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1、QFSN-600-2 型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理簡介 2016年 1月 袁琦 一、概述 我公司發(fā)電機(jī)是上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司在引進(jìn)西屋 600MW汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組設(shè)計 基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計的產(chǎn)品，型號為 QFSN-600-2型汽輪機(jī)直接拖動、二極、三相同步 汽輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫，采用機(jī)端自并勵靜止勵磁。 水氫氫冷卻方式 ：定子線圈（包括定子引線）直接水冷、轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷（氣 隙取氣方式），定子鐵心氫冷。發(fā)電機(jī)采用密閉循環(huán)通風(fēng)冷卻。集電環(huán)和電刷空 氣冷卻。 軸承為強(qiáng)迫潤滑（由汽機(jī)潤滑油系統(tǒng)供油）。 發(fā)電機(jī)配有氫油水控制系統(tǒng)，以提供和控制發(fā)電機(jī)冷卻用氫氣，密封油和定子線 圈冷卻用水。 發(fā)電機(jī)型號

2、表示意義： Q汽輪機(jī)拖動 F發(fā)電機(jī) S定子繞組水冷 N轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷 600額定 容量 2兩極 二、 QFSN-600-2型發(fā)電機(jī)額定參數(shù) 額定容量 /功率 667MVA/600MW 額定電壓 20KV 額定電流 19245A 功率因數(shù) 0.9 （滯后） 轉(zhuǎn)速 3000r/min 頻率 50Hz 相數(shù) 3 額定氫壓 0.4MPa（最高 0.44） 勵磁方式 自并勵靜止勵磁 出線端子數(shù) 6 絕緣等級 F級（溫升按 B級考核） 漏氫量 Nm3/24h 三、工作原理： 按照電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電動勢，這是發(fā)電機(jī)的基本工作原理。 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)動。

3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞 組內(nèi)通入直流電流后，便建立一個磁場，這個磁場稱主磁極，它隨著汽輪發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其磁通自轉(zhuǎn)子的一個極出來，經(jīng)過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、進(jìn)入 轉(zhuǎn)子另一個極構(gòu)成回路。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，發(fā)電機(jī)磁極旋轉(zhuǎn)一周，主磁極的磁力線在定子鐵芯內(nèi)的 U、 V、 W三相繞組（導(dǎo)線）依次切割，在定子繞組內(nèi)感應(yīng)的電動勢正好變化一次，亦即 感應(yīng)電動勢每秒鐘變化的次數(shù)，恰好等于磁極每秒鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有一對磁極（即 1個 N極、一個 S極），轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞 組中的感應(yīng)電動勢正好交變一次（假如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為 P對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周， 定子繞組中感應(yīng)電動勢交變 P次）。當(dāng)汽輪機(jī)以每分鐘

4、 3000轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子每秒鐘要旋轉(zhuǎn) 50周，磁極也要變化 50次，那么在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢 也變化 50次，這樣發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以每秒鐘 50周的恒速旋轉(zhuǎn)，在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng) 出相位不同的三相交變電動勢，即頻率為 50Hz的三相交變電動勢。這時若將發(fā)電 機(jī)定子三相繞組引出線的末端（即中性點(diǎn)）連在一起。繞組的首端引出線與用電 設(shè)備連接，就會有電流流過，這個過程即為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 的過程。 發(fā)電機(jī)剖視圖 四、汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 發(fā)電機(jī) 主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件組成，具體的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)見上圖， 火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)皆采用二極、轉(zhuǎn)速為 3000r/min的臥式

5、結(jié)構(gòu)。 發(fā)電機(jī)定子： 發(fā)電機(jī)定子主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。 機(jī)座是用鋼板焊成的殼體結(jié)構(gòu)，它的作用主要是支持和固定定子鐵芯和定子繞組。 此外，機(jī)座可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸力。 端蓋是發(fā)電機(jī)密封的一個組成部分，結(jié)構(gòu)如圖所示。為了安裝、檢修、拆裝方便， 端蓋由水平分開的上下兩半構(gòu)成，并設(shè)有端蓋軸承。 軸瓦： 采用橢圓式水平中分面結(jié)構(gòu)，軸瓦外園的球面形狀保證了軸承有自調(diào)心的 作用。在轉(zhuǎn)軸穿過端蓋處的氫氣密封是依靠油密封的油膜來保證。密封瓦為銅合 金制成，內(nèi)圓與軸間有間隙，裝在端蓋內(nèi)圓處的密封座內(nèi)。密封瓦分成四塊，在 徑向和軸向均有卡緊彈簧箍緊，盡管密封瓦在徑向可以隨軸一

6、起浮動，但在密封 座上下均有銷子可以防止它切向轉(zhuǎn)動。密封油經(jīng)密封座和密封瓦的油腔流入瓦和 軸之間的間隙沿徑向形成油膜以防止氫氣外泄，在勵端油密封設(shè)有雙層對地絕緣 以防止軸電流燒傷轉(zhuǎn)軸 。 在機(jī)殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機(jī)通風(fēng)（氫氣）系統(tǒng)的一部分。由于發(fā)電機(jī) 定子采用徑向通風(fēng)，將機(jī)殼和鐵芯背部之間的空間沿軸向分隔成若干段，每段形 成一個環(huán)形小風(fēng)室，各小風(fēng)室相互交替分為進(jìn)風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)。這些小室用管子相 互連通，并能交替進(jìn)行通風(fēng)。氫氣交替地通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，再集中起來通 過冷卻器，從而有效地防止熱應(yīng)力和局部過熱 機(jī)座隔振 定子彈性支撐： 為了減小由于轉(zhuǎn)子磁通對定子鐵芯的磁拉力引起 的雙頻振動，

7、以及短路等其它因數(shù)引起的定子鐵芯振動對機(jī)座和基礎(chǔ)的影響，在 定子鐵芯和機(jī)座之間采用臥式彈性隔振結(jié)構(gòu)。彈性隔振結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：在 定位筋的背部裝彈簧板，彈簧板通過墊塊，用螺栓固定在定位筋的背部，彈簧板 中部與機(jī)座內(nèi)的隔板相連，構(gòu)成彈性隔振結(jié)構(gòu)。 定子鐵芯： 定子鐵芯是構(gòu)成發(fā)電機(jī)磁路和固定定子繞組的重要部件。為了減少鐵 芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用導(dǎo)磁率高、損耗小、厚度為 0.5mm的優(yōu)質(zhì)冷 軋硅鋼片沖制而成。每層硅鋼片由數(shù)張扇形片組成一個圓形，每張扇形片都涂了 耐高溫的無機(jī)絕緣漆。通過球墨鑄鐵壓圈施壓，夾緊成一個剛性圓柱形鐵芯，用 定位筋固定在內(nèi)機(jī)座上。齒部是通過壓圈內(nèi)側(cè)的非磁性壓指來壓

8、緊。邊段鐵芯涂 有粘接漆，在鐵芯裝壓后加熱，使其粘接成一個牢固的整體，進(jìn)一步提高鐵芯的 剛度。 定子繞組： 汽輪發(fā)電機(jī)主要采用三相雙層繞組，并采用短距分布式疊繞組，定子 繞組的端部由絕緣線棒在端部聯(lián)結(jié)成的線圈，由引線環(huán)連接成固定的相帶。采用 連續(xù)式 F級環(huán)氧粉云母絕緣系統(tǒng)，表面進(jìn)行防暈處理。軸向可沿支架滑銷方向自 由移動，減少由于負(fù)荷或工況變化而在定子繞組和支撐系統(tǒng)中引起的應(yīng)力，滿足 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的要求。定子線棒由矩形的空心和實心股線混合編織而成，定子繞 組就是通過空心股線中的水介質(zhì)來冷卻的。定子線棒端部的所有股線均焊接到水 電接頭上，所有空心股線中的冷卻水通過水電接頭的水路接至靠滑環(huán)端的匯流

9、母 管，并經(jīng)絕緣引水管進(jìn)入線圈。在發(fā)電機(jī)的集電環(huán)端設(shè)有一條進(jìn)水母管；在汽機(jī) 端部設(shè)有一條出水母管。冷卻水流通道為單向型，即從集電環(huán)端流向汽機(jī)端。 發(fā)電機(jī)出線： 發(fā)電機(jī)各相和中性點(diǎn)出線均通過集電環(huán)端機(jī)座下部出線罩引出機(jī)座， 在出線罩與定子外機(jī)座之間放置有密封墊以維持氣密性。出線罩板采用非磁性材 料以減少定子電流產(chǎn)生的渦流損耗。出線罩板下方開有排泄孔以防止引線周圍積 存油或水。 定子主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。 定子出線及氫冷回路如下圖所示。定子出線通過高壓絕緣套管穿出機(jī)殼外，套管 由整體的陶瓷和銅導(dǎo)電桿組成，導(dǎo)電桿兩端鍍銀。過渡引線及出線套管均采用氫 氣內(nèi)冷，套管上裝有電流互

10、感器供測量和保護(hù)用。氫氣從銅導(dǎo)電桿上端的進(jìn)風(fēng)口 進(jìn)入導(dǎo)電桿內(nèi)管，在底部轉(zhuǎn)入雙層銅管的環(huán)形空間，通過上部一特殊接頭排入過 渡引線，再由固定過渡引線的空心磁套管排入出線罩的夾層風(fēng)道后進(jìn)入內(nèi)外端蓋 間的低壓風(fēng)區(qū)。 測溫元件和出線板： 為監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子繞組、線棒、鐵芯、軸承及冷卻器等各 重要部位的運(yùn)行溫度，在這些部位埋置了多只熱電阻、熱電偶測溫元件，通過導(dǎo) 線連接到溫度巡檢裝置，在運(yùn)行中進(jìn)行監(jiān)控，所有機(jī)內(nèi)的檢溫計均通過機(jī)座下部 的接線端子板引出，并通過微機(jī)進(jìn)行顯示和打印。 轉(zhuǎn)子本體： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由一根整體合金鋼鍛件加工而成，在轉(zhuǎn)子本體上徑向地 開有許多縱向槽用于安裝轉(zhuǎn)子繞組，同時作為磁路 。 轉(zhuǎn)子繞

11、組： 轉(zhuǎn)子繞組由高強(qiáng)度含銀銅線制成，具有較高的抗蠕變能力，從而提高 了發(fā)電機(jī)承擔(dān)調(diào)峰負(fù)荷的能力。為防止由于離心力的作用，對轉(zhuǎn)子繞組端部產(chǎn)生 破壞，轉(zhuǎn)子線圈放入槽內(nèi)后，槽口用鋁合金槽楔和鋼槽楔固緊，以抵御轉(zhuǎn)子高速 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。 轉(zhuǎn)子引線和集電環(huán)： 通過轉(zhuǎn)子引線與集電環(huán)以及電刷裝置，可以給發(fā)電機(jī)提供 額定出力及強(qiáng)勵時所需的勵磁電流。轉(zhuǎn)子電流通過電刷通入熱套在轉(zhuǎn)子外伸端的 集電環(huán)，再通過與集電環(huán)相聯(lián)接的徑向和軸向?qū)щ娐輻U傳到轉(zhuǎn)子繞組，集電環(huán)用 耐磨合金鋼制成，是一對帶溝槽的鋼環(huán)，經(jīng)絕緣后熱套在轉(zhuǎn)子軸上的。在集電環(huán) 與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有絕緣套筒。集電環(huán)上加工有軸向和徑向通風(fēng)孔。表面的螺旋溝可 以改善電

12、刷與集電環(huán)的接觸狀況，使電刷之間的電流分配均勻 碳刷： 碳刷是將勵磁電流投入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組的關(guān)鍵部件。為了能在發(fā)電機(jī) 運(yùn)行時安全、迅速地更換電刷，采用了盒式刷握結(jié)構(gòu)。每次可換一組（ 4個）電 刷。電刷是由天然石磨材料粘結(jié)制成。碳刷具有低的摩擦系數(shù)和自潤滑作用。每 個碳刷帶有兩柔性的銅引線（即刷辮）。采用恒壓式彈簧徑向地裝在刷盒上，從 而在電刷長度達(dá)到磨損極限之前沒必要調(diào)整彈簧壓力。彈簧的壓力施加在碳刷中 心線上。刷架采用左右分瓣把合結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)電環(huán)、刷座及風(fēng)罩等部件組成，對地 絕緣，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 轉(zhuǎn)子主要由導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子繞組、導(dǎo)磁的鐵心以及轉(zhuǎn)子軸伸、護(hù)環(huán)、中心環(huán) 和風(fēng)扇等組成。 電刷的更換： 正常操作條件下，電刷磨損量在 1000小時時為 10 15mm，當(dāng)電刷長 度達(dá)到接近磨損極限時，電刷軟導(dǎo)線處于幾乎完全伸長的狀態(tài)。因此，在電刷上 標(biāo)有一條磨損極限，如果電刷磨損超過這條線，將不能繼續(xù)使用，需進(jìn)行更換。 謝謝大家！ 二 0一六年一月