淺議大唐芒里水電站發電機及其附屬設備的設計

王繼超 韓秀茹

（1、大唐芒里水電開發有限公司，云南 潞西 6784002、中國水利水電第一工程局有限公司口前機械廠，吉林 永吉 132200）

芒里水電站位于云南德宏州潞西市遮放鎮境內芒市河干流中下游峽谷河段，距州政府所在地芒市的公路距離為38km，距昆明707km，電站為壩后式開發，km，距昆明707km，電站為堤壩式開發，電站總裝機容量2×18MW。芒里水電站主機設備由杭州力源發電設備有限公司設計、制造。

1 發電機型式和額定值

(1)型式：發電機為立軸懸式、三相、密閉循環空冷

(2)旋轉方向：俯視為順時針旋轉

(3)額定容量：21.2MVA

(4)額定功率：18MW

(5)額定電壓：10.5kV

(6)額定電流：1164.5A

(7)額定功率因數：cosφ=0.85(滯后)

(8)額定頻率：50Hz

(9)額定轉速：200 r/min

(10)相數：3相

(11)定子繞組連接方式：星形連接

2 水輪發電機組及附屬設備技術參數明細表

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3 發電機主要結構設計說明

3.1 定子

定子分半運輸，現場組合并下合縫線，合縫試驗應滿足工廠試驗要求，合縫面應采取防止鐵芯振動的措施。機座應設置起吊點，定子機座有足夠的強度和剛度，機座吊裝點應能滿足立吊、翻轉。吊裝后定子機座、鐵芯應不產生有害變形。

定子機座的設計應確保在現場進行組裝后能成為一個足夠強度和剛度、能承受定子繞組短路時產生的切向和半數磁極短路時產生的單向磁拉力，并能承受在各種運行工況下所受的熱膨脹力、額定工況時產生的切向力及定子鐵芯通過定位筋傳來的100Hz交變力等的剛性圓環。定子機座的設計應能滿足在安裝場或機坑內組合定子的要求，其剛度和強度應能滿足定子現場組合下合縫線全部完成后的整體吊運要求。賣方應提供定子組合下合縫線后整體起吊的方案和防變形措施以及起吊工具。

定子鐵芯應采用低損耗、無時效、優質冷軋硅鋼片沖片去毛刺涂漆后在工地疊片，漆膜厚度應均勻，體積電阻應符合有關規定。每片用絕緣漆或其他合適的材料涂于兩面以減低渦流損失。在工廠疊片、下線，疊片之間按分瓣疊片要求所有連接均為搭接，形成一個整體分瓣連續鐵芯，疊片應用足夠的鍵或鴿尾固定到定子機座上，并經壓緊結構壓緊，鴿尾與定位筋的配合應考慮定子鐵芯熱膨脹，其徑向、周向應有足夠的間隙。疊片時采取有效的壓緊措施，鐵芯采用分段壓緊并采用熱壓，上下兩端鐵芯要粘接，鐵芯最終疊壓力1.4～1.6MPa。拉緊螺桿把緊時，測力扳手力矩應相匹配，各螺桿壓緊力應均勻。疊片槽部公差不應大于0.3mm，各種運行工況下，鐵芯在振動頻率為100Hz時允許雙幅振動量不大于0.03mm。定子鐵芯內的通風溝布置應使氣流順暢，風量分配均勻，讓定子鐵芯充分冷卻，風摩阻損耗最小。

定子端箍應采用非磁性材料，定子鐵芯齒壓板的壓指也應采用非磁性材料。

定子繞組為星形連接。三相的相序為俯視逆時針U、V、W。

線圈在定子槽內與鐵芯之間的配合應緊密，當1.2倍UN時，線棒對地電位應不超過10V。

3.2 轉子

轉子由轉子支架、磁軛和磁極等部件組成。整個轉子的設計和制造應能安全承受最大飛逸轉速15min，而不產生任何有害變形及接頭開焊等情況。此時，轉子材料的計算應力不超過屈服應力的60%。

磁極由薄鋼板疊壓而成，鳩尾或T尾用楔形鍵和相配合的槽固定到磁軛上，并用楔形鍵固定就位，楔形鍵應在磁軛兩側鎖緊，以防止鍵松動后脫出。磁極壓板應采用焊接加工成型，其強度應滿足標書對金屬材料的要求。

磁極線圈采用整體繞制結構，極身、托板絕緣應采用密封結構，以防止油污進入。線圈使用F級絕緣，線圈間的極間連接應可靠，并便于檢修拆卸。

轉子裝有縱橫阻尼繞阻，阻尼繞組設計應使Xq”與Xd”之比接近1。阻尼條與阻尼環的連接采用銀焊，阻尼繞組間應采用柔性連接，防止因振動和熱位移而引起故障。其連接既要牢固可靠，又便于檢修拆卸。

制動環采用分塊結構，以便于拆裝。

3.3 主軸

發電機主軸應用經過適當熱處理的20SiMn鋼鍛制而成，并應符合國家專門技術條件的規定。

主軸采用整體鍛造結構。聯軸法蘭尺寸應與水輪機軸法蘭相吻合并應符合國家標準。連接后的主軸在各種轉速直至飛逸轉速下應能安全運行。

主軸應全部精加工，并將軸承部位表面以及在導軸承上下表面打磨光。

主軸應在制造廠作超聲波檢查，應符合有關規定。水輪機和發電機連接軸和推力頭的校正、檢驗應在工廠進行，賣方按國家規定的轉動校驗法進行相連軸的對中心線和推力頭垂直度工作。

水輪發電機組組裝后，其軸線偏差應符合GB8564《水輪發電機組安裝技術規范》的要求。

3.4 軸承

推力軸承應承受水輪發電機組所有轉動部分的重量，以及水輪機不平衡水推力在內的組合荷載。在推力軸承和導軸承的油溫不低于10℃時應允許水輪發電機組起動。應允許水輪發電機組在停機后立即起動和在事故情況下不制動停機，并在各種工況下運行，包括從機組飛逸轉速不加制動到停機的整個過程。推力軸承能承受15min的飛逸轉速。

運行中，推力軸承的結構應作到嚴防油氣的逸出。在正常運行溫度下，如果軸承冷卻水中斷，應允許帶額定負荷無損運行10min。

推力軸瓦采用優質彈性金屬塑料瓦，塑料瓦的材料采用大連三環材料。

導軸瓦是分塊的、用支柱螺栓調整，導軸承應設計成在不干擾轉子和推力軸承的情況下可以裝拆、更換、檢修。軸瓦溫度不超過70℃，并且能承受15min的飛逸轉速。

各軸承采用可靠的防止甩油、漏油、油氣逸出的措施。擋油管必須精加工。

3.5 上、下機架

下機架應能通過發電機定子取出。上導軸承支架宜不需要取出集電環就可以取出導軸承。

在下導軸承支架的下部或連軸法蘭處，應有鋼密封隔板。在適當位置上有1個帶有鉸鏈板的孔洞，可供人員出入。

3.6 集電環與電刷

滑環應采用高耐磨性能材料制成，并應采取措施嚴防粉塵污染定、轉子線圈，并有單獨的罩子保護。電刷應選用優質優質電化石墨。

電刷的布置應考慮維修的方便，能夠在發電機運轉中直觀檢視，而不需要移去罩子，刷握應布置得易于裝入電刷，電刷壓力應在其磨損前后保持一致，滑環裝配應便于就地重新拋光其表面。

滑環及引線的全部絕緣應耐油、不吸潮，電刷引線應采用鍍銀編織銅線。

3.7 引出線

主引線和中性點引線均應為線電壓級全絕緣。

主引線三根，引線與冷卻器互不干擾，對地距離、相間距離應滿足要求。引出方向初定在第二象限與+Y軸夾角為45°的方向。

中性點引出線引出方向初定為第四象限與+X軸夾角為45°的方向。

3.8 附屬設備

附屬設備包括發電機及潤滑油冷卻系統、制動和頂起裝置、滅火裝置、自動除濕機和加熱器、軸電流的防止、檢測儀表、測速裝置、控制系統等。

4 發電機發電機現場安裝試驗

4.1 現場性能試驗

(1)通風試驗；

(2)飛輪力矩GD2的試驗測量；

(3)發電機效率和損耗測量；

(4)短時間過流試驗；

(5)負序電流試驗；

(6)突然三相短路沖擊試驗（由賣方確定試驗方法）；

(7)電抗和短路比測量；

(8)時間常數測量；

(9)發電機噪聲水平測量。

4.2 現場例行試驗

(1)相序檢查；

(2)各部分絕緣電阻測量，包括定子、轉子繞組、軸承；

(3)定子繞組對機座的直流耐壓試驗和交流耐壓試驗；

(4)定子起暈電壓測量；

(5)定子對地電容電流測量；

(6)定子和轉子繞組的電阻測量；

(7)轉子阻抗測量；

(8)定子繞組匝間絕緣介電強度試驗；

(9)空載特性試驗；

(10)三相短路特性試驗；

(11)定子鐵芯損耗試驗；

(12)定子合縫試驗；

(13)電壓波形諧波分析，電壓波形畸變率及電壓諧波因素(THF)的測定；

(14)軸電壓的測定；

(15)振動、擺度的測定；

(16)軸承溫升的測定；

(17)繞組溫升的試驗；

(18)過速試驗和甩負荷試驗（在25%，50%，75%，100%額定負荷下）；

(19)潤滑油系統檢查；

(20)冷卻系統的耐壓試驗；

(21)機械制動系統和高壓油頂起系統試驗（耐壓和功能試驗）；

(22)附屬設備（包括盤柜）的耐壓試驗，絕緣電阻測定；

(23)各種停機和起動試驗；

(24)機組并列及帶負荷試驗。

5 總結

大唐芒里水電站兩臺機組已經安裝調試完畢，并于2009年8月30日完成機組72小時試運行，機組運行到現在各部軸承的擺度、瓦溫、機架振動等均達到設計和規范規定的要求，機械制動的穩定性和可靠性也滿足設計和規范要求。發電機及附屬設備設計結構合理，機組運行穩定。

[1]陳琪.水電機組及附屬設備.緬甸邦朗水電站水輪發電機，中國水力發電年鑒，2002/01/01.