哈電600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

哈電600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)摘要:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，20世紀(jì)80年代，引進(jìn)美國(guó)西屋電氣公司600MW汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，在國(guó)內(nèi)率先消化、吸收，同時(shí)開(kāi)展了大量的國(guó)產(chǎn)化和科研工作，并按國(guó)家要求與西屋電氣公司對(duì)引進(jìn)型產(chǎn)品進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了發(fā)電機(jī)效率、最大出力和勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)，滿足了電力部門(mén)對(duì)勵(lì)磁及各種參數(shù)的要求。在此基礎(chǔ)上，哈電對(duì)600MW汽輪發(fā)電機(jī)不斷優(yōu)化和改進(jìn)，且將其發(fā)展成多容量和功率因數(shù)規(guī)格、系列化的第三代成熟產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:汽輪發(fā)電機(jī);功率因數(shù);額定功率;剛一柔固定結(jié)構(gòu);轉(zhuǎn)子阻尼系統(tǒng)1引言哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱:哈電機(jī)，英文縮寫(xiě):HEC）在20世紀(jì)80年代初期引進(jìn)美國(guó)西屋電氣公司600MW汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造，在完成本地化生產(chǎn)（裝機(jī)于安徽平圩電廠）的同時(shí)，1987年又按照國(guó)家要求與西屋電氣公司對(duì)引進(jìn)型產(chǎn)品進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。先后研制出國(guó)產(chǎn)首臺(tái)優(yōu)化型600MW發(fā)電機(jī)（哈三電廠3號(hào)機(jī)），國(guó)產(chǎn)首臺(tái)額定650MW,最大連續(xù)出力700MW的核電站汽輪電發(fā)電機(jī)（核電秦山二期），國(guó)產(chǎn)首臺(tái)600MW超臨界機(jī)組的發(fā)電機(jī)（沁北電廠1號(hào)機(jī)）。HEC還先后在2臺(tái)600MW等級(jí)發(fā)電機(jī)（哈三3號(hào)機(jī)、秦山二期1號(hào)機(jī)）上進(jìn)行過(guò)型式試驗(yàn)和較全面的科研試驗(yàn)，充分掌握了600MW等級(jí)發(fā)電機(jī)的各種性能參數(shù)，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保障，同時(shí)為600MW等級(jí)發(fā)電機(jī)的優(yōu)化和改進(jìn)提供了有力依據(jù)?，F(xiàn)在,HEC的600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)通過(guò)不斷優(yōu)化和改進(jìn)，已發(fā)展為多容量和功率因數(shù)規(guī)格、系列化的第三代成熟產(chǎn)品。以下對(duì)HEC的600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)予以簡(jiǎn)要介紹。2發(fā)電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)2.1發(fā)電機(jī)規(guī)格HEC的600MW級(jí)發(fā)電機(jī)的額定功率有600MW、660MW、670MW和680MW四種，額定功率因數(shù)有0.85和0.9兩種,勵(lì)磁方式有無(wú)刷和靜止兩種，規(guī)格較齊全，發(fā)電機(jī)不僅出力大,而且效率高，如:額定功率因數(shù)0.9并采用靜止勵(lì)磁的600MW發(fā)電機(jī)效率可達(dá)到99%。2.2冷卻方式發(fā)電機(jī)定子繞組采用水內(nèi)冷、發(fā)電機(jī)定子鐵芯和端部結(jié)構(gòu)件采用氫冷、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用氣隙取氣的氫內(nèi)冷的冷卻方式。2.3發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均采用F級(jí)絕緣，按B級(jí)運(yùn)行考核。2.4定子機(jī)殼防爆設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)機(jī)座、端蓋、出線盒和冷卻器外罩等均能承受按3.5倍額定氫壓設(shè)計(jì)，因此整個(gè)定子機(jī)殼具有良好的防氫爆性能。2.5定子鐵芯定子鐵心由高導(dǎo)磁、低損耗的無(wú)取向冷軋硅鋼板沖制并經(jīng)絕緣處理的扇形片疊裝而成。為了防止端部雜散損耗的增加，端部邊段鐵心設(shè)計(jì)成沿徑向呈階梯形狀并粘接成整體，而且在齒部開(kāi)槽。定子鐵芯徑向采用圓形定位筋定位后,再由圓形定位筋外側(cè)的夾緊環(huán)收緊，而且機(jī)組運(yùn)行一定時(shí)期后可通過(guò)夾緊環(huán)再?gòu)较蚴站o鐵芯。定子鐵芯軸向收緊除圓形定位筋外，還采用了絕緣穿心螺桿，并通過(guò)液壓拉伸器收緊鐵芯。定子鐵芯端部采用了無(wú)磁性壓指和分塊壓板的緊固結(jié)構(gòu)。2.6定子鐵芯隔振結(jié)構(gòu)為了使定子鐵芯振動(dòng)傳到基礎(chǔ)的力降為最小，發(fā)電機(jī)定子鐵芯和機(jī)座之間采用立式彈簧板的隔振結(jié)構(gòu)。隔振結(jié)構(gòu)是在出風(fēng)區(qū)內(nèi)定子鐵心與定子機(jī)座之間設(shè)置6組彈簧板。定子鐵心經(jīng)夾緊環(huán)與彈簧板的一端相連接,彈簧板的另一端與機(jī)座隔板相連接。彈簧板分布在夾緊環(huán)的兩側(cè)和底部，底部彈簧板用來(lái)保持鐵心的穩(wěn)定，并在事故狀態(tài)下分擔(dān)電磁力矩。隔振結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度上能承受至少20倍額定轉(zhuǎn)矩的突然短路扭矩。2.7定子鐵心端部屏蔽結(jié)構(gòu)定子鐵芯端部采用磁屏蔽（見(jiàn)圖1）。發(fā)電機(jī)定子鐵芯兩端設(shè)有用硅鋼板沖制的扇形片疊裝成內(nèi)圓表面呈階梯多齒狀的磁屏蔽層,有效地將定子端部漏磁分流，減小端部發(fā)熱，增加發(fā)電機(jī)的運(yùn)行能力。2.8定子線棒定子線棒采用實(shí)心導(dǎo)線和空心導(dǎo)線最佳組合，以降低電氣損耗。線棒對(duì)地絕緣采用F級(jí)環(huán)氧粉云母帶。為降低定子繞組電暈電位，線棒的槽內(nèi)部分和槽口部分均進(jìn)行防暈處理。定子線棒經(jīng)一次模壓成型，因而具有良好的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和防暈性能。定子上、下層線棒采用不同的截面，并在直線部分進(jìn)行540°羅貝爾換位加空換位,可使渦流引起的附加損耗和股間環(huán)流損耗、包括端部橫向磁場(chǎng)差異引起的附加損耗大為減少。為增大相間的放電距離,線棒的鼻端采用不等距分布，同相線棒鼻端距離縮小，相間距離被加大。定子線棒兩端采用了水電分離的連接結(jié)構(gòu)，并用軟股線組合連接上下層線棒2.9定子槽內(nèi)固定結(jié)構(gòu)首先在槽底和上、下層線棒間填加外包聚酯薄膜的熱固性適形材料，并采用漲管壓緊工藝，使線棒在槽內(nèi)良好就位。同時(shí)，在線棒的側(cè)面和槽壁之間塞入半導(dǎo)體墊條，使線棒表面良好接地，以降低線棒表面的電暈電位。定子槽楔由高強(qiáng)度F級(jí)玻璃布卷制模壓成型，在槽楔下面采用彈性絕緣波紋板徑向壓緊線棒。定子槽口處槽楔具有可靠的防松結(jié)構(gòu)。2.10定子繞組端部剛一柔固定結(jié)構(gòu)定子繞組端部采用了大尺寸整體玻璃鋼錐環(huán)、可調(diào)綁扎環(huán)、鼻端徑向撐緊環(huán)的固定結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)21個(gè)無(wú)磁性彈簧板與定子鐵心端部相連，整個(gè)定子繞組的端部形成沿徑向和切向固定牢固、沿軸向可伸縮的剛一柔固定結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于溫度變化引起線棒軸向脹縮時(shí)，定子繞組端部整體可沿軸向伸縮，從而有效地減緩了繞組絕緣中的熱應(yīng)力，并使發(fā)電機(jī)適于調(diào)峰運(yùn)行工況。定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)中，與繞組相接觸的各環(huán)件及所有緊固件均為非金屬材料,從而避免因采用金屬材料而帶來(lái)的局部過(guò)熱和尖端放電現(xiàn)象。2.11轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸由一個(gè)整根的26CrNi4MoV合金鋼實(shí)心鍛件加工而成，在壽命期內(nèi)能承受起停機(jī)10000次以上。2.12轉(zhuǎn)子線圈護(hù)環(huán)轉(zhuǎn)子線圈護(hù)環(huán)由18Mn18Cr無(wú)磁性鋼整體鍛件制成，具有較強(qiáng)的抗應(yīng)力腐蝕能力，能承受運(yùn)行時(shí)的巨大的環(huán)向應(yīng)力、徑向重復(fù)性橢圓變形和端部會(huì)聚磁通。為了防止由缺口引起的機(jī)械強(qiáng)度下降，采用了不在護(hù)環(huán)上鉆徑向通風(fēng)孔的結(jié)構(gòu)。2.13轉(zhuǎn)子線圈轉(zhuǎn)子線圈由高強(qiáng)度精拉含銀銅排制成,具有較強(qiáng)的抗應(yīng)力腐蝕能力，適于發(fā)電機(jī)調(diào)峰運(yùn)行。轉(zhuǎn)子線圈由8瓣組成，每瓣單獨(dú)加工成型，因而具有良好的尺寸和形狀。線圈各瓣之間、各線圈間均采用中頻感應(yīng)釬焊連接。2.14轉(zhuǎn)子隱風(fēng)斗技術(shù)HEC通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和研究試驗(yàn)，在600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上采用了“全隱式風(fēng)斗”這一新技術(shù)。由于轉(zhuǎn)子采用氣隙取氣氫內(nèi)冷的冷卻方式，轉(zhuǎn)子風(fēng)斗的形式，即風(fēng)斗的高矮是這種通風(fēng)方式的關(guān)鍵技術(shù)。風(fēng)斗越高，雖然取風(fēng)效果越好，但所帶來(lái)的風(fēng)摩損耗也越大，影響發(fā)電機(jī)的效率，甚至較大的風(fēng)摩損耗會(huì)影響定子鐵心的溫度。HEC長(zhǎng)期以來(lái)就注重這方面的研究，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)子凸起式、半隱式和全隱式風(fēng)斗的系列性科研和試驗(yàn)工作，成功的在600MW等級(jí)發(fā)電機(jī)上采用了轉(zhuǎn)子全隱式風(fēng)斗結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子采用全隱式風(fēng)斗結(jié)構(gòu)后，使風(fēng)摩損耗與凸起式風(fēng)斗比降低了420kW,同時(shí)可將發(fā)電機(jī)效率提高0.07%。此外，由于表面無(wú)凸起物,還給轉(zhuǎn)子裝抽及維護(hù)帶來(lái)極大便利。2.15轉(zhuǎn)子阻尼系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每極表面（大齒）上設(shè)有兩個(gè)阻尼槽，槽內(nèi)置放了通長(zhǎng)的阻尼銅條，并采用非磁性鋼阻尼槽楔，從而使感應(yīng)電流能順利通過(guò)極表面上的橫向槽，避免在橫向槽周圍形成過(guò)熱點(diǎn)。同時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈槽楔采用了對(duì)感應(yīng)電流屏蔽效果良好的鋁合金，并在各段槽楔間采用連接塊搭接，使感應(yīng)電流能順利通過(guò)各段槽楔間的接縫處，防止了在槽楔接縫處的齒部形成過(guò)熱點(diǎn)。此外，與護(hù)環(huán)接觸的端頭槽楔采用熱態(tài)導(dǎo)電性能良好的鈹銅合金，使護(hù)環(huán)能與端頭槽楔接觸良好,并通過(guò)端頭槽楔將各阻尼銅條、各線圈槽內(nèi)的槽楔并聯(lián)在一起，形成了可靠的籠式轉(zhuǎn)子阻尼系統(tǒng)。2.16發(fā)電機(jī)軸承發(fā)電機(jī)軸承采用可傾式,下半為2塊可傾瓦塊，特點(diǎn)是能自調(diào)心，不失穩(wěn)。2.17發(fā)電機(jī)油密封發(fā)電機(jī)采用雙流環(huán)式油密封，而且密封瓦為雙環(huán)組成，即密封瓦在空側(cè)進(jìn)油處沿軸向分成兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)，空側(cè)進(jìn)油使兩環(huán)脹開(kāi),并分別推向密封瓦座的兩個(gè)側(cè)面，從而使密封瓦兩側(cè)與密封瓦座側(cè)面靠緊，減少由與瓦座間的間隙造成的密封油損失。而且雙環(huán)密封瓦比單環(huán)密封瓦更容易隨軸浮動(dòng)。2.18發(fā)電機(jī)軸向和橫向定位為了在運(yùn)行狀態(tài)各部溫度發(fā)生變化時(shí)，以及在巨大徑向和切向力作用時(shí)，保證機(jī)組縱向和橫向中心有良好的定位，在發(fā)電機(jī)定子兩側(cè)中心線位置的座板上設(shè)有縱向定位鍵，在發(fā)電機(jī)端蓋中心線上的回油箱底板上設(shè)有橫向定位鍵。2.19取代無(wú)刷勵(lì)磁的大電流集電環(huán)刷架設(shè)計(jì)眾所周知,無(wú)刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子電流可以設(shè)計(jì)的較大，如HEC以前制造的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁600MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流已達(dá)4128A,而對(duì)靜止勵(lì)磁的集電環(huán)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是希望轉(zhuǎn)子電流設(shè)計(jì)的越小越好，可以較容易解決集電環(huán)的發(fā)熱問(wèn)題。因此HEC將無(wú)刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁600MW等級(jí)發(fā)電機(jī)改型設(shè)計(jì)為靜止勵(lì)磁600MW等級(jí)發(fā)電機(jī),關(guān)鍵是如何解決較大電流所帶來(lái)的集電環(huán)發(fā)熱問(wèn)題。HEC通過(guò)采取以下技術(shù)結(jié)構(gòu)避免了大電流集電環(huán)發(fā)熱問(wèn)題。合理選擇電刷及其電流密度。采用每個(gè)集電環(huán)上并排分布兩組電刷的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖7）;優(yōu)化外圓表面螺旋散熱溝的寬和深、沿圓周分布的軸向和徑向通風(fēng)孔，如圖3所示，用以加強(qiáng)集電環(huán)末端通風(fēng)冷卻，使集電環(huán)溫度分布均勻。優(yōu)化集電環(huán)外徑和材料熱處理工藝，使集電環(huán)外圓線速度不超過(guò)電刷所能承受的能力以及達(dá)到合適的硬度2.20集電環(huán)雙導(dǎo)電螺釘設(shè)計(jì)集電環(huán)導(dǎo)電螺釘設(shè)計(jì)主要考慮其承受的電流密度，適當(dāng)加大導(dǎo)電螺釘直徑，可降低電流密度，避免過(guò)高電密引起發(fā)熱。但直徑的加大受導(dǎo)電桿直徑的限制,本型發(fā)電機(jī)集電環(huán)外徑設(shè)計(jì)的較小，導(dǎo)電桿的直徑也相應(yīng)小。因此，不能靠增加導(dǎo)電螺釘直徑來(lái)解決大電流引起的高電密發(fā)熱問(wèn)題,但是可用增加導(dǎo)電螺釘?shù)臄?shù)量的方法解決可解決這個(gè)問(wèn)題。600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)導(dǎo)電螺釘設(shè)計(jì)如圖9所示，采用2個(gè)導(dǎo)電螺釘分布在集電環(huán)兩端。2.21與主轉(zhuǎn)子分體的引線集電環(huán)小轉(zhuǎn)子及人性化的隔音罩設(shè)計(jì)600MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線集電環(huán)裝配及隔音刷架裝配的總體設(shè)計(jì)如圖10所示。與HEC的其它容量機(jī)組相比采用了全新的結(jié)構(gòu)。首先，轉(zhuǎn)子引線集電環(huán)裝配是獨(dú)立的，由裝配在小軸上的集電環(huán)、集電環(huán)下絕緣套筒、風(fēng)扇、導(dǎo)電螺釘和導(dǎo)電桿等組成，并通過(guò)小轉(zhuǎn)子端部聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。小轉(zhuǎn)子還設(shè)有裝配在中心孔中的導(dǎo)電桿，并在聯(lián)軸器端部與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器處的導(dǎo)電桿連接，構(gòu)成電氣連接。分體轉(zhuǎn)子的主要優(yōu)點(diǎn)是減小鍛件的尺寸和重量，防止運(yùn)輸中變形，以及通過(guò)與轉(zhuǎn)子并行制造縮短周期。其次,隔音罩刷架裝配由裝配在底架上的隔音罩、構(gòu)成風(fēng)路的隔板、刷架、組合式刷盒、導(dǎo)電板（引線銅排）等組成。底架內(nèi)隔有進(jìn)出風(fēng)路及設(shè)有導(dǎo)電板（引線銅排），底架底面上設(shè)有與基礎(chǔ)風(fēng)洞相接的進(jìn)出風(fēng)和連接導(dǎo)電板（引線銅排）用的接口。隔音罩裝配在底架上，罩內(nèi)用隔板隔成進(jìn)出風(fēng)區(qū)，隔音罩與小軸的接觸處設(shè)有氣封環(huán),以防止灰塵。為方便維修工作，隔音罩內(nèi)空間設(shè)計(jì)的較為寬敞,設(shè)有防爆燈和檢修通道，并在隔音罩兩側(cè)設(shè)4個(gè)檢修門(mén)，門(mén)上設(shè)有觀察窗，而且刷握可帶電插拔，以更換電刷。2.22抑振軸承和載荷調(diào)整技術(shù)考慮到轉(zhuǎn)子引線集電環(huán)裝配與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接后形成懸臂端，在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生搖擺,引起振動(dòng)過(guò)大，并使集電環(huán)發(fā)熱，故在轉(zhuǎn)子引線集電環(huán)裝配末端設(shè)計(jì)了座式軸承，用來(lái)起支穩(wěn)作用，這種結(jié)構(gòu)在國(guó)產(chǎn)600MW等級(jí)的發(fā)電機(jī)上也是首次采用。此外，在與主轉(zhuǎn)子對(duì)組時(shí)，小轉(zhuǎn)