王海龍，肖先照，彭輝

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

長甸水電站水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)分析

王海龍1，肖先照1，彭輝2

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

介紹了長甸水電站水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，其中包括定子、轉(zhuǎn)子、軸承、冷卻器、機(jī)械制動(dòng)和頂起裝置等結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用。論證了長甸水電站水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的合理性。

水輪發(fā)電機(jī)；結(jié)構(gòu)；定子；轉(zhuǎn)子；軸承

0 引言

長甸水輪發(fā)電機(jī)采用立軸、半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)主要部件包括：定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、上導(dǎo)軸承及上機(jī)架、下導(dǎo)軸承及下機(jī)架以及其他部件。

1 發(fā)電機(jī)的主要數(shù)據(jù)

型號(hào)：SF 100-40/9200

額定功率：100MW

額定頻率：50Hz

相數(shù)：3

額定轉(zhuǎn)數(shù)：150r/min

轉(zhuǎn)子級數(shù)：40

絕緣等級：F級

2 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)分析

長甸水輪發(fā)電機(jī)采用立軸、半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)主要部件包括：定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、上導(dǎo)軸承及上機(jī)架、下導(dǎo)軸承及下機(jī)架、空氣冷卻器裝置、制動(dòng)系統(tǒng)、水滅火系統(tǒng)及蓋板、基礎(chǔ)埋入部件、管路、電纜等必要的輔助部件。

發(fā)電機(jī)采用三段軸(含轉(zhuǎn)子中心體)結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承布置在上機(jī)架中心體內(nèi)，推力軸承布置在轉(zhuǎn)子下方的下機(jī)架上，下導(dǎo)軸承布置在下機(jī)架中心體內(nèi)。經(jīng)計(jì)算分析，發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)組裝后軸系的臨界轉(zhuǎn)速可滿足高于飛逸轉(zhuǎn)速的125%的要求。發(fā)電機(jī)的下機(jī)架在安裝和檢修時(shí)能通過定子鐵心內(nèi)徑吊出；并允許在不抽出轉(zhuǎn)子和不拆除上機(jī)架的情況下更換定子繞組線棒和轉(zhuǎn)子磁極，以及對定子繞組端部和定子鐵心進(jìn)行預(yù)防性檢查。

2.1 定子

發(fā)電機(jī)的定子機(jī)座具有足夠的剛度和強(qiáng)度，能承受上機(jī)架重量，并能安全地承受在運(yùn)行時(shí)由于突然短路故障引起的瞬態(tài)力矩及各種不平衡磁拉力，并具有防止鐵心翹曲和適應(yīng)定子鐵心熱膨脹的能力。定子機(jī)座分成4瓣，運(yùn)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(dǎo)磁、低損耗的優(yōu)質(zhì)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(tái)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(qiáng)度合金鋼材料的壓指，通風(fēng)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(jié)銅扁線經(jīng)換位編織而成,線棒熱壓成整體后用F級環(huán)氧玻璃粉云母帶連續(xù)包扎作為對地主絕緣，表面用涂有半導(dǎo)體漆的玻璃絲帶作防電暈層。槽內(nèi)線棒周圍采用半導(dǎo)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(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子支架采用圓盤式焊接結(jié)構(gòu)，由10個(gè)主立筋，轉(zhuǎn)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(qiáng)度。發(fā)電機(jī)主軸由鍛鋼20SiMn加工而成，上法蘭和轉(zhuǎn)子支架中心體相連，為把合結(jié)構(gòu)，下法蘭和水輪機(jī)主軸相連，主軸具有足夠的剛強(qiáng)度。發(fā)電機(jī)頂軸由鍛鋼20SiMn加工而成，下端與轉(zhuǎn)子支架相連，具有足夠的剛強(qiáng)度，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子套在頂軸外側(cè)，二者之間設(shè)有軸絕緣來阻斷軸電流通路。磁軛沖片由3mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板WDER550沖制而成，在工地疊壓成整體。磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接采用徑向和切向復(fù)合鍵結(jié)構(gòu),分離轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)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(yīng)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(huán)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(huán)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(zhuǎn)子設(shè)有縱橫阻尼繞組，極間連接線采用柔性連接結(jié)構(gòu)，可防止因振動(dòng)和熱位移而引起故障并便于拆卸和更換。

2.3 軸承

上機(jī)架采用非負(fù)荷機(jī)架采用“井”字梁結(jié)構(gòu)，由中心體和4個(gè)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(dǎo)軸承油槽，為鋼板焊接結(jié)構(gòu)。下機(jī)架為負(fù)荷機(jī)架，由中心體和6個(gè)輻射型支臂組成，具有足夠的剛強(qiáng)度；下機(jī)架中心體與推力油槽為一體結(jié)構(gòu)，中心體與支臂在工地焊接成一體，中心體兼作下導(dǎo)軸承油槽，為鋼板焊接結(jié)構(gòu)。上導(dǎo)軸承置于轉(zhuǎn)子上方上機(jī)架中心體油槽內(nèi)，推力軸承安裝于轉(zhuǎn)子支架下方的推力油槽內(nèi)，下導(dǎo)軸承置于推力軸承下方的下機(jī)架中心體油槽內(nèi)。導(dǎo)軸承采用油浸式內(nèi)循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軸承瓦為巴氏合金瓦；推力軸承采用內(nèi)循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。

2.4 冷卻器

在定子機(jī)座外壁上對稱布置8個(gè)空氣冷卻器，在進(jìn)水溫度≤25C時(shí)，1臺(tái)空冷器退出可滿足機(jī)組在額定工況下長期運(yùn)行。上導(dǎo)軸承油槽內(nèi)設(shè)置了12個(gè)繞簧式冷卻器，每3個(gè)串聯(lián)成一組；推力軸承油槽內(nèi)設(shè)有12個(gè)抽屜式冷卻器，每2個(gè)串聯(lián)成一組；下導(dǎo)軸承油槽內(nèi)設(shè)置了12個(gè)繞簧式冷卻器，每3個(gè)串聯(lián)成一組。

2.5 機(jī)械制動(dòng)和頂起裝置

發(fā)電機(jī)機(jī)械制動(dòng)和頂起裝置由制動(dòng)器及其管路以及油泵，閥門和機(jī)電元件等組成。制動(dòng)器設(shè)在制動(dòng)器支架上，制動(dòng)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(dòng)板上。每個(gè)制動(dòng)器上裝有兩個(gè)限位開關(guān)，分別用于制動(dòng)和復(fù)位。轉(zhuǎn)速下降時(shí)，制動(dòng)器可以從25%額定轉(zhuǎn)速投入機(jī)械制動(dòng)，全部制動(dòng)停機(jī)時(shí)間不大于2min。制動(dòng)器還可兼作千斤頂用,可用于檢修時(shí)頂起轉(zhuǎn)子；制動(dòng)器具有機(jī)械鎖定裝置，鎖定時(shí)可撤除油壓，轉(zhuǎn)子即被鎖定在此位置。

2.6 其他設(shè)施

發(fā)電機(jī)采用水滅火系統(tǒng)，機(jī)坑內(nèi)設(shè)置兩圈滅火環(huán)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(jī)架支臂上，設(shè)置有感溫、感煙探測器以滿足滅火報(bào)警要求。在機(jī)坑內(nèi)設(shè)置8個(gè)電加熱器，以防發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)絕緣受潮；同時(shí)設(shè)置30個(gè)照明燈，用于機(jī)坑照明，另外設(shè)置10個(gè)應(yīng)急燈用于緊急情況下的照明。照明燈與應(yīng)急燈均勻的布置在機(jī)坑內(nèi)的各層，控制開關(guān)安裝在發(fā)電機(jī)機(jī)坑進(jìn)人門附近。機(jī)組設(shè)置一個(gè)運(yùn)行指示燈，安裝時(shí)放置于機(jī)組外罩上方，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行指示燈常亮；機(jī)組停機(jī)時(shí)，運(yùn)行指示燈常滅；發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行指示燈閃爍。發(fā)電機(jī)設(shè)有隔音式上蓋板，在下機(jī)架支臂間位置設(shè)有中蓋板和下蓋板用于控制風(fēng)路。

3 結(jié)語

通過對長甸水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的論述，本文驗(yàn)證了其總體結(jié)構(gòu)的合理性。目前該機(jī)組性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定，得到了用戶服務(wù)的認(rèn)可。證明了技術(shù)已達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

[1] 哈爾濱電工學(xué)院電機(jī)教研室.水輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng).大電機(jī)技術(shù)，1974.1.

[2] 哈爾濱大電機(jī)研究所.空載及負(fù)載時(shí)同步電機(jī)實(shí)心極靴上的渦流損耗.國外大電機(jī)，1978.3.

[3] 哈爾濱大電機(jī)研究所.大電機(jī)，1973.4.

[4] A.H.金尼克.工程力學(xué)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(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事于水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)工作.

2016-07-25