#3/#4發電機結構說明
一．發電機簡介及主要技術規範
嘉電二期#3、#4發電機是由東方電機股份****承造。東電公司和日本日立公司於2023年簽定了合作設計、合作生產4臺600mw汽輪發電機組的合同。雙方合作的第一台發電機為山東鄒縣電廠的#5機，但該台機90%以上的製造加工是由日本公司完成，而鄒縣電廠的#6機則是由日立公司派人在現場監製，整個生產過程由東電自行完成。
該台機於2023年3月完成了工廠型式試驗，同年11月通過168小時試運。
嘉電二期的#3、#4發電機為汽輪機直接拖動的隱極式、二極同步發電機；採用水氫氫冷卻方式，即定子繞組直接水冷，轉子繞組直接氫冷（氣隙取氣方式），定子鐵芯氫冷；發電機採用密閉迴圈通風冷卻，軸承為強迫潤滑（由汽機潤滑油系統供油）；發電機配有一套氫油水控制系統，以提供和控制發電機冷卻用的氫氣、密封用油和定子線圈冷卻用水；定子鐵芯是用相互絕緣的扇形衝片迭裝壓緊成的；定子線棒由絕緣空心線和實心線混合編織，並經540°換位組合而成；發電機的勵磁型式為自並勵靜止勵磁系統。
發電機主要技術規範如下：
1.1 型式： 全封閉自迴圈水／氫冷卻、強迫潤滑、隱極式轉子、同步交流發電機
1.2 額定容量： 667mva
1.3 額定功率： 600mw
1.4 額定電壓： 22v
1.5 額定電流： 17495a
1.6 額定功率因數： 0.9(滯後)
1.7 短路比： ≥o.55
1.8 氫壓： 0.414mpa(4.22kg/cm2g)
1.9 頻率： 50hz
1.10 極數： 2
1.11 相數： 3
1.12 轉速： 3000r/min
1.13 冷卻方式： 定子繞組： 水內冷
轉子繞組： 氫內冷
1.14 絕緣等級： 定於繞組： f（按b級絕緣溫公升使用）
轉子繞組： f（按b級絕緣溫公升使用）
定子鐵芯： f（按b級絕緣溫公升使用）
1.15 效率： ≥98.9％
1.16 不平衡負荷能力穩態i2 ≥8％
暫態(i2)2t≥10s(tmax≤120sec)
1.17 冷卻器進水溫度：≤33℃(包括氫氣冷卻器和定子繞組水系統冷卻器)
1.18 進氫溫度： 46℃
1.19定子繞組進水溫度 46℃
1.20溫度限值：
定子繞組： ≤120℃(電阻法)
定於繞組冷卻水出水： ≤85℃ (熱電偶法)
轉子繞組： ≤115℃(電阻法)
定子鐵心： ≤120℃(熱電偶法)
1.21氫氣純度： ≥98％
1.22漏氫量： ≤12m3／日
1.23雜訊水平： ≤85db(a)(測距lm)
1.25氫氣冷卻器容量：一組冷卻器退出執行，發電機組可帶80%額定負荷.
1.26定子機座型式： 整體機座
1.27勵磁系統： 靜止可控矽整流勵磁系統
二、發電機結構
600mw汽輪發電機結構示意圖如圖一。
圖一 1. 定子機座與隔振
機座是用鋼板焊成的殼體結構，具有足夠的強度和剛度，其作用是支承定子鐵心和定子線圈，並構成特定的冷卻氣體流道。作為氫氣的密閉容器，能承受機內意外氫氣**產生的衝擊。
機座由端板、外皮和風區隔板等組焊而成，並形成特定的環形進出風區。
機座與出線罩之間的結合麵用焊接方式進行密封(在電廠安裝時進行)，與端蓋之間用注入密封膠的方式進行密封。
鐵芯與機座之間裝設軸向彈簧板，能有效地吸收兩極電機所特有的鐵心倍頻振動,減小振動對機座及基礎的影響。
端板、外皮、風區隔板的具體位置？出線罩在哪兒？裝設的彈簧板能不能看見？
2.定子鐵心
定子鐵芯是用相互絕緣的扇形片疊裝壓緊製成的。為減少電氣損耗，扇形片採用高導磁低損耗的冷軋矽鋼片沖製而成。
扇形片兩面刷塗加有無機填料的熱固性絕緣漆。
扇形片衝有嵌放定子線圈的下線槽和放置槽楔用的鴿尾槽。疊壓時利用定子定位筋定位，迭裝過程中經多次施壓，兩端採用低磁性的球墨鑄鐵壓圈將鐵芯夾緊成乙個剛性圓柱體。鐵芯齒部是靠壓圈內側的非磁性壓指來壓緊的。
邊段鐵芯塗有粘接漆，在鐵芯裝壓後加熱使其粘接成乙個牢固的整體，進一步提高鐵芯的剛度。
邊段鐵芯齒設計成階梯狀並在齒中間開窄槽，同時在壓圈上裝有整體的全銅遮蔽，以降低鐵芯端部的損耗和溫公升。
發電機在欠激執行時，鐵心端部物件上邊漏磁通將會增加，鐵心邊端齒部及壓圈上將會感應出很大的渦流，導致溫度公升高。為避免這些部件過熱，特採取以下措施。
a)採用銅遮蔽
銅遮蔽安裝在壓圈表面，根據渦流效應，可使端部大部分軸向漏磁通被遮蔽掉（漏磁通是不允許進入鐵心端部的）。但是，就銅遮蔽本身而言，渦流大小應予考慮.然而銅遮蔽的電阻率僅為通常所使用的球墨鑄鐵壓圈電阻率的五分之一，熱傳導係數是該種壓圈的五倍，從磁通透入深度的相對關係看，其損耗也僅為壓圈的二分之一，所以在銅遮蔽上不會出現區域性過熱區。
圖三：銅遮蔽
b)邊端扇形片齒部開小槽
齒部佔渦流路徑區域的二分之一，開小槽後可使漏流損耗減至原來的約四分之一。
c)使用高電阻率，低導磁率的壓圈和壓指
鐵心固緊採用高電阻率，低導磁率的材料製做壓圈和壓指，增加鐵心和銅遮蔽之間的阻抗。
d)增加鐵心端部的內徑(即採用階梯狀邊端鐵心)
端部鐵心區域鐵心內徑大於中部正常段區域鐵心的內徑，其目的是為了避免漏磁通集中在端部區域，而形成區域性過熱。
e)使用無磁性護環
根據祛磁效應，護環的磁阻隨漏磁通增加而增加。由於遮蔽作用即可避免磁通增加、對於漏磁通而言，護環的磁阻起到了去磁作用，根據**作用，可防止磁通增加。
3.定子繞組
定子繞組由嵌入鐵芯槽內的絕緣條形線棒組成，繞組端部為籃式結構，並且由連線線連線成規定的相帶組。採用連續式 f 級環氧粉雲母絕緣系統，表面有防暈處理措施。
線棒由絕緣空心股線和實心股線混合編織換位540°組合而成。
定子線棒是通過空心股線中的水介質來冷卻的。冷卻水路是雙支路，每一根線棒均為勵端進水，汽端出水。冷卻水從勵端的匯流管和絕緣引水管並通過線棒端頭的水接頭進入線圈，冷卻線圈後再經過汽端的絕緣引水管和匯流管排入外部水系統。
**圈端部，每根空心股線經水盒與水接頭相連線，所有股線都釺焊到水盆子上，電連線片也被釺焊到水盒子上。
絕緣引水管將匯流管和水盒子上的水接頭相連，匯流管是接地的，因此，絕緣引水管能夠承受發電機的執行電壓。
線圈端部部件能承受正常執行時的振動以及諸如非週期執行和短路事故所產生的線棒之間的電磁力。
3.1 定子繞組端部固定
定子繞組端部用浸膠滌玻繩綁紮固定在由玻璃鋼支架和綁環組成的端部固定件上，綁紮固定後進行烘焙固化，使整個端部在徑向和周向成為乙個剛性的整體，確保端部固有頻率遠離倍頻，避免執行時發生共振 。軸向可沿支架滑銷方向自由移動，減少由於負荷或工況變化而在定子繞組和支撐系統中引起的應力，滿足機組調峰執行的要求。
圖四： 端部固定件
3.2 熱電阻(檢溫計和測溫接線板
在定子繞組的每一相所設定的最熱點位置埋設檢溫計(測量繞組的溫度。
在冷卻器的進風區埋設檢溫計，以測量冷卻器的進出風溫。鉑金屬的電阻值隨溫度的變化而變化，因此通過測量其電阻值的變化就可以達到測量溫度之目的，其電阻值在0℃時為100ω。(檢溫計由三根引線引出並可對由於引線長短不同所引起的測量誤差進行補償，為了避免外部電磁干擾引線外包銅線編織的遮蔽網，並接地。
)檢溫計的引線，穿過密封接線板引出機外，與溫度指示器或監視器相連。
3.3 熱電偶
發電機在欠激執行時，定子端部部件(如鐵心邊端齒部、壓圈、銅遮蔽等)溫度將會很高，這些部位均埋設熱電偶以測量其溫度。
在定子壓圈，銅遮蔽和鐵心邊端齒部測量部位所安裝的熱電偶是銅——康銅熱電偶，其感測部件焊在測點位置。
為了測量定子繞組冷卻水的出水溫度，在絕緣引水管的出口處埋設熱電偶。
熱電偶的股線和保護套之間的間隙用諸如磁性氧化物、氧化鋁、氧化鋯等陶瓷類物質填充。使股線與外層空氣隔絕，並可避免熱電偶在空氣中和高溫下被腐蝕。
熱電偶引線(玻璃絲包股線)被引至測溫端子箱的出線板上。
3.4 通風與冷卻
發電機採用徑向多流式密閉迴圈通風，在鐵心和機座外皮之間由環形隔板分成進風區和出風區，各風區由風管彼此相連，構成交替的進出風路。定子鐵芯沿軸向分為十三個風區，六個進風區和七個出風區相間布置。安裝在轉軸上的兩個軸流式風扇(汽、勵端各乙個)將氫氣分別鼓入氣隙和鐵芯背部；進入鐵芯背部的氫氣，沿鐵芯徑向風道冷卻進風區鐵芯後，進入氣隙；少部分氫氣進入轉子槽內風道，冷卻轉子繞組；其他大部分氫氣再折回鐵芯，冷卻出風區鐵芯，最後從機座風道進入冷卻器；被冷卻器冷卻後的氫氣進入風扇前，進行再迴圈。
這種交替進出的徑向多流通風，保證了發電機鐵芯和繞組的均勻冷卻，減少了結構件熱應力和區域性過熱。
圖五：600mw汽輪發電機通風示意圖（該圖形沒有讀懂）？
4 轉子
4.1 轉軸
轉軸由整體鍛造高強度、高磁導率合金鋼加工而成（日本進口）。
轉子本體上加工有放置勵磁繞組的軸向槽，本體同時作為磁路。轉子具有傳遞功率、承受事故狀態下的扭矩和高速旋轉產生的巨大離心力的能力。
轉子大齒上加工橫向槽(即月牙槽)，用於均衡大、小齒方向的剛度，以避免由於它們之間的較大差異而產生倍頻振動。
4.2 轉子繞組
轉子繞組採用具有良好的導電性能、機械效能和抗蠕變效能的含銀銅線製成。
轉子繞組槽部採用氣隙取氣冷方式。從進風區氣隙吸入氫氣以冷卻轉子銅線。氫氣到達底匝銅線後，轉向進入另一排風道，冷卻轉子銅線後再通過轉子槽楔，從出風區排入氣隙。
轉子由氫氣直接冷卻，採用氣隙取氣斜流內冷卻方式。利用轉子自幫浦風作用，在兩端部，冷卻氫氣從護環下進入繞組的冷卻風道，冷卻繞組端部後，從本體端部的出風區排出。在轉子本體上，沿軸向交替分布進風和出風區(進風區長406mm)，冷卻氫氣通過轉子槽楔後，進入兩排斜流風道，冷卻勵磁繞組後，從出風區槽楔的風孔排出。
由於採用了以上多種併聯冷卻風道，使採用氫氣冷卻的轉子和鐵心能夠與採用水冷卻的定子繞組相匹配。
轉子線圈放入槽內後，槽口用鋁合金槽楔和鋼槽楔固緊，以抵禦轉子高速旋轉產生的離心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的應用保證了合理的磁通分布。
轉子槽襯用含雲母、玻璃纖維等材料的復合絕緣壓制而成，具有良好的絕緣性能和機械效能。
4.3 轉子引線和集電環
通過轉子引線與集電環以及電刷裝置可以提供發電機額定出力及強勵時所需的勵磁電流。
轉子繞組通過轉子引線、導電桿及導電螺釘與集電環相連線。導電螺釘用高強度和高導電率銅合金製成。導電螺釘與轉軸之間有密封結構以防漏氫。
集電環用耐磨合金鋼製成，與轉軸採用熱套裝配。在集電環與轉軸之間設有絕緣套筒。
集電環上加工有軸向和徑向通風孔。表面的螺旋溝可以改善電刷與集電環的接觸狀況，使電刷之間的電流分配均勻。
兩集電環間有同軸離心式風扇對集電環及電刷進行強迫冷卻。
4.4 護環
為了防止離心力對轉子線圈端部的破壞，採用了非磁性高強度合金鋼(mn18cr18)鍛件加工而成的護環，保護轉子線圈端部。
護環裝配在轉子本體兩端，一端與轉子本體熱套配合，另一端為懸掛式。
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