长甸水电站水轮发电机结构分析

王海龙，肖先照，彭辉

(1哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040；2江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211108)

长甸水电站水轮发电机结构分析

王海龙1，肖先照1，彭辉2

(1哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040；2江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211108)

介绍了长甸水电站水轮发电机的结构特性，其中包括定子、转子、轴承、冷却器、机械制动和顶起装置等结构的特点和应用。论证了长甸水电站水轮发电机结构的合理性。

水轮发电机；结构；定子；转子；轴承

0 引言

长甸水轮发电机采用立轴、半伞式密闭自循环空气冷却三相凸极同步发电机结构。发电机主要部件包括：定子、转子、推力轴承、上导轴承及上机架、下导轴承及下机架以及其他部件。

1 发电机的主要数据

型号：SF 100-40/9200

额定功率：100MW

额定频率：50Hz

相数：3

额定转数：150r/min

转子级数：40

绝缘等级：F级

2 发电机结构分析

长甸水轮发电机采用立轴、半伞式密闭自循环空气冷却三相凸极同步发电机结构。发电机主要部件包括：定子、转子、推力轴承、上导轴承及上机架、下导轴承及下机架、空气冷却器装置、制动系统、水灭火系统及盖板、基础埋入部件、管路、电缆等必要的辅助部件。

发电机采用三段轴(含转子中心体)结构。发电机上导轴承布置在上机架中心体内，推力轴承布置在转子下方的下机架上，下导轴承布置在下机架中心体内。经计算分析，发电机与水轮机组装后轴系的临界转速可满足高于飞逸转速的125%的要求。发电机的下机架在安装和检修时能通过定子铁心内径吊出；并允许在不抽出转子和不拆除上机架的情况下更换定子绕组线棒和转子磁极，以及对定子绕组端部和定子铁心进行预防性检查。

2.1 定子

发电机的定子机座具有足够的刚度和强度，能承受上机架重量，并能安全地承受在运行时由于突然短路故障引起的瞬态力矩及各种不平衡磁拉力，并具有防止铁心翘曲和适应定子铁心热膨胀的能力。定子机座分成4瓣，运到工地后组装成整圆。定子铁心采用厚度0.5mm冷轧无取向、高导磁、低损耗的优质硅钢片，在工地叠装。冲片在去除毛刺后,表面涂F级绝缘漆以减小涡流损耗。定子铁心上下两端铁心台阶处用硅钢片胶粘剂粘成整体，以提高铁心的整体刚度。铁心上、下端采用无磁性高强度合金钢材料的压指，通风槽钢为工字型截面的无磁性不锈钢。

定子线棒采用双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线经换位编织而成,线棒热压成整体后用F级环氧玻璃粉云母带连续包扎作为对地主绝缘，表面用涂有半导体漆的玻璃丝带作防电晕层。槽内线棒周围采用半导体槽衬,使之与铁心接触良好，线棒端部采用无磁性不锈钢端箍。所有绕组的连接均采用银焊。

2.2 转子

转子支架采用圆盘式焊接结构，由10个主立筋，转子支架由中心体和若干扇形板以及立筋等部件在工地焊接而成，具有足够的刚度和强度。发电机主轴由锻钢20SiMn加工而成，上法兰和转子支架中心体相连，为把合结构，下法兰和水轮机主轴相连，主轴具有足够的刚强度。发电机顶轴由锻钢20SiMn加工而成，下端与转子支架相连，具有足够的刚强度，上导滑转子套在顶轴外侧，二者之间设有轴绝缘来阻断轴电流通路。磁轭冲片由3mm厚低合金高强度钢板WDER550冲制而成，在工地叠压成整体。磁轭与转子支架连接采用径向和切向复合键结构,分离转速为额定转速的1.15倍。磁极冲压采用厚度为1.5mm钢板Q345B冲制，叠压后用压板及拉紧螺杆压紧成整体。磁极通过T尾与磁轭上相应的键槽挂接。磁极绕组绝缘为F级。磁极装有阻尼绕组，并在极间用连接片把阻尼环连在一起。磁极线圈采用四边形裸铜排焊接，匝间垫间苯二酚环氧浸渍玻璃坯布热压成整体，并用模压的上、下绝缘托板与铁心绝缘。转子设有纵横阻尼绕组，极间连接线采用柔性连接结构，可防止因振动和热位移而引起故障并便于拆卸和更换。

2.3 轴承

上机架采用非负荷机架采用“井”字梁结构，由中心体和4个支臂组成，在工地用螺栓把合后焊接成整体，中心体兼作上导轴承油槽，为钢板焊接结构。下机架为负荷机架，由中心体和6个辐射型支臂组成，具有足够的刚强度；下机架中心体与推力油槽为一体结构，中心体与支臂在工地焊接成一体，中心体兼作下导轴承油槽，为钢板焊接结构。上导轴承置于转子上方上机架中心体油槽内，推力轴承安装于转子支架下方的推力油槽内，下导轴承置于推力轴承下方的下机架中心体油槽内。导轴承采用油浸式内循环冷却结构，导轴承瓦为巴氏合金瓦；推力轴承采用内循环冷却结构，推力轴承瓦为弹性金属塑料瓦，推力瓦下方采用三波纹液压支柱式弹性油箱支撑结构。

2.4 冷却器

在定子机座外壁上对称布置8个空气冷却器，在进水温度≤25C时，1台空冷器退出可满足机组在额定工况下长期运行。上导轴承油槽内设置了12个绕簧式冷却器，每3个串联成一组；推力轴承油槽内设有12个抽屉式冷却器，每2个串联成一组；下导轴承油槽内设置了12个绕簧式冷却器，每3个串联成一组。

2.5 机械制动和顶起装置

发电机机械制动和顶起装置由制动器及其管路以及油泵，阀门和机电元件等组成。制动器设在制动器支架上，制动块采用不含石棉的材料压制而成，耐磨、粉尘少，并牢固地装在制动板上。每个制动器上装有两个限位开关，分别用于制动和复位。转速下降时，制动器可以从25%额定转速投入机械制动，全部制动停机时间不大于2min。制动器还可兼作千斤顶用,可用于检修时顶起转子；制动器具有机械锁定装置，锁定时可撤除油压，转子即被锁定在此位置。

2.6 其他设施

发电机采用水灭火系统，机坑内设置两圈灭火环管，分别位于定子线棒上、下方，灭火水管采用不锈无缝钢管。在上机架支臂上，设置有感温、感烟探测器以满足灭火报警要求。在机坑内设置8个电加热器，以防发电机停机时绝缘受潮；同时设置30个照明灯，用于机坑照明，另外设置10个应急灯用于紧急情况下的照明。照明灯与应急灯均匀的布置在机坑内的各层，控制开关安装在发电机机坑进人门附近。机组设置一个运行指示灯，安装时放置于机组外罩上方，机组正常运行时，运行指示灯常亮；机组停机时，运行指示灯常灭；发生故障时，运行指示灯闪烁。发电机设有隔音式上盖板，在下机架支臂间位置设有中盖板和下盖板用于控制风路。

3 结语

通过对长甸水轮发电机的结构特点的论述，本文验证了其总体结构的合理性。目前该机组性能优良，运行稳定，得到了用户服务的认可。证明了技术已达到行业领先水平。

[1] 哈尔滨电工学院电机教研室.水轮发电机的振动.大电机技术，1974.1.

[2] 哈尔滨大电机研究所.空载及负载时同步电机实心极靴上的涡流损耗.国外大电机，1978.3.

[3] 哈尔滨大电机研究所.大电机，1973.4.

[4] A.H.金尼克.工程力学手册，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

王海龙 男 1984年生；毕业于哈尔滨理工大学电机专业，现从事于水轮发电机设计工作.

2016-07-25