轮发电机设计原则•水轮发电机主要部件的制造、检查要点•水轮发电机的研究发展方向•灯泡贯流式水轮发电机发电机原理水能—机械能—电能水力发电水的势能—水的动能—推动转轮旋转—带动发电机转子旋转化学能—机械能—电能火力发电煤炭燃烧产生蒸汽—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转风能—机械能—电能风力发电风的动能—推动风叶旋转—带动发电机转子旋转核能—机械能—电能核能发电核反应堆燃烧产生热量—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转综上所述的发电机均是旋转磁极式交流同步发电机三峡发电站—世界最大的发电站机械能转换为电能原理法拉第电磁感应定理只要运动的导体切割磁力线（磁场），在导体两端就会产生感应电势当发电机的转子被原动机带动旋转时，磁极在空间旋转，产生旋转磁场，磁力线切割了在定子铁芯槽中对称放置的三相绕组，在绕组中就会产生感应电动势。电动势（U)在外部用电设备形成的闭合回路中产生电流(I)，就得到了电功率(P)，即将机械能转换成电能：P=UI气隙水轮发电机总体型式伞式：发电机推力轴承位于转子下方全伞：无上导轴承半伞：有上导轴承一般转子为无轴结构发电机稳定性好悬式：发电机推力轴承位于转子上方水轮发电机发电电动机：蓄能机组一般有上、下导轴承上机架为承重机架卧式：发电机轴系为水平布置灯泡贯流式发电机轴伸贯流式发电机竖井贯流式发电机推力负荷只由水推力引起三峡水轮发电机三维剖面图三峡发电机总体方案DFEM水轮发电机结构总体（伞式）龙滩发电机剖面图（空气冷却）龙滩发电机剖面图（空气冷却）转子轴系半伞式DFEM水轮发电机典型产品二滩550MW水轮发电机•国内已运行机组单机容量最大•最大容量642MVA•额定电压18kV二滩发电机总体方案总体布置立轴、双导、半伞结构结构设计总体布置DFEM水轮发电机结构总体（悬式）发电机装配（悬式）转子装配（悬式）发电电动机总体结构总体结构（悬式）响洪甸发电电动机介绍主要结构转子装配起吊定子铁芯装配起吊贯流式发电机1992—1999发电机支撑位置布置图灯泡贯流式机组转子轴系装配（卧式）推力轴承水推力小道卡水轮发电机（轴伸贯流）发电机设计电磁设计目的：确定电机有效部分的尺寸、电磁负荷及热负荷。电机的有效部分：使机械能转变为电能应具有多大尺寸、电流密度、磁密、冷却强度等，以满足技术任务书所规定的容量和参数。电磁计算方案不是唯一的，应选择最可靠的、最经济的、工艺性好的、可运输的、外形小的、使用维护方便的、具有高效率的方案。电磁设计是发电机设计的关键和基础，所有工作都是以电磁设计为基本点展开。电磁设计工作量不到整个发电机组设计工作量的10%。发电机设计机械设计（为满足电磁设计需要而进行的结构上的保证）技术设计总体结构的布置、选型，各部件、各工况下的的刚、强度、应力、通风、冷却计算等。施工图纸设计提出各工件的具体尺寸、材料、工艺方法、加工要求等。设计工作量为整个发电机组设计工作量的90%以上。制造质量即为达到和满足设计图纸、工艺文件的要求设计工作是保证产品质量的关键!水轮发电机行业标准GB755-2000旋转电机定额和性能GB7894-2001水轮发电机基本技术条件GB8564-1988水轮发电机组安装技术规范JB3233-1987大型水轮发电机产品质量分等工厂标准DB发电机主要构成部件主要部件定子（固定部分，参与电磁转换）利用导体切割磁力线，在导体内感应交变电势，连成回路形成电流，通过变电站将电能送入电网转子（旋转部分，参与电磁转换）通过励磁电流形成磁场通过水轮机旋转，在气隙中形成旋转磁场轴承包括机架（旋转和固定部件的摩擦界面）承载旋转部件包括水推力的重量旋转部件轴系的支撑力发电机主要构成部件辅助部件冷却系统铁损、铜损、风损和附加损耗、电气损耗的冷却轴承润滑、搅拌损耗的冷却轴承油润滑系统机组制动系统机组运行监测系统各部件温度监测各种可能事故的监测、报警、停机机组运行保护系统轴电流接地装置灭火装置定子电磁设计关键点定子铁芯内径Di（冲片内径）和有效铁芯长度lt是水轮发电机的主要尺寸定子槽数由经济、工艺、电气、结构等因素决定槽数应是定子分瓣数的整数倍，分瓣数由运输条件及发电机的直径决定槽数要满足绕组的3个对称条件、电气性能要求和接线要求槽数应保证硅钢片的合理剪裁槽部的几何尺寸由电路和磁路计算结果确定发电机定子装配定子装配定子是变换能量和承受扭矩、重量的主要部件定子结构设计定子机座有足够的刚度和强度，能满足运行时额定扭矩产生的切向力和铁芯热膨胀引起的径向力，定子绕组短路时短路扭矩产生的切向力，通过定位筋传递到机座100周/秒的交变力，转子绕组两点短路时引起的单向磁拉力分瓣放置、运输及在制造、安装过程中起吊时引起的应力，用千斤顶移动整圆定子时的弯曲应力上机架和机组转动部分（包括水推力）等的重量引起的轴向力（悬式）定子机座•机座分6瓣•大齿压板结构•整圆刚性好定子结构特点定子装配定子铁芯是磁路的主要组成部分并用以固定绕组机组运行时，铁芯要受到机械力、热应力、电磁力的综合作用铁芯由扇形硅钢片、通风槽片、定位筋、齿压板、拉紧螺杆等部件组成定子铁芯应采取防振措施振动原因：谐波磁动势和主磁场相互作用；定子和转子不同心；定子或转子不圆；机座及铁芯合缝处松动；铁芯装压不紧；机械共振措施：增加定子刚度，采用工地整圆叠片；加强铁芯整体性，把铁芯两端粘接成一体；保证铁芯装压质量，采用热压和分段压紧，以及穿心螺杆加碟簧的压紧方式；合理选择机座刚度和立筋数量响洪甸定子叠片发电机定子铁芯装配特点与优越性特殊的定子浮动双鸽尾定位筋紧结构通过三峡机组，引进国际先进技术机座与铁芯具有一定间隙，铁芯能径向自由膨胀，消除热膨胀内应力，避免铁芯产生翘曲浮动双鸽尾定位筋结构表一国内大型水轮发电机定子铁芯结构数据电站铁芯外径铁芯长鸽尾筋结构把紧结构投运时间葛州坝170MW176002000单鸽尾单排螺杆1981年大化100MW128001700单鸽尾单排螺杆1983年安康220MW128002100单鸽尾单排螺杆1990年龙羊峡320MW128002600单鸽尾单排螺杆1987年漫湾250MW122002450单鸽尾单排螺杆1992年铜街子150MW128002150单鸽尾单排螺杆1992年葛州坝125MW156001650单鸽尾单排螺杆1986年李家峡400MW128003200单鸽尾双排螺杆1998年大朝山225MW128001950双鸽尾单排螺杆2001年二滩550MW127822883单鸽尾单排螺杆1998年三峡700MW193103130双鸽尾单排螺杆2003年公伯峡140MW132002000双鸽尾双排螺杆特点与优越性特殊的定子铁芯压紧结构与工艺措施大齿压板结构压板、压指具有足够刚度蝶形弹簧+穿心螺杆保证铁芯长期压紧高性能铁芯拉紧螺杆+蝶形弹簧压指前端弯曲端部铁芯段冲片采用粘接胶粘接增大铁芯压紧力分段予压与整体热压工艺定子铁芯压紧措施定子冲片刷漆炉定子冲片冲压定子冲片去毛刺机定子冲片制造铁芯预压铁芯高度差调整铁芯最后压紧铁芯把紧最后压紧定子铁芯装压工艺•拉紧螺杆和穿心螺杆+碟形弹簧确保铁芯压紧补偿铁芯收缩，保证定子铁芯长期运行而不松动定子结构特点定子铁芯定子装配定子线圈定子绕组的型式、导线规格及槽形尺寸已在电磁设计时确定确定线圈的绝缘结构尺寸，线圈的径向、轴向、周向尺寸确定线圈的防晕结构，防电腐蚀，端部固定及防下沉措施绕组接线铜环引线连接结构和出线位置布置大电流铜环引线的发热计算端部漏磁在端部金属件中引起的发热定子由机座、铁芯、线圈、端箍、铜环及基础螺杆等部件组成发电机定子线圈定子绕组接线图示意发电机主要结构特点特点与优越性弹性波纹板依靠弹性波纹板强有力的弹性，使定子绕组在冷热状态下均有一定压力，使绕组、槽楔能牢固地固定可以采用平槽楔，提高定子槽满率，从而提高发电机效率端部固定双层端箍采用多道层间绑扎端箍定子绕组固定弹性波纹板定子槽内结构示意图定子槽型结构发电机定子线圈端部固定定子线圈端部绑扎DFEM水轮发电机结构定子响洪甸定子吊装定子制造、验收关键点电气性能试验（线圈制造质量）匝间耐压、工频耐压、表面电阻、介电强度试验、短时过电流试验、绕组起晕电压试验（单个、整体）定子铁芯冲片材料的单位损耗、磁化性能试验，铁损试验铁芯内径（圆度）、铁芯紧度（拉紧螺杆的扭矩、碟簧的压缩量）、铁芯长度（包括各段长度偏差、波浪度）、槽形整齐度、双鸽尾后的间隙预留定子线圈装配端箍、垫片、下线后槽间间隙（槽电位测量）、线圈绑扎，线圈端部形状位置、槽楔位置及紧度定子事故线圈主绝缘和匝间绝缘损坏、绝缘击穿、接头开焊、紧固件松脱原因：振动磨损、绝缘老化、局部缺陷、电腐蚀损坏、油污长期浸蚀使绝缘水平下降措施：采用斜契或弹性波纹板将槽内线圈紧固，加强端部绑扎；控制运行温度，增设定子接地保护；防止绝缘机械损伤；槽壁与线圈间尽量消去间隙，减少线棒电晕放电量占全部定子事故的50%以上定子铁芯翘曲、振动原因：铁芯热膨胀、铁芯压紧力不够转子装配转子是变换能量和传递转矩的主要部件转子的机械性能，制造和安装质量等是影响机组安全运行的重要因素转子的结构设计应满足有足够的刚度和强度，在飞逸转速下不发生有害变形并在任何工况下不得失去稳定结构合理、紧凑；各紧固件连接可靠；优良好的电磁性能有良好的通风性能具有水轮机调节保证计算所要求的飞轮力矩GD2由转轴、转子支架、磁轭、磁极等部件组成发电机轴系装配转子设计关键点转轴承受额定转矩；机组转动部分的重量和水推力产生的轴向力；定、转子气隙不均匀引起的单边磁拉力；转子机械不平衡力；对于转轴与轮毂采用热套，需承受径向配合力具有一定的强度和刚度，以免运行中因轴的绕度过大使气隙超过允许偏差轴系的临界转速应高于机组飞逸转速的1.2倍轴与轴之间的扭矩靠键、销钉，或摩擦传递为保证轴系的轴线摆度较小，应严格保证轴止口与滑转子摩擦面的同心度（不大于0.05mm）于上端轴、下端轴止口配合不同心度小于0.03mm，配车间隙为0.02~0.06mm，或0.04~0.08mm轴的上、下配合面与轴线的垂直度及平行度小于0.05mm特点与优越性上端轴与上导轴承滑转子采热套结构，同轴加工，同心度好。主轴为薄壁轴结构，与转子支架中心体采用十字键配合传递扭矩。主轴及上端轴主轴上端轴带滑转子发电机主轴转子设计关键点磁极是提供励磁磁场的感应部件极距由定子内径Di和极数2p决定磁路和绕组计算确定如下主要尺寸：极弧系数（极靴宽度bp与极距之比）、极靴高hp、气隙、极身高度hm和宽度bm，阻尼系统尺寸励磁绕组的计算温升应满足标书要求和国家标准计算在飞逸转速下极靴、T（鸽）尾的机械强度通过打键方式固定在转子磁轭上磁轭是磁路的组成部分，为固定磁极之用机组运行时承受扭矩、磁极和磁轭自身的离心力、热打键配合力在离心力作用下磁轭要涨大计算在飞逸转速下磁轭的平均拉应力要满足材料屈服点的74%，即留有1.35倍的安全余量转子设计关键点满足水轮机调保计算对发电机飞轮力矩GD2的要求通过打键方式固定在转子支架上转子支架为固定磁极、磁轭之用机组运行时承受扭矩、磁极和磁轭的重力矩、自身的离心力、热打键配合力严格保证轮毂内圆与支架外圆的同心度小于0.05mm（有轴）支架外圆，按磁轭冲片叠检尺寸配车，单边间隙为0.2~0.4mm支架外圆键槽的弦距公差为±0.5mm，键槽与轮毂轴线平行，其倾斜度不大于0.2mm于上端轴、下端轴止口配合不同心度小于0.03mm轮毂上、下配合面与轴线的垂直度及平行度小于0.05mm，平面跳动不大于0.03mm对配合面的一字键槽或十字键槽，应注意其对称性长磁极铁心固定结构•采用磁极铁心加强键结构防止长磁极铁心扭