1發電機的基本結構

汽輪發電機主要由定子、轉子、端蓋和軸承等組成。今天就給我們詳解。

2發電機冷卻模式

發電機的主要發熱元件是定子繞組、定子鐵芯(磁滯和渦流損耗)和轉子繞組。必須采取有效的冷卻措施來消除這些部件散發的熱量，以使發電機各部分的溫度不超過允許值。

發電機采用水-氫-氫冷卻方式，即發電機定子繞組和引線內部用水冷卻，發電機轉子繞組內部用氫冷卻，轉子本體和定子鐵芯內部用氫冷卻。因此，發電機還配有定子水冷系統、發電機氫氣冷卻系統和密封油系統，以防止氫氣從軸封泄漏。

3發電機定子

發電機定子主要由機座、定子鐵芯、定子繞組和端蓋組成。

1)框架和端蓋

框架是用鋼板焊接而成的殼體結構，其主要功能是支撐和固定定子鐵芯和定子繞組。此外，底座可以防止氫氣泄漏，并承受氫氣的爆炸力。

外殼和定子鐵芯之間的空間是發電機通風(氫氣)系統的一部分。由于發電機定子采用徑向通風，外殼與鐵芯背面之間的空間沿軸向分成若干段，每段形成一個環形小氣室，每個小氣室交替分為進氣區和出氣區。這些室通過管道相互連接，可以交替通風。氫氣交替通過鐵芯的外側和內側，然后通過冷卻器集中，從而有效地防止熱應力和局部過熱。

端蓋是發電機密封的組成部分，其結構如圖所示。為了便于安裝、維護、拆卸和組裝，端蓋由水平分開的上半部和下半部組成，并配有端蓋軸承。端蓋的接合面上還有一個密封槽，密封槽內填充有密封劑，以確保良好的氣密性。

軸瓦采用橢圓形水平分體結構，軸瓦外圓的球形**了軸承的調心功能。

旋轉軸穿過端蓋處的氫密封由油封的油膜**。密封瓦由銅合金制成，內圈與軸之間有間隙，安裝在端蓋內圈的密封座內。密封瓦分為四塊，由夾緊彈簧沿徑向和軸向夾緊。雖然密封瓦可沿徑向隨軸浮動，但密封座上下的銷可防止其切向旋轉。密封油通過密封座的油腔和密封襯套流入襯套和軸之間的間隙，沿徑向形成油膜，防止氫氣泄漏。

滑環端的軸承和油封與地面絕緣，以防止軸電流損壞旋轉軸。

2)隔振——定子彈性支撐

為了減小轉子磁通對定子鐵心的磁拉力引起的雙頻振動，以及短路等其他因素引起的定子鐵心振動對機座和基礎的影響，在定子鐵心和機座之間采用了水平彈性隔振結構。彈性隔振的結構形式如左圖所示：定位筋的背面安裝有彈簧板，彈簧板通過墊塊用螺栓固定在定位筋的背面，彈簧板的中部與框架內的隔板連接形成彈性隔振結構。

3)定子鐵芯

定子鐵芯是發電機磁路和定子繞組的重要組成部分。為了減小鐵芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用高磁導率、低損耗、厚度為0.5毫米的**冷軋硅鋼片制成，每層硅鋼片由若干個扇形片圍成一個圓圈，每個扇形片涂有耐高溫無機絕緣漆。沖片上沖壓有用于嵌入線圈的下線槽和用于放置槽楔的燕尾槽。扇形沖片由定子定位筋定位，由球墨鑄鐵壓環壓緊，并卡入剛性圓柱形鐵芯中，鐵芯通過定位筋固定在內機座上。齒被壓環內側的非磁性壓指壓住。邊緣鐵芯涂有粘合膠漆，在鐵芯受壓后加熱，使其粘結成一個牢固的整體，鐵芯的剛性進一步提高。

為了減少壓環和側鐵芯端部漏磁引起的發熱，以及端部鐵芯的附加電氣損耗，壓環配有全銅屏蔽；邊緣鐵芯呈階梯狀，增加鐵芯內圈與轉子之間的氣隙；牙齒上有小凹槽。

轉子繞組端部有大量漏磁通。此外，發電機運行時，定子繞組也會在鐵心端部產生大量的漏磁通，漏磁通主要垂直進入端部定子鐵心，從而產生垂直于軸向的渦流，造成鐵心端部過熱。當發電機在勵磁狀態下運行時，定子繞組中會產生更多的漏磁通，這將使鐵芯端部過熱現象更加嚴重。為了減少壓環和側鐵芯端部漏磁引起的發熱和端部鐵芯的附加電氣損耗，上海電機公司采取了以下措施：

a)鐵芯的端部設計成階梯狀

鐵芯孔的兩端逐漸加大，可防止轉子漏磁通在定子鐵芯端部積累過多，并可將部分漏磁通轉化為垂直于定子軸線的徑向磁通，從而減少端部損耗和過熱。

b)轉子線圈末端應使用非磁性扣環。

勵磁繞組護環退磁增加了漏磁通的磁阻，從而降低了轉子端漏磁通對定子鐵芯的影響。

c)在鐵芯的端面上，采用銅保護板，即所謂的電屏蔽環

采用電屏蔽的目的是防止端部的大部分軸向漏磁通穿過鐵芯。由于鐵芯的端部是階梯形的，壓環處的漏磁會增加，漏磁通會在銅屏蔽中產生大量的渦流，渦流的方向會阻止漏磁通通過。與用作鐵芯端件的石墨鑄鐵相比，銅的電阻率只有1/5左右，根據磁滲透深度定律，損耗降低到1/2左右，銅的導熱系數是石墨鑄鐵的5倍，因此銅護板不會過熱。d)鐵芯壓端環和鐵芯端板(壓指)由高電阻率、低磁導率的材料制成

這種材料增加了銅屏蔽和鐵芯之間的磁阻，使得漏磁通難以通過鐵芯。高電阻率降低了這部分的渦流，因此零件不會過熱。

e)在鐵芯末端開槽

由于槽隙形成在鐵芯端部的扇形齒中，渦流流通面積減少了約1/2，因此渦流損耗減少了約3/4。

f)在冷卻空氣系統中，加強末端的冷卻。

4)定子繞組

定子繞組的端部結構如下圖所示。它是由兩端嵌入鐵芯槽中的絕緣棒連接而成的線圈。繞組的末端為籃式結構，通過引線環連接成固定相位帶。采用連續F級環氧云母粉絕緣體系，表面有防電暈處理措施。

在負載運行條件下，定子繞組會產生自感渦流損耗。為了減少這種損耗，定子線棒采用羅貝爾換位。所謂的換位是指，當桿被編織時，每個桿沿軸向長度被放置在槽中的不同高度處，使得每個桿的漏抗相等，每個導體中的電流是均勻的，并且減少了由直線和端部中的橫向漏通量引起的環流和附加損耗。

定子線棒通過混合矩形空心和實心股線編織而成，定子繞組由空心股線中的水介質冷卻。定子線棒端部的所有股線都焊接到水電接頭上，兩個線棒的水電接頭用銅帶焊接在一起，形成電連接，形成一圈線圈；所有空心股線中的冷卻水通過水電連接器的水路連接到滑環端附近的母線，并通過絕緣引水管進入線圈。發電機集電環端設有進水管，渦輪的末端有一個水母出口管。冷卻水流動通道是單向的，也就是說，它從集電環端流向渦輪端。

母線直接接地，從線圈到母線的連接采用單個加強絕緣管，用于接收發電機的工作電壓，從而確保線圈對地絕緣。但是對于這種結構，測量線圈絕緣是不方便的。

1槽底部襯墊2-主絕緣3-實心導線4-夾層襯墊5-半導體彈性波紋板6-空心導線7-傳輸襯墊8-滑動楔9-錐形楔銷

定子線棒固定在上圖所示的槽中，固定得很好：側面有一個半導體彈性波紋板，在徑向也用錐形槽楔固定。定子繞組端部有一個特殊的支撐系統，用浸膠聚酯繩捆綁固定在由玻璃鋼支架和捆綁環組成的端部固定件上，然后烘烤固化，使整個端部在徑向和周向剛性固定，**端部的固有頻率遠離倍頻，避免運行中產生共振。軸向可隨負荷或工況的變化而沿支架的滑銷方向自由移動，大大降低了負荷或工況變化對卷繞支撐系統造成的應力，提高了機組運行的可靠性，滿足了機組調峰運行的要求。5)發電機出線

發電機各相和中性點的引出線通過集電環端底座下部的引出線蓋引出底座，引出線蓋與定子外底座之間放置墊片以保持氣密性。出口蓋板由非磁性材料制成，以減少定子電流引起的渦流損耗。出口蓋板下方開有排水孔，以防止油或水積聚在導線周圍。

定子引出線和氫冷卻回路如上圖所示。定子出線通過高壓絕緣套管穿出外殼，套管由整體陶瓷和銅導電棒組成，兩端鍍銀。過渡導線和出口套管由氫氣內部冷卻，套管配有電流互感器，用于測量和保護。

6)溫度測量元件和出口板

a)熱阻

溫度計埋在定子繞組每相的.熱點，用來測量繞組的溫度。棒的溫度由嵌入每個槽的上下棒之間的電阻溫度計測量。鐵芯溫度用嵌入式熱電偶測量。此外，在冷卻器的進氣區域埋設一個電阻溫度計，以測量冷卻器的進氣和出氣溫度。

機器中的所有溫度計都通過機器底座下部的端子板引出。

b)熱電偶

因為當發電機欠勵磁時，定子端部的溫度將非常高，所以熱電偶埋在這些部件中以測量溫度。

安裝在定子壓環、銅屏蔽和鐵芯邊緣端齒測量部分的熱電偶為銅康熱電偶，其傳感部分焊接在測量點上。

定子線圈的出口溫度由安裝在出口接頭上的熱電偶測量。

軸瓦溫度由埋在鎢金下的熱電偶測量。

熱電偶股線和保護套管之間的間隙用陶瓷材料填充，從而使股線與外部空氣隔離，并且可以防止熱電偶在空氣中和高溫下被腐蝕。

熱電偶引線(玻璃纖維包線)被引至溫度測量接線盒的出口板。

4.發電機轉子

1)轉子體

發電機轉子由整體合金鋼鍛件制成，轉子體上徑向開有許多縱向槽，用于安裝轉子繞組和用作磁路。轉子繞組由鋁合金和鋼槽楔固定在槽中，以抵抗離心力。磁性和非磁性槽楔的應用可以**合理的磁通分布。這些槽楔楔楔入轉子槽的燕尾槽中。

在轉子的大齒上加工橫向凹槽(即月牙形凹槽)，以平衡大齒和小齒的剛度，從而避免由它們之間的較大差異引起的倍頻振動。

如上圖所示，為了減少不平衡負載產生的負序電流對轉子的發熱，提高發電機承受不平衡負載(負序電流和異步運行)的能力，采用半阻尼繞組，阻尼繞組設置在轉子體兩端(保護環下方)。半阻尼繞組在轉子兩端只設有由銅板制成的梳狀阻尼環，半阻尼繞組的梳齒伸入每個槽內，并位于大齒上阻尼槽的槽楔下方，被槽楔壓住。阻尼電流通路是由保護環、槽楔和阻尼銅條組成的阻尼系統。2)轉子繞組

轉子繞組由高強度含銀銅線制成，具有高抗蠕變性，從而提高了發電機承受峰值負載的能力。

為防止轉子繞組端部因離心力而損壞，轉子線圈放入槽中后，用鋁合金槽楔和鋼槽楔將槽緊固，以抵抗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**了合理的磁通分布。采用高強度非磁性合金鋼鍛件制成的護環，熱套懸掛安裝在轉子體的兩端，一端與轉子體的熱套配合，另一端懸掛安裝。模壓絕緣環用于轉子繞組和擋圈之間的絕緣。為了分離和支撐端部線圈，并限制由溫差和離心力引起的它們之間的位移，在端部繞組間隔塊中放置模制的環氧玻璃布絕緣塊。

轉子槽襯由含云母、玻璃纖維等材料的復合絕緣材料制成，具有良好的絕緣和機械性能。

3)轉子引線和集電環

強勵磁所需的額定輸出和勵磁電流可通過轉子引線、集電環和電刷裝置提供給發電機。

轉子電流通過電刷到達套在轉子伸出端的集電環，然后通過與集電環連接的徑向和軸向導電螺釘傳輸到轉子繞組。導電螺釘由高強度、高導電性的銅合金制成。導電螺桿和轉軸之間有密封結構，防止氫氣泄漏。

集電環由耐磨合金鋼制成，是一對帶凹槽的鋼環，絕緣后熱套在轉子軸上。集電環和轉軸之間設有絕緣套。

集電環上加工有軸向和徑向通風孔。表面的螺旋結構改善了電刷與集電環的接觸條件，使電刷之間的電流分布均勻。風扇設置在兩個集電環之間，以冷卻滑環和電刷。

4)碳刷

為了在發電機運行時安全快速地更換電刷，采用了箱式刷握結構。一次可以更換一套(4把刷子)。

進入轉子勵磁電流的電刷由天然石材制成。碳刷具有低摩擦系數和自潤滑效果。每個碳刷都有兩條柔性銅導線(即編織物)。恒壓螺旋彈簧徑向安裝在電刷盒上，因此在電刷長度達到磨損極限之前無需調整彈簧壓力。彈簧的壓力施加在碳刷的中心線上。彈簧是螺旋形的，壓力是恒定的。

電刷架采用左右分體結構，由導電環、電刷架和風罩組成，與地面絕緣。

電刷的更換：在正常運行條件下，電刷的磨損量為10-15毫米/1000小時，當電刷長度接近磨損極限時，電刷的軟線幾乎完全伸出。因此，刷子上有磨損極限標記。如果刷子磨損超過這條線，它將不再使用，需要更換。5.發電機通風系統

發電機使用氫氣作為主要冷卻介質，并以徑向多流封閉循環通風模式運行。定子繞組采用獨立的水冷系統，氫氣冷卻系統，包括風扇箱氫氣冷卻器，完全置于發電機內部。

發電機通風系統如上圖所示，采用徑向多流封閉循環通風。