Q614汽轮发电机产品说明书

QFSN-300-2-20B型汽轮发电机产品说明书

目录

1. 适用范围 (2)

2. 概述 (2)

3. 额定和性能 (2)

4结构介绍 (7)

汽轮发电机产品说明书

1. 适用范围:

本"产品说明书"适用于QFSN-300-2-20B及同型不同容量(如330MW)的汽轮发电机。发电机型号所表示的意义为(以300MW容量为例)：

Q F S N – 300 – 2 – 20 B

特征号

电压20kV

两极

额定容量300MW

转子绕组氢内冷

定子绕组水冷

发电机

由汽轮机拖动

2. 概述

本型汽轮发电机为三相二极同步发电机, 由汽轮机直接拖动。

本型汽轮发电机的冷却采用" 水氢氢" 方式, 即定子线圈 (包括定子引线,定子过渡引线和出线)采用水内冷,转子线圈采用氢内冷,定子铁心及端部结构件采用氢气表面冷却。集电环采用空气冷却。

机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动,在机内进行密闭循环。

励磁采用"机端变压器静止整流的自并励励磁系统"。

发电机满足以下标准的要求:

GB/T7064 透平型同步电机技术要求

IEC34-3 透平型同步电机技术要求

IEEE Std.115 同步电机试验方法

3 额定和性能(以300MW为例，详见《技术数据汇总表》)

型号 QFSN-300-2-20B

额定出力(按技术协议) 353 MVA/300 MW

额定电压 20 kV

额定电流 10.189 kA

功率因数 0.85 (滞后)

转速 3000 r/min

频率 50 Hz

相数 3

短路比≥0.6

效率≥98.9％

冷却方式水氢氢

额定氢压 0.25 MPa(g)

定子接线 2-Y

出线端子数 6

绝缘等级 F (温升按B级考核)电抗

瞬变电抗 x'd (非饱和值) ≤ 0.25 (标么值)

超瞬变电抗 x"d(饱和值) ≥ 0.15 (标么值)每日漏氢量≤ 10 m3

转轴振动≤ 0.075mm (p/p)

轴承振动≤ 0.025mm (p/p)

噪音≤ 89 dB(A)(离机壳1 m 处测量)

3.1 技术规范和基本技术要求

3.1.1 型式和转向

三相, 二极, 隐极式转子同步发电机,由汽轮机直接驱动,其旋转方向

随汽轮机，(国内汽轮机从机头向发电机看为顺时针方向)。

3.1.2 环境温度和海拔高度

发电机及其辅助设备连续运行的环境条件为:厂房内环境温度 5-45℃, 3.1.3 检温计

在以下部位装设电阻测温元件(RTD)和温度计（详见随机安装图4）:定子线圈和出线的每条水支路的出水端(RTD)；

定子每槽上层和下层线圈之间(RTD)；

定子铁心齿部和轭部(不少于 12 个 RTD)；

冷却器冷风侧和热风侧(RTD 和温度计)；

轴瓦(RTD)；

轴承出油管(RTD和温度计)；

油密封出油管(RTD)；

氢气冷却器总进水管和每个出水管(RTD和温度计)。

集电环出风(温度计)

测温元件为100Ω(0℃)铂热电阻（双支元件）；

所有测温元件在机座内的引线均为屏蔽线。

在定子端部压指、压圈及铜屏蔽上埋设有热电偶。

发电机在规定的冷却介质参数下运行在额定状态时, 各处温度限值符

合国标GB/T7064的规定。

3.1.4 临界转速

转子临界转速远离额定转速±10的范围。

3.1.5 超速

发电机转子装配后进行120％额定转速的超速试验,历时2min 。

3.1.6 定子绕组电阻偏差

排除引线长度不同引起的误差后, 任意两相冷态电阻测量值之差不大于其中最小值的 1.0％。

3.1.7 氢气冷却器

氢气冷却器在制造厂进行0.8MPa的水压试验,历时 30 分钟。电厂交接试验压力为0.6 MPa,历时 30 分钟。

当 5％的水管堵塞后, 发电机仍能输出额定功率。

当一个冷却器退出运行后,发电机能输出80％额定功率。

3.1.8 绝缘电阻

3.1.8.1 定子绕组

在干燥状态接近工作温度时测量,不小于 5 兆欧。(用2500V兆欧表测量。)

3.1.8.2 转子绕组

室温下( 20℃ )测量不小于1 兆欧。(用500V兆欧表测量。)

3.1.8.3 测温元件

室温下(20℃)测量不小于1兆欧。(用250V兆欧表测量。)

3.1.8.

4.轴承和油密封(励磁机端)

轴承和油密封(励端) 对地绝缘电阻不小于1兆欧(用1000V兆欧表测量)

3.1.9 电压波形及电话谐波因数(THF)

发电机在空载额定电压和额定转速时, 其线电压波形正弦性畸变率不超过 5％;其线电压的电话谐波因数不超过1.5％。

3.1.10 耐电压试验

发电机定、转子绕组能承受以下耐电压试验历时1min:

定子绕组交流工频试验电压有效值为2U N+1Kv(或根据技术协议),

转子绕组交流工频试验电压有效值为10Uf N, (Uf N为额定励磁电压)

电厂安装后的交接试验电压为上述电压的 80％。

3.1.11 定子绕组及机座的水压试验

总装出厂前定子绕组应能承受 1.0 MPa(表压)水压试验,历时8 小

时；工地安装后的交接试验水压为 0.75 MPa(表压)，历时8 小时。

发电机机座,端罩, 端盖,出线罩及氢气冷却器包等能承受 1.0 Mpa （表压）的水压试验, 历时15分钟。

3.1.12 短时过负荷能力

3.1.12.1 定子绕组

定子绕组能承受短时过电流运行，且满足下列公式：

(I2-1)t=37.5s

其中：I---定子电流(%)； t---过电流时间(sec.)

3.1.13 突然短路

发电机能承受在额定功率和额定功率因数以及105％额定电压下发

生在出口端的三相突然短路故障。

发电机亦能承受主变压器高压侧系统中发生的任何形式的短路故障造成的冲击而无损坏。

"无损坏"的标志是在发生上述短路故障后,定子线圈可能有轻微变形,但不会引起发电机损坏而造成停机。

3.1.14 强励

发电机能承受额定励磁电压 2 倍的强励电压,持续时间10S 。强励电压上升速度不小于 2/sec.

3.1.15 负荷变化和大修间隔

发电机运行负荷允许在50％至100％额定负荷之间变化。

发电机服役期间可以起停10000次。大修间隔不小于4年。

注：发电机正常与非正常运行的有关规定见《运行说明书》。

4．结构介绍

4.1 总装见附图1

4.2 通风

定子铁心和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却。气体由安装在转子两端的单级轴流式风扇驱动。

从风扇来的气流通过机座内的导风管进入各冷风区, 再从铁心背部沿铁心径向风沟进入气隙, 然后进入转子绕组风道, 冷却转子绕组后,气流回到气隙,并沿着铁心径向风沟进入机座热风区，经导风管流过安装在端罩上部的冷却器,冷却后再回到风扇前继续循环。

定子和转子风区的数量相等,位置相对应,冷风区和热风区沿轴向交替布置。这种布置方式使定子和转子得到均匀的冷却，温度比较均匀。

图 2. 发电机通风示意图

4.3 机座

机座是用钢板焊成的壳体结构,有足够的强度和刚度。其作用是支承定子铁心和定子线圈，并构成特定的冷却气体流道。作为氢气的密闭容器，能承受机内意外氢气爆炸产生的冲击。

机座由端板,外皮和风区隔板等组焊而成，并形成特定的环形进出风区。

机座设计成三段, 即一个中段和两个端罩，以减小定子运输尺寸及重量。

的空气气密试验。

端罩与机座之间和端罩与出线罩之间的结合面用焊接进行密封(在安装时进行), 端罩与端盖之间用鸽尾槽嵌装橡皮条并抹密封胶的方式进行密封。

机座上有四个可拆式吊攀，端罩侧面布置有若干测温接线板，机内的测温元件引线经过测温接线板引出。

所有机外的油、水、气管道均用法兰与发电机联接。

4.4 定子铁心与隔振

定子铁心由经过绝缘处理的扇形冷轧硅钢片迭压而成。选用的硅钢片具有较低的损耗和优良的导磁性能。

硅钢片冲制和去毛剌后, 涂刷添加无机填料的 F 级绝缘漆作为片间绝缘。

扇形冲片采用交错式迭装, 由定位筋上的鸽尾定位。铁心沿轴向由通风槽钢分隔成若干段, 段间是径向风道, 这种布置有利于铁心的均匀冷却。

铁心迭装过程中经多次施压, 两端用压圈通过定位筋用螺帽压紧，保证片间有足够的压力，使铁心具有足够的刚度。铁心与机座之间装设轴向弹簧板，有效地减小了铁心倍频振动对机座及基础的影响。

边段铁心齿设计成阶梯状并在齿中间开窄槽，同时在压圈上装置整体压制成形的铜屏蔽，以降低铁心端部的损耗和温升。

4.5 定子绕组

定子绕组为单匝线圈组成的双层篮式结构,采用连续式 F 级环氧粉云母绝缘系统, 表面有防晕处理措施。线圈具有优良的绝缘性能和机械性能。

定子线圈通水冷却,空心导线和实心导线按一定比例组合成双排导线,这种方式能获得良好的冷却效果和较高的槽利用率。线圈在槽部进行540o 换位以降低环流损耗。

线棒两端焊有水接头, 并通过绝缘引水管与进出水汇流母管连接。

线棒通过严格的检查和试验以保证质量。

每根空心股线先单独进行水压及流量试验。线棒成形及焊水接头后,均重做水压及流量试验。单根线棒要进行耐电压试验。

为了约束线棒上的电动力的不利影响,绕组必须在槽部和端部妥善固定。本机槽部采用槽楔、楔下波纹板以及层间和槽底垫适形材料作为径向固定；采用半导体斜楔作为侧面固定, 实践证明这是一种有效的固定方式。

1.垫条

2.槽楔

3.

4.

5.

6.

图 4. 定子线圈槽内固定

端部用涤玻绳绑扎在由玻璃钢支架和绑环组成的端部固定件上。端部固有频率远离100Hz,从而避免运行时发生共振。玻璃钢支架由轴向柔度较大的L形支架与压圈联接，使整个端部可以较自由的在轴向位移，以适应调峰运行的需要。

1.气隙隔板

2.槽口垫块

3.绑环

4.绑绳

5.层间绑环

6.绝缘盒

7.

8.绝缘支架

9.定子引线

10.L

图 5. 定子线圈端部固定

出厂前, 定子绕组(包括出线部分) 按照有关标准和规范进行水压试验和耐电压试验。

4.6 出线端子（出线套管）

六个出线端子(三个为中性点, 三个为电功率输出端) 从励端端罩下部的非磁性钢出线罩引出。

出线端子由高压瓷瓶和空心导电杆组成,导电杆内通水冷却。

高压瓷瓶按技术规范采购以保证其电气和机械性能。

出线端子单独进行空气气密试验。

出线端与封闭母线联接的部位镀银。

定子出线部分在工地安装完毕后,与定子绕组一起进行水压试验、耐电压试验及整体气密试验。

允许在出线罩上用非磁性螺杆吊装套管式电流互感器(CT),每个套管外留有装4~5 只电流互感器的空间。

图 6. 水冷出线套管结构

4.7 转子

4.7.1 轴

转轴由整锻高强度,高磁导率合金钢加工而成。

转子本体上加工有放置励磁绕组的轴向槽，本体同时作为磁路。转子具有传递功率, 承受事故状态下的扭矩和高速旋转产生的巨大离心力的能力。

转子锻件根据有关标准和规范订货。对锻件的化学成分, 机械性能,磁性能进行测试并进行超声波探伤。

转子大齿上加工横向槽, 用于均衡大、小齿方向的刚度，以避免由于它们之间的较大差异而产生倍频振动。

4.7.2 转子绕组

转子绕组采用具有良好的导电性能, 机械性能和抗蠕变性能的含银铜线制成。

转子绕组槽部采用气隙取气斜流内冷方式, 端部采用两路通风冷却方式。

当转子高速旋转时，气隙里的冷氢从进风区槽楔迎风风斗进入绕组斜向风道(绕组风道由铜线上加工的孔形成), 到达槽底后沿另一侧斜向风道返回气隙出风区从而带走铜线损耗。

图 7. 转子绕组气隙取气, 斜流冷却风路示意图

这种由转子的旋转作用产生风压而形成的"自通风系统" 可以只采用单级风扇, 从而降低了通风损耗。

在端部, 进入护环下的气流分成两路, 一路沿转子铜线上的轴向通风道到达槽部, 从出风区槽楔甩出，另一路进入铜线的切向风道, 从大齿甩风槽排入气隙, 这种端部通风系统风路短, 温升低。

图 8. 转子绕组端部两路通风系统示意图

转子装配完后, 进行通风孔的检查试验并将试验记录提供用户。

转子槽衬用含云母,玻璃纤维等材料的复合绝缘压制而成,具有良好的绝缘性能和机械性能。

槽衬内表面和端部护环绝缘内表面涂有干性滑移剂，使转子铜线在负

荷变化引起热胀冷缩时可自由伸缩，以适应调峰的需要。

4.7.3 护环

护环的作用是保护转子端部绕组,使之不致因离心力而飞散。护环采用非磁性的高强度合金钢锻件（Mn18Cr18）加工而成，其锻件订货和加工均有严格的质量保证措施。

护环为悬挂式结构，热套在转子本体两端。

4.7.4 阻尼环

在转子两端护环下布置有紫铜板制成的阻尼环，其齿部深入本体槽楔下，阻尼环的存在提高了转子承担负序负荷的能力。

4.7.5 集电环

集电环用耐磨合金钢制成,与转子之间采用热套装配,在集电环与转轴之间有绝缘套筒。通过集电环和碳刷装置可以提供发电机额定出力、以至强励时所需的励磁电流。

集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。

集电环通过导电螺钉,转子引线与转子绕组相连接。导电螺钉由铬铜合金制成,具有高强度和高导电率。导电螺钉与转轴之间有密封结构以防漏氢。

电刷为电碳制品,有较低的磨擦系数,与恒压弹簧刷握配合使用。

两集电环间有同轴离心式风扇对集电环及电刷进行强迫冷却。

4.7.6 转子装配

转子装配后进行动平衡试验和120％额定转速、历时2min的超速试验。此外还要进行规定的绝缘试验并测量转子绕组交流阻抗。

运行时,用接地装置在汽端将转子接地，励端有供装设接地保护的装置。

制造厂提供装抽转子所需的特殊工具。

4.8 油密封及挡油盖

机座内的氢气是靠转轴与密封瓦之间的压力油密封的。密封油压高于机内氢气压力0.05 MPa左右。

密封系统为单流环式。位于密封座内的密封瓦在轴向与径向分半，用弹簧连接，有较好的随动性。

该系统具有配置简单，运行维护方便的特点。尤其在油系统中设置有真空净油装置，能有效去除油中水分，对保持机内氢气干燥有明显的作用。

若用户要求，也可采用有数十年运行经验的双流环式油密封系统。

励端油密封对地为双层绝缘结构，可在运行时检查对地绝缘电阻。

在密封瓦旁靠机内侧同时装置了梳齿式挡油盖和辅助挡油盖，可避免机内受到油污染。

图 9. 油密封及挡油盖示意图

4.9 轴承和端盖

本机采用水平中分面椭圆轴承。轴承与轴承座（端盖）的配合面为球

面，以使轴承可以根椐转子挠度自动调节自已的位置。

励端轴承设有对地绝缘以防轴电流烧伤轴颈和轴承合金。对地绝缘为双层结构，可在运行时检测绝缘电阻。

润滑油来自汽轮机供油系统。起动和停机时的低转速下提供高压顶轴油以避免损伤轴承合金。

轴承安装在端盖上。端盖由钢板焊成,有足够的强度和刚度，除了支持转子外，还能承受机内氢气压力甚至氢气爆炸产生的压力。

4.10 氢气冷却器

四个氢气冷却器水平安装在两个端罩的顶部冷却器包内。冷却器在制造厂单独进行0.8MPa表压的水压试验,并与机座一起承受气密试验。