350MW汽輪發電機的設計和運行

摘 要：從2004年末到2013年初，由哈爾濱電機廠有限責任公司設計制造的額定功率350MW水氫氫冷汽輪發電機已成功生產近百臺，各項運行指標均優良，取得了用戶的廣泛好評。這些成績的取得都歸功于先進的結構設計理念和優異的電磁計算方法，為哈爾濱電機廠有限責任公司在這一等級的汽輪發電機組國內外市場闖出一片新天地。

關鍵詞：汽輪發電機；設計；運行

該產品基于這樣一個平臺：即已有數十臺運行經驗的300MW汽輪發電機，這個成熟的平臺可以降低全新研發首臺產品的所存在的風險系數，減少用戶通常有的擔心。重要的是，產品凝聚HEC累計的技術進步，體現了具有國際競爭力的最新發展成果，使發電機的容量在主要尺寸D2L不變的情況下，成功將額定容量從353MVA提高到412MVA，并可以使最大容量達到452MVA，由技術進步帶來的產品升級所產生的效益和意義是顯而易見的。

1 發電機的性能規范

1.1 額定數據

2 發電機的冷卻系統

發電機的冷卻一般都是用“水氫氫”的方式，即定子的繞組水內冷卻方式，轉子的繞組氫內冷卻方式，定子的鐵芯氫表面冷卻方式。

氫氣對于發電機的冷卻循環主要是通過轉軸兩端護環上的漿式風扇進行的，當氫氣完成對發電機的冷卻而被加熱后，再通過發電機的機座部分的氫氣冷卻裝置冷卻，之后再次進入循環系統。

在軸向上，定子鐵芯有四個進風區以及五個出風區，一共九個風區。

整個冷卻系統是一個全密閉的整體結構。冷卻用的氫氣是由轉子兩端漿型風扇鼓動循環，然后由機座頂的冷卻裝置進行再次冷卻。

匯流管是整個系統的循環通道，定子繞組的總的進出水管是裝在機座上的，分別在勵端和汽端，并且在出線罩還有單獨進行進出水的小型匯流管。

轉子的通風系統在槽部是用的氣隙取氣的斜流通風式的，并且在端部則是用的兩路通風，這樣的結構優點就在于簡短的風路使得轉子的繞組溫度系數均勻。

在發電機的內部裝有測溫元件，用以檢測發電機的內部溫度環境變化，因此發電機的測溫系統已比較完善。

定子的鐵芯的齒部以及軛部，這部分的溫度必須進行檢測，因此會在定子的鐵芯中加入鉑電阻用以測溫。

對發電機冷卻系統的氫氣以及油水的溫度檢測則是通過在機座、端蓋以及管路上安裝金屬測溫計來進行監控。

而且在發電機的軸瓦安裝可以報警的軸瓦測溫元件不但可以對軸瓦進行溫控，還可以進行整體性的警報。

3 設計特點

3.1 定子

整體式的發電機座。機座以及鐵芯之間存在著的彈性支撐的結構是由機座內部十八根彈性的定位筋平均分布而成的；在設計鐵芯以及定子的機座時避開了倍頻，對振動頻率有著特定的設置。定子的鐵芯主要是由高導磁的硅鋼扇片進行疊壓形成的，這種硅鋼片采用無取向的冷軋式硅鋼，損耗比低。使用銅屏蔽板對兩端的壓圈在外側進行覆蓋，從而使鐵芯的損耗以及發熱減少。定子繞組在工作時時常發生電暈放電的現象。在線棒內槽外面用阻值較低的半導體式的玻璃帶纏繞，在槽口外面用防暈帶扎緊固化。

對繞組端部必須要注意控制橢圓形的自振頻率，對設計以及制造都要實施嚴格的措施以控制避開倍頻以及工頻。

電流互感器在發電機的定子的出線端，使用的是套管式的，并且對互感器固定使用的螺栓和結構配件都需要使用非磁材質的配件。

3.2 轉子

發電機的轉軸是合金鋼材的整體式鍛造件，高導磁頻率的轉軸鍛件必須經過嚴格的理化檢驗和使用超聲波測試，必須具有質量合格的機械性，在軸體上設計有安裝勵磁繞組的軸向槽，并且均勻的分布有橫向槽，用來平衡軸體上的剛度。

發電機運作時，負載時常會出現不平衡狀態，這就需要附設阻尼系統來提高其能力，一般阻尼系統包括了繞組槽的阻尼結構以及在大齒上的阻尼條，還包括端部上的銅合金槽楔。

為了承受轉子繞組的離心力作用，在端部一般環包有非磁鋼護環。

3.3 端蓋、軸承及其絕緣

發電機的端蓋一概采用的是鋼板式結構，用以保證其在氫氣壓力下具有足夠的剛度以及機械強度，不至于變形，并且投入使用的端蓋要進行水壓和氣密性試驗，驗收合格后才可使用。發電機的軸承一律是端蓋式的，軸瓦一律為橢圓型，并且瓦套和軸瓦之間的接觸面是自調心結構的球面結構，為了保證其絕對的絕緣性，在勵端的軸承上采用了雙重式絕緣結構，并隨時在機組運行時對其進行監控。

3.4 油密封裝置

發電機采用雙流環式油密封，油密封裝置置于發電機兩端端蓋內側，其作用是通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫側與空側各自是獨立的油路，平衡閥使兩路油壓維持均衡，嚴格控制了兩路油的互相串流，從而大大減小了空氣對機內氫氣的污染，簡化了維護工作。

密封座的機內一側裝有迷宮式擋油環，梳齒間的集油腔內引入發電機風扇的高壓氣體，運用氣封作用，防止風扇將密封油抽入機內。

3.5 刷架及隔音罩

刷架是用來承載刷盒并保持其在合適位置的重要部件，刷盒自成一體，可在運行中即插即拔，每個刷盒并排安裝4個電刷，由恒壓彈簧保持適當的壓力。這種結構減小了集電環表面的不均勻磨損，裝配簡單，維護方便。

刷架與集電環有獨立的通風系統，由裝在轉軸上的離心式風扇驅動。進風和出風應由管道分別引至不同的區域，防止混風。

在刷架集電環部位加裝寬大的隔音罩，兼有密閉通風和隔音功能，隔音罩有兩扇門和采光玻璃窗以便維護，內壁噴涂吸聲材料，可保證機組噪聲在標準限制的85dB以下，低于國家標準。

4 發電機運行性能

由表1以上數據可以看出，此等級汽輪發電機溫升較低，容量裕度很大，還有較大的提升空間，相信哈爾濱電機廠有限責任公司必定會通過雄厚的技術基礎生產出更優秀的產品，為世界創造出源源不斷的動力，再創輝煌業績！