大型立式水輪發電機可拆卸式磁軛結構設計

劉宇，李雷

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

大型立式水輪發電機可拆卸式磁軛結構設計

劉宇，李雷

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

介紹了國外某水電站擴機改造工程廠房內橋機起吊能力受限問題，提出了相適應的轉子磁軛可拆卸式結構，不但解決了安裝和檢修需要，同時為后續電站建設成本控制問題和增容改造機組提供了更多的參考價值。

起吊能力；可拆卸式；磁軛結構；增容改造

0 引言

國外某水電站裝機容量1500MVA(10×150MVA)，年發電量80億kWh，1970年12月該水電站開工，1976年投入商業運行，至今已運行40余年，逐漸出現絕緣老化、效率下降、性能不穩等問題，嚴重影響機組的安全運行。為解決機組老化及當地電力供應緊張的問題，2008年該水電站進行擴機改造工程，新增2臺額定容量為200MVA的水輪發電機組，原廠房內設置2臺載荷為100t、跨度為24m的單小車電動橋式起重機，本次擴機改造工程橋機不進行增容改造。

1 發電機主要數據

額定容量：200MVA；額定電壓：18kV；功率因數：0.9；額定轉速：142.9r/min；轉子重量：390t；磁軛重量：210t；轉子支架重量：65t。

2 可拆卸式磁軛結構設計

磁軛是水輪發電機磁路的組成部分，也是固定磁極的結構部件。在機組運行時，磁軛需承受轉矩、離心力、熱應力等的綜合作用，因此要求其結構堅固、牢靠；此外磁軛還是水輪發電機組飛輪力矩的重要組成部分，其重量非常大，是整個電站的最重部件。磁軛由磁軛沖片、通風槽片、磁軛拉緊螺桿、磁軛壓板、磁軛鍵、制動環等零部件組成，如圖1所示。

圖1 磁軛結構

利用層間交錯一定的極距并正、反向疊片的方式，通過磁軛拉緊螺桿沿軸向拉緊，形成一個整體。磁軛沿軸向設有數道徑向通風溝，通風溝的高度和數量需滿足通風冷卻的要求；同時為了增加通風的均勻性和風量，磁軛沖片片間還留有一定數量徑向通風隙，通風隙的數量與磁軛沖片的大小和疊片方式有關；磁軛與轉子支架采用徑、切向復合鍵的連接結構，其能保證轉子在各種工況下運行時的圓度、同心度及氣隙的均勻度，并保證實際運行氣隙在考慮安裝偏差、過速等情況后和設計值相符。

常規水輪發電機的磁軛是在安裝間內裝配成整體后，掛裝磁極然后轉子整體吊入機坑；本擴機工程水輪發電機轉子重量約為390t，廠房內橋機最大起吊能力為200t，不能滿足機組安裝時的起吊要求；同時轉子下方的推力軸承和水輪機部件需要吊出機坑機檢修，因廠房內橋機不具備起吊整個轉子的能力，無法形成檢修通道，不滿足檢修要求。經復核，橋機只具有單獨起吊轉子支架的能力，而水輪發電機磁軛疊裝在轉子支架立筋腿掛鉤上，磁軛與轉子支架不能與拆卸，不能單獨起吊轉子支架。

為了滿足電站起吊及檢修的要求，本擴機工程必須考慮磁軛與轉子支架可拆卸的結構。磁軛與轉子支架連接結構如圖2所示。

圖2 磁軛與轉子支架連接結構

設計時將磁軛沖片鍵槽處局部向內徑方向凸出，安裝時，先將轉子支架吊入發電機機坑內，并以轉子支架為基準在機坑內疊裝磁軛、掛裝磁極及相關零部件安裝。機組檢修時，先將磁極吊出，然后將磁軛加熱到一定溫度，使之與轉子支架分離，將磁軛主鍵、磁軛副鍵、磁軛小鍵拔出，這時旋轉轉子支架到一合適的角度，使轉子支架立筋腿掛鉤切向避開磁軛的凸出部分，單獨吊出轉子支架，此時磁軛落在制動器上，磁軛內徑作為推力軸承及水輪機部件檢修時吊裝通道。

和常規水輪發電機一樣，可拆卸式磁軛需與轉子支架保持有一定的緊量，使機組在分離轉速下，磁軛與轉子支架不分離；同時也需考慮在機組檢修需要拆卸轉子支架時，因緊量過大，每次分離磁軛與轉子支架，都需將磁軛加熱到很高溫度才能分離，溫度過高可能對機坑內相鄰的定子線棒和鐵心等的絕緣材料造成一定的損傷。常規水輪發電機采用徑向在磁軛鍵與轉子支架立筋之間加墊片的方式調整緊量，墊片安裝和拆除時十分不便且極易受到損害，不適合經常性拆裝；考慮到多次拆裝轉子支架的要求，可拆卸式磁軛與轉子支架連接結構將墊片更換為磁軛楔鍵，每次通過調整打鍵的軸向深度來調整磁軛緊量。

3 結語

隨著機組容量的不斷增大，水輪發電機轉子的重量也越來越大，電站廠房內需安裝更大載重量的起吊設備，增加了電站整體建設成本；同時一些增容改造機組，增容后轉子的重量也會增大，但廠房內原有橋機的載重能力有限，影響了增容后轉子的起吊。2013年11月25日該電站首臺機組并網發電，2014年2月14日第二臺機組并網發電，可拆卸式磁軛結構設計在該電站兩臺擴機改造機組的成功應用，為解決以后大型電站增容改造與廠房原有起吊能力限制的矛盾提供了新的解決方案，具有很大的推廣價值。

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[4] 明野.水輪發電機磁極線圈溫升偏高研究分析.防爆電機，2013.4.

Structural Design of Detachable Magnet Yoke of Large Vertical Hydro-Generator

LiuYuandLiLei

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper introduces a lifting capacity limiting problem of bridge crane in a plant of expanding and modification project of a overseas hydropower station, presents a suitable detachable structure of rotor magnet yoke. It not only meets requirements of installation and maintenance, but also provides more references to control the followed construction cost of power station and to expand and modify unit.

Lifting capacity；detachable type；magnet yoke structure；expanding and modification

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.04

TM312

A

1008-7281(2017)03-0012-002

劉宇 男 1982年生；畢業于合肥工業大學電氣工程及其自動化專業，現從事水輪發電機設計工作.

2016-10-18