THDF 125-67发电机论文

THDF 125/67百万千瓦级水氢氢发电机

袁建华梁旭彪顾守录熊启谋

(上海汽轮发电机有限公司，上海200240)

[摘要]本文介绍了上海汽轮发电机有限公司从SIEMENS公司引进的THDF 125/67百万千瓦级水氢氢发电机技术规范、性能和主要结构特点，经过积极消化、吸收和国产化工作，已进入批量生产制造阶段，该型发电机性能优良，达到了国际先进水平。

关键词百万千瓦级发电机

1．前言

随着我国经济建设的快速发展，推动了我国电力工业的发展，从50-60年代几千千瓦的发电机设备到70-80年代100MW-300MW机组，再发展到20世纪90年代600MW等级机组，电力设备经历了不断的快速发展。进入21世纪，国家经济进一步快速发展和增长，加快了对电力的需求，使得国家电力发展出现了新一轮的快速发展需求，也使得电力向材料及能源利用率高、效率高、技术含量高的超大容量发电机组需求发展。国外发达国家，百万级火电技术已有较成熟经验，而国内装备制造业在此领域还是刚处于起步阶段。高技术含量的百万千瓦级单轴全速火电机组国际上有十几台运行业绩，各方面性能及经济效益很好，因此百万千瓦级火电受到了国内用户的欢迎，得到了全面发展的机遇和空间.

SIEMENS百万千瓦级发电机具有非常好的技术和运行经验，已有8台3000 r/min百万千瓦级发电机在国际上投入运行,处于国际领先水平。上海汽轮发电机有限公司依托SIEMENS 公司百万千瓦级发电机的先进技术，从2001年分包制造该型号发电机再到2003年全面引进，经过长期的研究、消化、吸收和国产化工作，已完全拥有该百万千瓦级发电机的先进技术以及生产制造能力（目前已承接订单6台，4台正在制造），并已进入批量生产制造阶段，成为国内首家拥有国际先进水平的单轴全速百万千瓦级发电机技术及生产制造能力的厂家。

THDF 125/67发电机采用德国SIEMENS集团的最新技术，性能优良，为具有国际先进水平的成熟产品，发电机出力裕度大。THDF 125/67发电机的原设计容量为1150MV A ，功率因数0.85，定子电压27 kV，氢压0.5MPa。SIEMENS公司在2001年针对该型发电机进行了1150MV A的型式试验（type test），同时为满足外高桥火电站二期1#机的需要，也进行了1000MV A 功率因数0.9工况下的试验。该发电机为水氢氢冷却方式，即：定子绕组水内冷，转子绕组和定子主出线氢内冷，铁心轴向氢气冷却。

2.发电机主要技术规范和性能特点

型式全封闭自通风，水氢氢冷却，隐极式汽轮发电机。

额定容量1000MW（1112 MV A）

功率因数0.9

额定电压27 kV

额定电流23778 A

转速3000 r/min

频率50 Hz

相数 3

短路比0.48

冷却方式定子绕组水内冷，转子氢内冷，铁芯轴向氢冷

氢压0.5 MPa (g)

绝缘等级 F 级（B级温升）

负序能力I2=6 %

I22t = 6 s

该发电机的主要数据见下面表1和表2

表1 THDF 125/67发电机主要技术数据

表2 典型容量下的温度数据

该发电机完全能够满足额定功率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1000MV A cosφ=0.9工况时的工厂试验值为99.01% ；在1112MVA cosφ=0.9工况时的设计值为98.97%

2）励磁电流和励磁容量小

在1112MV A cosφ=0.9时的励磁电流、励磁电压分别只有5887 A 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。采用静态励磁时，轴系较短，强励顶值电压不小于2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），与其他同类型发电机相比，定子电流和电磁力小，发电机出水温升低。

3. 发电机主要结构特点

3.1 总体结构和通风冷却

氢气借助于位于汽端转子端部的多级轴流风扇在具有封闭系统的发电机内作循环（见图1）。风扇将气隙及铁芯中的热气抽出，再流向冷却器。在经过冷却器冷却后，风路被分成以下几部分:

风路1：冷气由定子机座中的通风管通至励端的端部绕组区域，在那里冷气在进入铁芯中的轴向孔之前沿着齿压板流动。因此，齿压板和压圈上都设计有风道，以使冷气能够沿着齿压板流进定子铁芯端部的阶梯区域。沿着铁芯中的轴向孔从励端到汽端通过定子铁芯的风路，吸收了定子铁芯所产生的热量，气体沿着齿压板上的风道进入定子端部绕组区域，被轴流风扇抽出，流向冷却器。

风路2：冷气由风扇座的下方进入转子端部绕组区域直接冷却汽端那半边的转子绕组，冷却转子绕组的气体通过绕组端部的进风孔进入直线导体的通风道，沿着导体的轴向风道流向转子本体的中心，然后热气通过导体上的径向风道从转子槽楔孔流入气隙。冷却绕组端部的气体通过端面后，再经导体流向磁极的中心附近，在出风区气体汇合，然后经转子本体端部的出风口流入气隙。

风路3：氢气进入励端的端部绕组区域直接冷却励端半边的转子绕组。由于冷却气体流动路线的对称结构，励端半边的转子绕组的冷却过程与汽端半边的转子绕组相同，热气也流向转子的中心然后排入气隙。

图1 发电机总体结构和通风系统

3.2 定子机座和定子铁芯

定子机座与定子铁芯制造并行进行。在嵌线之前，铁芯通过弹簧板装到定子机座上。定

子外机座为气密、耐压的焊接构件，放置定子铁芯、定子绕组和氢冷却器，氢冷却器垂直布置于汽端的冷却器端罩内。外机座内侧的周向和轴向筋笼确保壳体刚度。含轴密封和轴承部件的端盖栓接到定子机座上。

铁芯由低损耗绝缘硅钢片叠压而成，通过齿压板和非磁性的绝缘穿心螺杆将铁芯压紧，并通过燕尾形支持筋装到支撑环上，定子铁心支持筋有绝缘，进一步减少了定子铁心短路的可能性。定子铁心端部采用齿压板和压圈压紧，在齿压板和压圈处都设计有风道，使冷风能够进入，有良好的通风效果，在压圈的外侧设有由硅钢片叠装成的磁屏蔽，磁屏蔽上也有多道径向通风道以使冷风通过进行冷却，且内圆表面呈阶梯形，形成定子端部的有效屏蔽，使发电机端部附加损耗小，温度低，进相运行能力高。

图2 内定子与外机座的连接结构示意图

3.3 定子线圈、定子绕组电连接结构及定子端部固定

发电机定子线圈由一定比例的不锈钢空心股线和铜实心股线混编而成，见图3。

图3 定子线圈断面 图4 定子线圈水电连接 发电机定子线圈端部水电连接示意图见图4。特点是，不锈钢空心股线与水盒为焊接结构，采用专用设备和工艺进行焊接。上下层线圈的电气连接为机械结构。

线棒采用非常可靠的VPI 绝缘系统。在这绝缘系统中，铜线换位线棒与主绝缘间采取有效措施均匀电场。云母带内含一薄高强度的衬片材料，云母通过少量的环氧树脂与之粘结，包扎云母带之后，线棒烘干，并用环氧树脂真空浸渍。环氧树脂因为粘度低具有很好的渗透性，之后线棒由高压氮气来完成此真空压力浸渍（VPI ）工艺。浸渍后的线棒通过模压成形并在烘箱中进行高温处理。这确保真正的无隙高压绝缘，具有优良的电、机械和热性能，并

且还能防水、防油。线棒的槽内部分最后施加半导体漆来减小绝缘与槽壁间的电晕放电。另外线棒具有端部防晕，来控制线棒从槽内部分到端部过渡处的电场，防止电弧。

定子端部线圈固定采用西门子公司成熟的刚-柔固定结构(图5)，该结构在径向、切向的刚度很大，而在轴向能自由伸缩。当运行温度变化，铜铁膨胀不同时，绕组端部可轴向自由伸缩，有效的减缓绕组绝缘中产生的机械应力。端部固定特点如下：

1) 定子线圈端部固定采用大锥环、弧形压板结构，整个端部线圈间浇垫成整体； 2) 定子端部线圈渐伸线采用变节距设计，增大线圈隔相距离；

3）径向采用具有自锁弹性自调整支紧结构，轴向用定位件支撑加以轴向定位，整个定子线圈端部在运行时能伸缩。

4） 定子线圈端部外包保护层，便于今后维修。

图5 定子线圈端部固定结构

3.4 转子绕组及冷却

图6 是发电机的转子绕组冷却结构图。发电机转子导线是有2个方形轴向冷却通道的含银铜导线。冷却气体从处于发电机护环下部、转子本体端面以外区域的进气口进入转子线圈，轴向通过转子线圈从中部的出风口排入气隙区域，以达到对转子绕组进行冷却的目的。 转子槽绝缘内表面、转子护环下绝缘筒内圆等与转子绕组相接触部分皆贴有滑移层，这样在开停机和负荷变化时转子绕组能较自由的热胀冷缩，防止绕组变形和绝缘损伤。

图6 发电机转子绕组结构

3.5 转子槽楔和阻尼结构

转子槽楔由强度高、导电率好的铜合金材料制成，槽楔中间开有径向通风孔，外伸到护环的搭接面下，并确保槽楔和转子护环间良好的电接触。发电机转子每一磁极上开有4个阻尼槽，阻尼槽楔材料为导电优良的银铜材料，槽楔表面镀银处理，从而与转子齿接触得更好（图7）。阻尼槽楔承受负序电流在本体表面产生的涡流，与护环一起构成回路，本系统经长期运行验证为非常好的阻尼绕组系统,完全能满足负序能力I22t =6s和I2=6%。

图7 转子槽楔和阻尼结构

3.6 端盖、轴承及油密封

图8 发电机端盖外形

发电机的端盖为盒形钢板焊接结构，端板由整块钢板组成，具有足够的刚度支撑发电机的转子重量，在0.5MPa的机内氢气压力下不产生有害变形。

轴瓦为带有椭圆性的套筒式圆瓦，浇铸一层锡基轴承合金，轴瓦与端盖间设置有双层绝缘，以防止轴电流烧伤轴瓦和转子轴颈。

该发电机的密封环为单流环式，其优点是结构简单，密封可靠，机内氢气湿度控制效果好。

4. 结束语

该型发电机完全符合国标GB/T7064－2002“透平型同步电机技术要求”，国标GB755－2000“旋转电机基本技术要求”，IEC34－1（第八版）“旋转电机－额定值和性能”，和IEC34－3“透平型同步电机的特殊要求”的规定，性能优良，达到了国际先进水平。上海汽轮发电机有限公司对百万千瓦级发电机的引进以及国产化研制工作的成功，对推进中国电力工业的发展，对中国电力工业在产品结构和技术发展上具有重要的意义，也将为中国电力行业和电站装备制造业走向世界打下坚实基础。

袁建华（1960～），男，教授级高级工程师。现任上海汽轮发电机有限公司副总裁。从事大

型汽轮发电机的设计开发及技术管理工作。