THDF125/67百万千瓦级汽轮发电机的技术特点 摘要：百万千瓦机组由于具有良好的经济性而成为电力工业和电机制造业的发展重点。通过对国内首台1000MW汽轮发电机在制造、安装、调试及投产运行后有关情况的了解，详细介绍了发电机的及其辅助系统的主要设计参数、实际运行参数、主要结构特点以及运行方式等方面内容，供同行全面了解上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子公司技术制造的具有国际先进水平的THDF126/67型百万级汽轮发电机。
关键词：汽轮发电机 技术参数 结构特点
国内首台1000MW超超临界燃煤机组于2006年11月28日在华能玉环电厂正式投产运行，标志着我国电站设计制造水平和电力工业技术等级已达到世界先进水平。该机组的汽轮发电机是由上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子公司技术设计生产的，机组投产后，发电机运行稳定，各项技术指标均优于设计值。
1. 主要技术数据
1.1 发电机主要数据
型 号：THDF-125/67
额定容量：1056 MVA
额定功率：950MW
最大连续输出功率：1000MW
定子电流：22581A
功率因数：0.90
氢 秭归县委书记压：0.5Mpa（表压）
额定转速：3000 r/min
相 数：3
接 法：YY
频 率：50HZ
短 路 比：0.5
稳态I2（标幺值）：6％
暂态I22t：6秒
效 率(%)：98.99％
励磁方式：无刷励磁
发电机转子转动惯量：16180kgm3
惯性时间常数：0.76kWS/kVA
突然短路力矩：2.41×107NM
发电机转子临界转速：一次 720 r/min
二次 2100 r/min
冷却方式：水氢氢
冷氢进口温度：≤46℃
风 量：33米3/秒
风扇压头：35千帕（等效空气中）
氢冷却器进水温度：35℃
二乙二醇二丁醚
氢冷却器额定容量：9400kW 关闭1/4台冷却器，发电机允许在额定氢压下仍可输出800MW
冷却水量：120米3/时
冷却水压降：0.15～0.2兆帕
冷却水最高进水温度：50℃
发电机转子重量：88吨
定子（带冷却器）：520吨
1.2 励磁系统技术数据
1.2.1 主励磁机数据
型 号：机械效率教学设计ELR70/90-30/G-20N
额定容量: 4500kW
额定电压：600V
额定电流：7500A
额定频率：150HZ
额定转速：3000r/min
冷却方式：空冷
绝缘等级：F
接线方式: 6Y
励磁电压（75℃）: 79V
励磁电流: 151A
1.2.2 副励磁机数据
型 号：ELP50/42-30/16
额定容量: 65kVA
额定电压：220V
额定电流：195A
额定频率：400HZ
额定转速：3000r/min
冷却方式：空冷
绝缘等级：F
接线方式: 8Y
相 数：3
极 数：16
励磁方式：永磁
1.3.3 旋转励磁装置数据
额定输出功率：4700kW
额定电压：600V
额定电流：7500A
承受最大反向电压/二极管：2600V
每回路串联二极管数：1
桥臂数：6
每桥臂并联二极管数：20
2. 发电机实际运行参数
华能玉环电厂1号发电机满负荷运行后各项参数均好于设计值，具体运行参数如表1:
表1 发电机实际运行值、设计值、报警值、保护设定值
序号 | 项目 | 单位 | 运行值 | 设计值 | 报警值 | 发电机保护设定值 |
1 | 发电机有功功率 | MW | 999.8 | 1000 | | |
2 | 发电机无功功率 | MVA | 235.8 | | | |
3 | 频率 | HZ | 50 | 50 | | |
上海新型建材矿棉厂4 | 定子A相电流 | kA | 21.9 | 22.581 | | |
5 | 定子B相电流 | kA | 22.1 | 22.581 | | |
6 | 定子C相电流 | kA | 21.9 | 22.581 | | |
7 | 定子电压 | kV | 27 | 27 | | |
| 伊犁师范学院学报 8 | 定子线圈槽内层间温度 | ℃ | 65.9 | ＜90 | | |
9 | 定子线梆汽端总出水管温度 | ℃ | 63.6 | ≈70 | 85 | |
10 | 定子绕组进水温度 | ℃ | 40.3 | ≈48 | 53 | 58 |
11 | 定子绕组出水温度 | ℃ | 66.8 | 70 | 75 | |
12 | 内冷水导电率 | μs/cm | 0.15 | ＜2 | 2 | |
13 | 补充水电导率 | μs/cm | 0.03 | ＜1 | 1 | |
14 | | ℃ | 72.8 | ≈105 | 120 | |
15 | 定子铁芯端部磁屏蔽温度 | ℃ | 66 | ≈105 | 120 | |
16 | 发电机氢冷器出口处冷氢温度 | ℃ | 39 | ≈43 | 48 | 53 |
17 | 发电机氢冷器进口处热氢温度 | ℃ | 64 | ＜84 | 88 | |
18 | 发电机氢气压力 | Mpa | 0.482 | 0.5 | | |
19 | 发电机氢气纯度 | ％ | 99.22 | 98 | 95 | |
20 | 发电机氢气湿度 | ℃ | －7.37 | <0 | | |
21 | 煤泥烘干机 | | | | | www.0375home |
22 | 球磨机衬板 | | | | | www.pjwyx |
23 | 木材切片机 | | | | | hgj |
| | | | | | |
3. 发电机的特点
THDF125/67型发电机采用德国西门子公司的最新技术，性能优良，发电机出力裕度大。该发电机能完全满足额定功率1000MW和MCR工况的要求，并有一定裕度，同时还有以下显著特点： （1）效率高。当采用无刷励磁时，在1000MVA、COSФ为0.9工况时，发电机效率的工厂试验值为99.01％；在1112MVA、COSФ为0.9工况时，发电机效率的设值为98.97％。
（2）励磁电流和励磁容量小。在1112MVA、COSФ为0.9时的励磁电流、励磁电压分别只有5887A和437V，提高了效率，降低了转子绕组温升。无刷励磁机的强励电压为820V，强励顶值电压不小于1.8倍。
（3）定子电压高，定子电流和电磁力小。该发电机定子电压高（27kV），与其它同类发电机相比，定子电流和电磁力小，发电机出水温升低。
4. 主要结构及其特点
发电机为两极隐极式转子，定子绕组采用水直接冷却，转子绕组、相连结线和出线套管均采用氢气直接冷却。发电机其它部件的损耗，如铁芯损耗、风摩损耗以及杂散损耗产生的热量，均由氢气带走。
4.1.定子机座
定子机座采用内、外机座结构形式。定子机座为气密型、耐压力的焊接结构。在机座内由圆环和轴向筋，确保机壳的钢度。含轴密封和轴承部件的端盖栓接到定子机座上。定子铁芯是分段的，设有弹簧板，弹性支撑定子铁芯。定子铁芯由七个环笼固定，通过弹簧板焊接固定到机座上。弹簧板在铁芯左右两侧各布置六个，铁芯底部布置四个水平稳定弹簧，如此布置和调整弹簧，可以使磁场引起的铁芯振动不会传递到机座和基础上。冷却定子铁芯和励端转子绕组的冷氢通过焊接固定在机壳内表面的通风管流动。冷却器罩安装在定子机座的汽端，包括档环、档环支架和氢气冷却器，冷却器垂直安装在位于汽端的冷却器端罩中。在定子机座内的顶部和底部布置有充入二氧化碳和氢气的汇流管，这些汇流管在定子机座壳下部并排连接。在励端的机座下部布置有发电机出线盒，出线盒由非磁性钢板制成，发电机出线由出线盒接出。
4.2定子铁芯
定子铁芯内径1410mm、外径3280mm、长度6700mm。铁芯由多层0.5mm厚的M270-50A高硅成分伞形片交错叠压在压圈上制成，通过齿压板和非磁性的穿心螺杆将铁芯压紧，并通过燕尾型支持筋装到支撑环上。压圈上焊接有压指，用于将压力从压圈传递到铁芯上。压指延伸至铁芯齿部，从而保证齿部区域也由足够的压紧力。完成铁芯叠压和夹紧后，将支持筋插入铁芯外圆的槽内，两端焊接到压圈上。支持筋与铁芯绝缘，为保证整个铁芯充分接地，在其中一根支持筋的槽内插入一根铜线。为保证充分散热，铁芯中有若干贯通轴向孔，使励端冷风流经这些孔到达汽端。
在铁芯端部采用阶梯式结构，可减少涡流损耗和局部发热。阶梯处硅钢片表面涂有粘接漆，使端部形成一个很好的整体。
定子端部采用齿压板和压圈压紧，在齿压板和压圈处都设计有通风道，使冷风能够进入，保证冷却效果。在压圈的外侧设有由硅钢片叠装成的磁屏蔽，磁屏蔽上也有径向通风道，已使冷风通过进行冷却，且内圆表面呈阶梯型，使发电机附加损耗小、温度低、进相能力提高。
4.3定子绕组
三相定子绕组为为独立线棒组成的分数极距双层绕组，每个定子槽中嵌有两个线棒，定子2极、42槽。线槽内固定采用侧面波纹板，槽低均压和楔下波纹板固定，见图1。定子槽中上层线棒和下层线棒相互换位，换位距离为一个绕组节距，并在端部连接成线圈组。线圈组通过定子机座内的相间连接线连接在一起。见图2。
线棒由多股小矩形截面导线组成，空心导线截面为14×4mm,实心导线截面为14×1.8mm 。小矩形截面导线采用编织玻璃纤维绝缘，并在定子槽内并排布置，各层之间通过排间垫条相互绝缘。在直槽部分股线以540º交叉换位。在相间换位交叉点上，采用
1－定子铁芯；2－槽楔；3－滑动垫条；4－顶部波纹弹簧；5－填隙垫条；6－顶部垫条；7－冷却风道；8－实心导线；9－侧面中间垫条；10－上层线棒；11－中间垫条；12高行建－下层线棒；13－Micalastic绝缘；14－低导电性侧面波纹垫条；15－低导电性均压垫条
图1：定子槽内布置
图2：定子绕组导线连接
绝缘垫条加强绝缘缘。线棒断面上由5股空心奥式体钢导线和25股实心铜导线组成。在线棒端部实心铜导线钎焊至铜接头上，空心铜导线钎焊至水盒上，水盒通过聚四氟乙烯绝缘软管与总汇水管相连，汇水总管与机座绝缘。上层线棒盒下层线棒之间的电气连接通过铜接头螺栓进行电连接。
相间连接线由铜管制成，采用氢气直接冷却。铜管外部采用半搭接的树脂云母带包裹，然后再用收缩形胶带包裹。相间连接线和定子绕组之间采用螺栓连接。
定子绕组采用西门子公司的MICALASTIC绝缘，西门子公司采用该绝缘系统已有近五十年的历史。该工艺将股线布置在一起形成紧凑的组件并固化成规定的形状，然后将线棒组件与环氧树脂烘培在一起，在槽部部分的线棒外表面采用聚酯树脂浸渍的玻璃纤维胶带层作为最终保护，主绝缘单边厚度6.5mm。在端部线匝上和开槽部分缠绕多层半搭接的云母胶带。云母胶带具有一层薄的高强度衬底材料，云母通过合成树脂粘合在衬底材料上。然后将缠好胶带的线棒在真空下烘干并用环氧树脂浸渍，再用氮气对其加压。最后，将线棒装入模具中，加工成规定的尺寸，并放入烘箱在高温下对其进行固化。为使绝缘层和和定子槽壁之间的电晕放电最小，在定子槽区域的绝缘上涂一层耐磨、含石墨的高弹性导电清漆
做为保护层，保护层外粘合有一层半导体的聚酯垫。为防止线棒端部电晕，在槽口区域涂有半导体涂层。经过上述工序后，即可将其安装到定子铁芯的矩形槽中，所有间隙与间隔都填塞能够浸渍的玻璃纤维编织的衬垫。
1－换位垫条（云母板）；2－成形垫条（云母板）；3－空心导线（奥式体钢）；4－排间绝缘（环氧树脂）；5－MICALASTIC绝缘（真空环氧树脂浸渍的绝缘）；6－外防晕层（导电聚酯胶带）；7－内部电位控制（半导体带）；8－股线绝缘（编织的玻璃纤维绝缘）
图3：MICALASTIC绝缘结构
MICALASTIC绝缘具有以下技术特点：
（1） MICALASTIC为绕组提供了可靠的绝缘，从线棒一端到另一端进行连续绝缘，提高了绕组耐受过电压的水平，也可防止高压试验时，可能在槽口出现的高应力影响，具有良好的电气寿命。
