660MW双水内冷发电机技术探秘

白音高老

摘 要：汽轮发电机是火电厂三大主机之一，是将机械能转换电能的关键设备。发电机的性能直接关系着整个电厂的安全稳定和经济指标。

关键词：660MW 发电机 技术性能

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）01-0-01

汽轮发电机在运行中，其内部各部件产生各种损耗，如定、转子铜损耗、铁损耗、机械损耗、附加损耗等。这些损耗均已热的形式传播到发电机各部件上，产生温升，严重影响发电机绝缘性能、金属性能及使用寿命。

发电机冷却效果对发电机安全运行，有非常重要的意义。可以说没有好的冷却效果就没有发电机的安全稳定。发电机常用的冷却介质主要有空气、氢气和水。实验证明，水的冷却效果高达空气的50倍，氢气的12倍左右，冷却效果最显著。

660MW双水内冷发电机在安全性能、机型结构以及效率、温升、振动、漏水、噪音等技术性能上有非常显著的特点和优势。

一、安全性能

660MW 双水内冷发电机，由于不采用氢气冷却，消除了制氢站、氢气管道等重大危险源；彻底排除了安装调试、运行维护、检修过程中氢爆的可能性。

相比水氢氢发电机，无密封油系统，消除了密封油漏入发电机内部的隐患。

二、机型结构

660MW发电机采用定子机座分上下两部分，空气冷却器布置在运转层平台上机座两侧（单层布置），转子由落地式座式轴承支撑的总体布置。发电机本体及汽端装有罩壳和两端隔音罩。

机座无防爆和密封结构，结构比较简单，安装和检修维护方便。上下机座可以分开，能够更全面的检查铁芯等重要部件；

冷却系统中仅有水系统，省去传统水氢氢发电机的密封油系统和氢系统（包括电站制氢设备）等，日常运行维护方便。

空气冷却器布置在运转层平台上机座两侧，本体外罩起到定子风路作用，从而省去了发电机空冷小室，结构简单，拆装方便，又便于空冷器的维护。

三、技术性能

1.效率高

效率是发电机的运行性能的重要技术指标之一。大型发电机在效率方面，氢冷发电机的效率最高，在98～99%左右；空冷发电机的效率其次，在97～98%左右；水内冷发电机的效率最低96～98%左右。660MW双水内冷发电机通过定子线棒、转子绕组选用优质铜线，铁芯冲片采用无人机冲剪、去毛及喷漆技术，齿压板采用内倾式齿压板结构，端部阶梯五档铁芯圈采用冲片偏小槽结构等先进技术，大大提高了效率，其效率高达98.95%，与氢冷发电机同水平。

2.振动小

在运行中发电机定子铁芯受转子旋转磁场的磁力的影响，铁心发生周期性的近似椭圆的变形，定子以两倍的系统频率振动。为防止定子忒心的振动，定子铁芯与下机座用弹簧板切向连接，切向弹簧板大大减小由铁芯椭圆振动引起的动态振动，机座与铁芯弹簧板连接如图1所示。

图1 下机座与铁芯弹簧板连接结构

发电机运行中，由于定子绕组本身的电磁力振动和定子铁芯的椭圆振动，造成定子端部绕组的倍频振动。660MW双水内冷发电机定子绕线棒端部嵌装在汽、励两端的绝缘大锥环上，灌入SF1806室温固化胶，用上层压板、层间压板、绝缘螺杆等结构件固定，构成牢固的整体结构。其强度已达到桥梁工程中C60高强度混凝土的力学性能水平，大大提高端部绕组受倍频振动的能力。

图2 端部整体灌胶结构

在转子振动方面，660MW双水内冷发电机采用集电环转子集电环转子上增加稳定轴承，降低转子进水侧的振动，同时避免了进水支座漏水隐患。

在转子本体大齿上沿轴向均布地开有横向月亮槽，以均匀转轴上二个轴线的刚度，从而降低转子的倍频振动。

3.温升底

在发电机空载温升试验1.05UN（定子电压21kV）工况下，定子铁芯最高温度74.9℃，温升50.5K，远低于国标GB/T7064中规定发电机铁芯温度120℃限值标准。

在发电机短路温升试验1.1IN（定子电流23415A，相当于733MW工况时的电流），定子进水温度31.1℃情况下，定子绕组平均温度61.4℃，温升30.3K，远低于国标GB/T7064中规定水内冷定子绕组层间温度90℃限值标准。

转子绕组每槽设置2排绕组，水量大，在发电机短路温升试验1.1IN（定子电流23415A，相当于733MW工况时的电流），转子进水温度40.1℃情况下，转子绕组出水温度60.4℃，温升仅20.3K，远低于国标GB/T7064中规定水内冷转子绕组出水温度90℃限值标准。

4.防漏水性能好

线圈的空实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而钎焊在水盒上的球形接头则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线圈内水支路的接口。

套在线圈上或总水管上水接头的成型绝缘引水管，都用卡箍将其与水接头箍紧。成型绝缘饮水管壁厚，承压能力大，防漏水性能好。

图3 水电接头结构

发电机运行时，转子线圈内的冷却水经出水箱甩出至出水支座，出水支座回收后，经排水孔排至水系统。

出水支座由支座本体及两侧盖板组成，本体为铸钢件，内衬不锈钢板，以防锈蚀。盖板为铸铝件，内圆处衬铜齿，用于密封水。经发电机厂试验，该密封在发电机3150r/min转速下不漏水。

图4 转子出水支座

5.噪音低

发电机外部采用外罩结构，该结构由三部分组成，即汽端隔声罩、本体外罩和励端隔声罩。其中汽、励两端的隔声罩主要起降噪作用。发电机本体外罩具有形成定子铁芯冷却风路，相当于300MW水冷发电机的空冷小室的作用，同时起到隔声降噪作用。

外罩与定子机座之间、外罩与基础之间需具有良好的密封性，罩壳内壁采用微孔板材料，有良好的吸声作用，使发电机噪声小于 85dB（A）以内。

图5 发电机外罩

京能（锡林郭勒）发电有限公司2台660MW双水内冷发电机，是目前全世界容量最大的双水内冷发电机。具有水内冷发电机独有安全性能，又有新型结构上的特殊优势，且效率高、温升低、振动小、防漏水性能高、噪音低等良好的技术性能指標，为同容量发电机中的佼佼者。