600MW汽轮发电机结构原理

● 根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线在定子铁芯内的U、V、 W三相绕组（导线）依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即
感应电动势每秒钟变化的次数，恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。
● 汽轮发电机转子具有一对磁极（即1个N极、一个S极），转子旋转一周，定子绕 组中的感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极时，转子旋转一周，
QFSN-600-2 型汽轮发电机结构原理简介
2016年1月 袁琦
一、概述
● 我公司发电机是上海汽轮发电机有限公司在引进西屋600MW汽轮发电机机组设计 基础上优化设计的产品，型号为QFSN-600-2型汽轮机直接拖动、二极、三相同步 汽轮发电机。发电机冷却方式为水－氢－氢，采用机端自并励静止励磁。 ● 水氢氢冷却方式：定子线圈（包括定子引线）直接水冷、转子线圈直接氢冷（气
● 轴瓦：采用椭圆式水平中分面结构，轴瓦外园的球面形状保证了轴承有自调心的 作用。在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。密封瓦为铜合
金制成，内圆与轴间有间隙，装在端盖内圆处的密封座内。密封瓦分成四块，在
径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧，尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动，但在密封 座上下均有销子可以防止它切向转动。密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和 轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄，在励端油密封设有双层对地绝缘 以防止轴电流烧伤转轴。 ● 在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。由于发电机 定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形 成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相 互连通，并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通 过冷却器，从通过压圈内侧的非磁性压指来压紧。边段铁芯涂
有粘接漆，在铁芯装压后加热，使其粘接成一个牢固的整体，进一步提高铁芯的 刚度。
● 定子绕组：汽轮发电机主要采用三相双层绕组，并采用短距分布式叠绕组，定子 绕组的端部由绝缘线棒在端部联结成的线圈，由引线环连接成固定的相带。采用 连续式F级环氧粉云母绝缘系统，表面进行防晕处理。轴向可沿支架滑销方向自 由移动，减少由于负荷或工况变化而在定子绕组和支撑系统中引起的应力，满足 机组调峰运行的要求。定子线棒由矩形的空心和实心股线混合编织而成，定子绕 组就是通过空心股线中的水介质来冷却的。定子线棒端部的所有股线均焊接到水 电接头上，所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠滑环端的汇流母 管，并经绝缘引水管进入线圈。在发电机的集电环端设有一条进水母管；在汽机 端部设有一条出水母管。冷却水流通道为单向型，即从集电环端流向汽机端。 ● 发电机出线：发电机各相和中性点出线均通过集电环端机座下部出线罩引出机座， 在出线罩与定子外机座之间放置有密封垫以维持气密性。出线罩板采用非磁性材 料以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方开有排泄孔以防止引线周围积 存油或水。
容量 2－两极
二、QFSN-600-2型发电机额定参数

额定容量/功率 额定电压
667MVA/600MW 20KV


额定电流
功率因数 转速 频率 相数 额定氢压 励磁方式
19245A
0.9 （滞后） 3000r/min 50Hz 3 0.4MPa（最高0.44） 自并励静止励磁
隙取气方式），定子铁心氢冷。发电机采用密闭循环通风冷却。集电环和电刷空
气冷却。 ● 轴承为强迫润滑（由汽机润滑油系统供油）。 ● 发电机配有氢油水控制系统，以提供和控制发电机冷却用氢气，密封油和定子线 圈冷却用水。 ● 发电机型号表示意义： Q－汽轮机拖动 F－发电机 S－定子绕组水冷 N－转子绕组氢内冷 600－额定
● 发电机主要有定子和转子两部分，定、转子之间有气隙，原理如上图所示。定子
上有AX、BY、CZ三相绕组，它们在空间上彼此相差120°电角度，每相绕组的匝
数相等。转子磁极（主极）上装有励磁绕组，由直流励磁，其磁通方向从转子N 极出来，经过气隙、定子铁芯，再进入转子S极而构成回路。 ● 由于发电机定子三相绕组在物理空间布置上相差120°，那么转子磁场的磁力线 势必将先切割A相绕组，再切割B相，最后切割C相。因此，定子三相感应电势大 小相等，在相位上彼此互差120°电角度。 ● 汽轮发电机的极对数为1，转子每分钟转数为n，则转子每秒钟旋转n/60转，那么 感应电势将每秒交变（pn/60）次，所以n＝3000r/min情况下，f＝50Hz。 ● 同步发电机运行：当同步发电机被原动机拖动到同步转速时，转子绕组中通入直 流励磁电流而定子绕组开路（接上对称的负载）时，称为空载运行（负载运行）。
● 测温元件和出线板：为监视发电机定子绕组、线棒、铁芯、轴承及冷却器等各 重要部位的运行温度，在这些部位埋置了多只热电阻、热电偶测温元件，通过导
线连接到温度巡检装置，在运行中进行监控，所有机内的检温计均通过机座下部
的接线端子板引出，并通过微机进行显示和打印。 ● 转子本体：发电机转子是由一根整体合金钢锻件加工而成，在转子本体上径向地 开有许多纵向槽用于安装转子绕组，同时作为磁路。 ● 转子绕组：转子绕组由高强度含银铜线制成，具有较高的抗蠕变能力，从而提高 了发电机承担调峰负荷的能力。为防止由于离心力的作用，对转子绕组端部产生 破坏，转子线圈放入槽内后，槽口用铝合金槽楔和钢槽楔固紧，以抵御转子高速 旋转产生的离心力。


出线端子数
绝缘等级 漏氢量
6
F级（温升按B级考核） ≤Nm3/24h
三、工作原理：
● 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。 汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕
组内通入直流电流后，便建立一个磁场，这个磁场称主磁极，它随着汽轮发电机 转子旋转。其磁通自转子的一个极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入 转子另一个极构成回路。
个碳刷带有两柔性的铜引线（即刷辫）。采用恒压式弹簧径向地装在刷盒上，从
而在电刷长度达到磨损极限之前没必要调整弹簧压力。弹簧的压力施加在碳刷中 心线上。刷架采用左右分瓣把合结构，由导电环、刷座及风罩等部件组成，对地 绝缘，具体结构如下图所示。
转子主要由导电的转子绕组、导磁的铁心以及转子轴伸、护环、中心环 和风扇等组成。
● 机座隔振——定子弹性支撑：为了减小由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起 的双频振动，以及短路等其它因数引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，在
定子铁芯和机座之间采用卧式弹性隔振结构。弹性隔振结构形式如下图所示：在
定位筋的背部装弹簧板，弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板 中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。 ● 定子铁芯：定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁 芯的磁滞和涡流损耗，定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷 轧硅钢片冲制而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了 耐高温的无机绝缘漆。通过球墨铸铁压圈施压，夹紧成一个刚性圆柱形铁芯，用
定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转
子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势 也变化50次，这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应 出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电 机定子三相绕组引出线的末端（即中性点）连在一起。绕组的首端引出线与用电 设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能 的过程。
● 转子引线和集电环：通过转子引线与集电环以及电刷装置，可以给发电机提供 额定出力及强励时所需的励磁电流。转子电流通过电刷通入热套在转子外伸端的
集电环，再通过与集电环相联接的径向和轴向导电螺杆传到转子绕组，集电环用
耐磨合金钢制成，是一对带沟槽的钢环，经绝缘后热套在转子轴上的。在集电环 与转轴之间设有绝缘套筒。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 ● 碳刷：碳刷是将励磁电流投入高速旋转的转子绕组的关键部件。为了能在发电机 运行时安全、迅速地更换电刷，采用了盒式刷握结构。每次可换一组（4个）电 刷。电刷是由天然石磨材料粘结制成。碳刷具有低的摩擦系数和自润滑作用。每
定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。
定子出线及氢冷回路如下图所示。定子出线通过高压绝缘套管穿出机壳外，套管 由整体的陶瓷和铜导电杆组成，导电杆两端镀银。过渡引线及出线套管均采用氢 气内冷，套管上装有电流互感器供测量和保护用。氢气从铜导电杆上端的进风口 进入导电杆内管，在底部转入双层铜管的环形空间，通过上部一特殊接头排入过 渡引线，再由固定过渡引线的空心磁套管排入出线罩的夹层风道后进入内外端盖 间的低压风区。
四、发电机基本构成
发电机结构原理图
发电机剖视图
四、汽轮发电机的结构
● 发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成，具体的发电机结构见上图， 火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。
● 发电机定子：发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。
机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。 此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。 端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图所示。为了安装、检修、拆装方便， 端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。
● 电刷的更换：正常操作条件下，电刷磨损量在1000小时时为10－15mm，当电刷长 度达到接近磨损极限时，电刷软导线处于几乎完全伸长的状态。因此，在电刷上 标有一条磨损极限，如果电刷磨损超过这条线，将不能继续使用，需进行更换。
谢谢大家！ 二0一六年一月