1000MW发电机结构说明书

1. 简介

QFSN-1000-2-27型汽轮发电机为汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机。发电机采用水氢氢冷却方式，配有一套氢油水控制系统，采用静止可控硅，机端变自励方式励磁，并采用端盖式轴承支撑。

1000MW发电机总体结构示意图

2. 发电机基本规范:

    型    号                        QFSN-1000-2-27

    额定功率                        1008 MW (1120 MVA)

    最大连续功率                    1100 MW (1230 MVA)

    额定电压                        27 kV

    额定电流                        23949 A

    额定功率因数                    0.9 (滞后)

    额定励磁电流                    5272 A (计算值)

    额定励磁电压(110℃)            501 V (计算值)

    额定频率                        50 Hz

    额定转速                        3000  r/min

    相    数                        3

    接    法                        YY

    出线端子数目                    6

    冷却方式                        水氢氢

    环境温度                        5～40 ℃

    额定氢压                        0.52 Mpa (G)

    最高氢压                        0.56 Mpa (G)

    短路比(保证值)                    ≥0.50

    超瞬变电抗(保证值)                ≥0.15

    效率(保证值)                    ≥99.0%

    轴承座振动 (P-P)                ≤0.025 mm

    轴    振 (P-P)                    ≤0.06 mm

    漏    氢                         ≤12  m3/d

    励磁方式                        自并激静止可控硅励磁

    强励顶值电倍数                    ≥2

    强励电压响应比                    ≥4 倍/s

    允许强励时间                    20 s

发电机噪音(距机座1m处，高度为1.2m)        ≤87 dB(A)

第二节   通风与冷却

发电机采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为十九个风区，九个进风区和十个出风区相间布置。安装在转轴上的两个轴流式风扇(汽、励端各一个)将氢气分别鼓入气隙和机座底部外通风道。进入机座底部外通风道的氢气进入铁芯背部，沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后，进入气隙；少部分氢气进入转子槽内风道，冷却转子绕组；其他大部分氢气再折回铁芯，冷却出风区铁芯，最后从机座顶部外风道进入冷却器；被冷却器冷却后的氢气进入风扇后，进行再循环。

这种交替进出的径向多流通风，保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，减少了结构件热应力和局部过热。

1000MW发电机内部通风冷却示意图

第三节机座与隔振

机座是用钢板焊成的壳体结构，具有足够的强度和刚度，其作用是支承定子铁心和定子线圈。在机座顶部和底部两侧各有一个冷却气体通道，机座内部只有支撑管而无通风管。机座作为氢气的密闭容器，能承受机内意外氢气爆炸产生的冲击。

机座由端板、外皮和风区隔板等组焊而成，并形成特定的环形进出风区。

机座与出线罩之间的结合面用焊接方式进行密封(在电厂安装时进行)，与端盖之间用注入密封胶的方式进行密封。

机座上有四个可拆式吊攀。

所有机外的油、水、气管道均用法兰与发电机联接。

铁芯与机座之间装设轴向弹簧板，有效地减小了铁芯倍频振动对机座及基础的影响。

轴向弹簧板结构示意图

第四节定子铁芯

定子铁芯是用相互绝缘的扇形片叠装压紧制成的。为减少电气损耗，扇形片采用高导磁低损耗的冷轧硅钢片冲制而成。

扇形片两面刷涂有绝缘漆。

扇形片冲有嵌放定子线圈的下线槽和放置槽楔用的鸽尾槽。叠压时利用定子定位筋定位，叠装过程中经多次施压，两端采用低磁性的球墨铸铁压圈将铁芯夹紧成一个刚性圆柱体。铁芯齿部是靠压圈内侧的非磁性压指来压紧的。边段铁芯涂有粘接漆，在铁芯装压后加热使其粘接成一个牢固的整体，进一步提高铁芯的刚度。

边段铁芯齿设计成阶梯状并在齿中间开窄槽，同时在铁芯端部采用磁屏蔽和铜屏蔽，以降低铁芯端部的损耗和温升。

第五节定子绕组及固定

第1部分   定子绕组

定子绕组由嵌入铁芯槽内的绝缘条形线棒组成，绕组端部为篮式结构，并且由连接线连接成规定的相带组。绕组绝缘采用少胶VPI绝缘，绝缘等级为F级，表面有防晕处理措施。

线棒由绝缘空心股线和实心股线混合编织换位组合而成。

定子线棒是通过空心股线中的水介质来冷却的。冷却水从励端的汇流管和绝缘引水管并通过线棒端头的水接头进入线圈，冷却线圈后再经过汽端的绝缘引水管和汇流管排入外部水系统。

定子环形引线的冷却水从励端汇流管和绝缘引水管进入引线，冷却引线后通过励端绝缘引水管和引线汇流管排入外部水系统。

第2部分   定子绕组槽部固定

定子线棒在槽内有良好的固定，侧面有半导体波纹板，径向还有波纹板和带斜度的槽楔组合固定。

定子绕组槽内固定示意图

第3部分   定子绕组端部固定

定子绕组端部用浸胶无纬玻璃纤维带绑扎固定在由绝缘支架和绑环组成的端部固定件上，绑扎固定后进行烘焙固化，使整个端部在径向和周向成为一个刚性的整体，确保端部固有频率远离倍频，避免运行时发生共振 。

轴向可沿支架滑销方向自由移动，减少由于负荷或工况变化而在定子绕组和支撑系统中引起的应力，满足机组调峰运行的要求。

定子端部结构示意图

第六节   定子出线

发电机各相和中性点出线均通过励端机座下部的出线罩引出机外。

出线罩板采用非磁性材料制成，以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方设有排泄孔，以防止引出线周围积存油或水。

定子出线通过高压绝缘套管穿出机壳引出机外。高压绝缘套管由整体的陶瓷和铜导电杆组成。铜导电杆的两端导电面镀银处理。高压绝缘套管上(发电机外侧)装有电流互感器供测量和保护用。

整个定子出线装配采用氢气冷却，冷却风路如图所示。氢气从铜导电杆上端的进风口进入导电杆的外侧，在底部折回导电杆的内侧，通过上部一特殊接头排入过渡引线，再由固定过渡引线的空心瓷套管排入出线罩的夹层风道后进入内外端盖间的低压风区。

定子出线结构及通风示意图

第七节   转子

                         第1部分  转轴

转轴由整锻高强度、高磁导率合金钢加工而成。

转轴锻件根据有关标准和规范订货。对锻件的化学成分、机械性能及磁性能进行测试并进行超声波探伤。

转轴本体上加工有放置励磁绕组的轴向槽，本体同时作为磁路。转轴具有传递功率、承受事故状态下的扭矩和高速旋转产生的巨大离心力的能力。

转轴大齿上加工横向槽(即月牙槽)，用于均衡大、小齿方向的刚度，以避免由于它们之间的较大差异而产生倍频振动。

第2部分   转子绕组

转子绕组采用具有良好的导电性能、机械性能和抗蠕变性能的含银铜线制成。

转子绕组槽部采用气隙取气斜流通风的内冷方式。利用转子自泵风作用，从进风区气隙吸入氢气。通过转子槽楔后，进入两排斜流风道，以冷却转子铜线。氢气到达底匝铜线后，转向进入另一排风道，冷却转子铜线后再通过转子槽楔，从出风区排入气隙。

转子绕组端部采用冷却效果较好的“两路半”风路结构。一路风从下线槽底部的副槽进入转子本体部分的端部风路，另一路风从转子线圈端部的中部进入铜线风道，再从转子本体端部排入气隙。为了加强后一路风的冷却效果，在这路风的中途再补入半路风，即形成“两路半”的风路结构。

转子线圈放入槽内后，槽口用铝合金槽楔和钢槽楔固紧，以抵御转子高速旋转产生的离心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的应用保证了合理的磁通分布。

转子槽衬用含云母、玻璃纤维等材料的复合绝缘压制而成，具有良好的绝缘性能和机械性能。

槽衬内表面和端部护环绝缘内表面涂具有低摩擦系数的干性滑移剂，使转子铜线在负荷及工况变化引起热胀冷缩时可沿轴向自由伸缩，以满足发电机调峰运行的要求。

转子绕组本体气隙取气风路示意图

转子绕组端部两路半通风示意图

第3部分   转子引线和集电环

通过转子引线与集电环以及电刷装置可以提供发电机额定出力及强励时所需的励磁电流。

转子绕组通过转子引线、导电杆及导电螺钉与集电环相连接。导电螺钉用高强度和高导电率铜合金制成。导电螺钉与转轴之间有密封结构以防漏氢。

集电环用耐磨合金钢制成，与转轴采用热套装配。在集电环与转轴之间设有绝缘套筒。

集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。

两集电环间有同轴离心式风扇对集电环及电刷进行强迫冷却。

转子引线与集电环结构示意图

第4部分   护环、中心环、阻尼环

因为转子旋转时，转子线圈端部受到强大的离心力，为了防止对转子线圈端部的破坏, 采用了用非磁性、高强度合金钢（Mn18Cr18）锻件加工而成的护环来保护转子线圈端部。护环分别装配在转子本体两端，与本体端热套配合，另一端热套在悬挂的中心环上。转子线圈与护环之间采用模压的绝缘环绝缘。为了隔开和支撑端部线圈，它们之间由于温差和离心力引起的位移，端部线圈间放置了模压的环氧玻璃布绝缘块。

中心环对护环起着与转轴同心的作用，当转子旋转时，轴的挠度不会使护环受到交变应力作用而损伤。中心环还有防止转子线圈端部轴向位移的作用。

为减少由于不平衡负荷产生的负序电流在转子上引起的发热，提高发电机承担不平衡负荷的能力，在转子本体两端(护环下)和槽内设有全阻尼绕组。

全阻尼环结构示意图

第八节   端盖

端盖既是发电机外壳的一部分，又是轴承座，为便于安装，沿水平方向分为上下两半。端盖与机座的配合面及水平合缝面上开有密封槽，以便槽内充密封胶，密封机内氢气。

端盖结构示意图

端盖由钢板焊成，具有足够的强度和刚度，以支撑转子，同时承受机内氢气压力甚至氢爆产生的压力。

第九节   轴承与油封

1、轴承

轴瓦结构示意图

发电机采用端盖式轴承。轴瓦采用椭圆式水平中分面结构。轴承与轴承座(端盖)的配合面为球面，以使轴承可以根椐转子挠度自动调节自已的位置。

励端轴承设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤轴颈和轴承合金。

润滑油来自汽轮机供油系统。起动和停机时的低转速下提供高压顶轴油以避免损伤轴承合金。

2、油封

转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来实现的。油密封采用单流环

式结构。

密封瓦采用瓦体上浇注轴承合金制作而成，装配在端盖内腔中的密封座内。密封瓦分为上下两半，径向和轴向均用卡紧弹簧箍紧。密封瓦径向可随转轴浮动。与密封座上下均设有定位销，可防止密封瓦切向转动。

压力密封油经密封座与密封瓦之间的油腔，流入密封瓦与转轴之间的间隙，沿径向形成油膜，防止氢气外泄。密封油压高于机内氢气压力0.055MPa左右。流向机内的密封油经端盖上的排回到氢侧油箱；流向机外的密封油与润滑油混在一起，流入轴承排。

该系统具有配置简单，运行维护方便的特点。尤其在油系统中设置有真空净油装置，能有效去除油中水分，对保持机内氢气湿度有明显的作用。

励端油密封设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤转轴。

第十节   冷却器包

冷却器包由钢板焊接而成，单件焊完后，须承受1.0MPa的水压试验，所有气密焊缝须承受0.78MPa的气密试验，具有足够的强度与良好的气密性。冷却器包置于机座两端顶部，在现场安装时，将冷却器包与机座之间用螺栓联接后再焊气密焊缝。

第十一节   氢气冷却器

氢气冷却器置于发电机机座顶部冷却器包内。

氢气冷却器与机座之间的密封结构，既可密封氢气，又可在氢气冷却器因温度变化而胀缩时起到补偿作用，保证运行时具有良好的密封性能。氢气冷却器的水箱结构，满足发电机在充氢状态下，可打开水箱清洗冷却水管。当氢气冷却器进出水管与外部水管拆开后，氢气冷却器就可以从发电机中抽出。

氢气冷却器的容量设计是按以下条件考虑的：

(1)5％的冷却水管堵塞时，发电机可以在额定出力下连续运行。

(2)一个氢气冷却器退出运行时，允许发电机带80％负荷连续运行。

第十二节   电刷与刷架

电刷是将励磁电流通入高速旋转的转子的关键部件。

为保证发电机在运行时能安全、迅速地更换电刷，采用了盒式刷握结构，每次可更换一组(4个)电刷。

电刷采用天然石墨材料粘结制成，有较低的磨擦系数和一定的自润滑作用。每个电刷带有两根柔性的铜引线(即刷辫)。螺旋式弹簧恒定地将压力施加在电刷中心上。

刷辫

绝缘手柄

电刷

弹簧

刷架采用左右分瓣把合结构，由导电环、刷座及风罩等部件组成，对地绝缘。

盒式刷握结构

盒式电刷结构

电刷

刷盒

刷握

保持器

电刷室