600MW发电机结构及其冷却系统

1、1本期工程主机概况：本期工程主机概况：.1、锅炉采用超超临界燃煤锅炉，锅炉蒸汽参数为：26.25MPa(a)/605C/603C。（1MPa=9.86923标准大气压）2、汽轮机600MW超超临界汽轮机采用单轴，一次再热，蒸汽参数为：25.0MPa(a)/600C/600C。3、发电机采用额定功率为600 MW，水氢氢冷发电机。4、220kV配电装置新建220KV配电装置。220kV配电装置拟采用220kV屋外配电装置。2总的技术要求1、本技术规范的范围为2600MW超超临界汽轮发电机。包括发电机本体,氢、油、水系统,检测装置及必要的附件，备品备件和专用工具、技术标准和图纸资料等。2、发电机在额定频率、额定电压、额定功率因数和额定冷却介质条件下，机端输出额定功率(TRL)为600MW（扣除采用静态励磁的功率）。3、发电机的连续输出功率与汽轮机最大连续出力工况（T-MCR）的输出功率相匹配，且其功率因数和氢压等均与额定值相同。长期连续运行时各部分温升，不超过IEC和国标中有关规定的数值。34、发电机的最大输出功率与汽轮机阀门全开（VWO）工况下的出力相匹配为645.3MW。且其功率因数和

2、氢压等均与额定值相同。5、发电机定子额定电压为20kV。额定功率因数为0.9（滞后）,额定转速为3000r/min，频率为50Hz。6、发电机冷却方式为水、氢、氢。7、发电机的励磁型式，采用机端静止自并励励磁系统。8、发电机具有失磁异步运行、进相运行、调峰运行和不对称运行的能力。49、水内冷线圈不允许有漏水或渗水，发电机漏氢量在额定氢压下一昼夜（24h）内10Nm3（折算为标准气压下）。10、发电机的年运行小时数不小于7800，年利用小时数为6500。大修间隔不少于五年，小修间隔为每年一次。发电机的可用率不低于99，强迫停用率小于0.5。13、发电机使用寿命不少于30年。5基本规格和参数基本规格和参数额定容量 667MVA(扣除自并励励磁系统消耗容量后)额定功率600MW（扣除自并励励磁系统消耗功率后）最大连续输出功率（扣除自并励励磁系统消耗功率后）622.1MW（在额定氢压 0.4MPa 和冷却水温度 33下，功率因数 0.9），与汽轮机最大连续出力工况（T-MCR）相匹配。额定功率因数0.9（滞后）额定电压20kV额定转速3000r/min频率50Hz相数3极数2定子线圈接法YY额

3、定氢压0.4MPa6效率（保证值）98.95短路比（保证值）0.54 瞬变电抗Xd0.254 超瞬变电抗X”d 0.18承担负序能力稳态I2（标么值）8暂态I22t 10s 7 第三章第三章 600MW发电机结构及其冷却系统发电机结构及其冷却系统 2、同步发电机基本结构、同步发电机基本结构 QFSN-600型汽轮发电机组采用卧式布置。励磁方式采用“机端变压的静止整流的自并励励磁系统”。此种发电机在结构上比三机励磁方式的发电机要短。发电机冷却方式采用“水氢氢”冷，即定子线圈(包括定子引线,定子过渡引线和出线)采用水内冷,转子线圈采用氢内冷,定子铁心及端部结构件采用氢气表面冷却。集电环采用空气冷却。机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动,在机内进行密闭循环。8 600MW发电机结构及其冷却系统发电机结构及其冷却系统我国自20世纪80年代后期起，从国外进口了不同制造厂商、不同类型的600MW汽轮发电机。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

4、电厂正常运行。之后，上海电机厂和东方电机厂也先后生产了600MW汽轮发电机，已经在国内好多地方运行。600MW汽轮发电机已经是我国当前安装大机组的主要汽轮发电机已经是我国当前安装大机组的主要机型。机型。9一、国内外一、国内外600MW级汽轮发电机技术数据级汽轮发电机技术数据 当前我国已经投入运行和正在安装的当前我国已经投入运行和正在安装的600MW汽轮发电机技术参数，见表汽轮发电机技术参数，见表31。10 1112二、国产二、国产600MW汽轮发电机优化设计汽轮发电机优化设计按引进西屋公司技术设计制造的600MW考核机进行优化，其重点如下：(1)最大连续出力(冷却水温20C)650MW，发电机效率保证值98.8。(2)采用西屋公司的计算方法，沿用其成熟结构，对600MW产品原设计作有针对性的优化。(3)优化设计在额定工况时的额定氢压定为0.4MPa，氢压的降低有利于降低风磨损耗，提高发电机效率，在密封结构不变的情况下有利于减少漏氢量。(4)设计按发电机寿命40年考虑，寿命期间能承受104次启停机，强迫停机率小于113 2优化方案选择由于600MW考核机组的设计基础是60Hz、3600r

5、min的产品，使用于50Hz、3000rmin，虽然机械上的可靠性裕量更高(提高1.44倍)，但从电气性能而言，也存在一些不利影响。哈尔滨电机厂和上海电机厂在考核机组基础上采用气隙取气方式而定子铁芯、绕组、轴密封等结构均保留。143优化设计主要改进及设计特点 (1)增大了最大连续出力。额定容量为600MW，最大连续出力可达654MW，用于核电站650MW时，最大连续出力可达680MW。(2)提高了发电机的效率。从考核机组的98.67提高到98.94。(3)沿用了引进的高起始响应的励磁系统，提高了励磁顶值电压和励磁增长速度。励磁顶值电压2倍(考核机1.67倍)，电压响应比3.58倍(考核机2.56倍)。并用数字式AVR代替模拟式AVR，提高于励磁系统的可靠性。强励持续时间10s（我们20s）。15(4)简化结构制造工艺。1)采用单级风扇。分别布置在汽、励两端，每个风扇仅有29片动叶片和20片静导叶片。2)转子用开口槽。考核机组采用半开口槽，简化铣刀品种，减少加工工时，尽量增大槽内铜线截面，降低铜耗。(5)降低了电机额定氢压。由0.517MPa降到0.4MPa。允许用户在氢压0.5MPa下

6、连续长期运行。(6)降低了电机转子绕组的运行温度。由考核机转子绕组最高温度123C降到100C，即使在出力650MW运行时，也仅为106.5C。16(7)铁芯端部采用黏结结构。(8)考核机冷却器备用按75考虑，新机按100考虑。(9)提高国产化的比例，降低制造成本。由于设计中尽量采用国产材料和国内标准，国产化率达90。(10)除转子采用气隙取气外，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芯、上下层不同截面的定子绕组、刚柔结构的定子端部固定、端盖式轴承、可倾瓦轴瓦、双流双环式密封瓦等，以保证足够的运行可靠性。(11)定子端部刚一柔固定结构和1万次启停机的转子机械设计，使其能满足调峰和二班制运行的要求。17 *(12)改进了转子阻尼结构，提高电机负序承载能力，不小于10，I2不小于10。*(13)定子端部采用磁屏蔽分块连接片结构，附加损耗小，温升低，使其具有良好的进相运行能力。(14)方便运输，对内陆地区，可采用分段式机座，运输质量为260t。(15)氢系统采用分块组装，油水采用集中组装形式，具有结构紧凑、操作方便、现场安装简单、外形美观、维修方便

7、等特点。有关技术规范，详见表31中“STG创优设计600MW栏。1819一、机座与端盖 机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组，同时在结构上还要满足电机的通风和密封要求。如果用端盖轴承，它还要承受转子的质量和电磁力矩。氢冷发电机的机座除满足上述一般电机要求外，还要能防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。20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。对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。21冷却器一般为24组，其布置位置主要有立放在电机两端的两侧、立放在电机中部的两侧、横卧在电机上部两侧(背包式)三种形式，见图1-1-3、图31。22端盖是电机密封的一个组成部分，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)。发电机的轴承与密封支座都装在端盖上。23二、机座隔振定子弹性支撑 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，以及系统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连接。241定位筋弹性隔振结构定位筋弹

8、性隔振结构(包括组合式弹性结构)，也称为卧式隔振结构，它又有以下几种形式：(1)在定位筋两侧开槽弹性隔振结构，如图32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。25(2)在定位筋背部装弹簧板，其结构如图3-3所示。弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。26(3)在定位筋两侧装弹簧板，通过弹簧板再与机座连接。定位筋弹性隔振结构如图3-4所示。27 28 2）定子铁芯）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0.350.5mm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，每张扇形片都涂了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四种方式：铁芯轴向分段通风、铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。29大容量电机铁芯

9、的通风冷却有四种方式：铁芯轴向分段通风、铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。3031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。整个定子铁芯通过外圆侧的许多定位筋及两端的齿压板(又称压指)和压圈或压板固定、压紧，见图37(a)、(b)，再将铁芯和机座连接成一个整体。32 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。33 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38，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。34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

10、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)铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开l2个宽为23mm的小槽，如图39所示，以减少齿部的涡流损耗和发热。35(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37(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。36 (5)铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板(铁芯不但要定位筋，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37(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37(c)，能减少齿根和压圈上的漏磁集中现象。37(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。(8)在冷却风系统中，加强对端部的冷却。38

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