哈电600MW等级汽轮发电机技术特点(一)
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摘要：哈尔滨电机厂有限责任公司，20世纪80年代，引进美国西屋电气公司600MW汽轮发电机设计与制造技术，在国内率先消化、吸收，同时开展了大量的国产化和科研工作，并按国家要求与西屋电气公司对引进型产品进行联合优化设计，提高了发电机效率、最大出力和励磁顶值电压倍数，满足了电力部门对励磁及各种参数的要求。在此基础上，哈电对600MW汽轮发电机不断优化和改进，且将其发展成多容量和功率因数规格、系列化的第三代成熟产品。
关键词：汽轮发电机；功率因数；额定功率；刚―柔固定结构；转子阻尼系统
1 引言
哈尔滨电机厂有限责任公司（简称：哈电机，英文缩写：HEC）在20世纪80年代初期引进美国西屋电气公司600MW汽轮发电机设计与制造，在完成本地化生产（装机于安徽平圩电厂）的同时，1987年又按照国家要求与西屋电气公司对引进型产品进行联合优化设计。先后研制出国产首台优化型600MW发电机（哈三电厂3号机），国产首台额定650MW，最大连续出力700MW的核电站汽轮电发电机（核电秦山二期），国产首台600MW超临界机组的发电机（沁北电厂1号机）。HEC还先后在2台600MW等级发电机（哈三3号机、秦山二期1号机）上进行过型式试验和较全面的科研试验，充分掌握了600MW等级发电机的各种性能参数，为机组的安全运行提供了保障，同时为600MW等级发电机的优化和改进提供了有力依据。现在，HEC的600MW等级汽轮发电机通过不断优化和改进，已发展为多容量和功率因数规格、系列化的第三代成熟产品。以下对HEC的600MW等级汽轮发电机的技术特点予以简要介绍。
2 发电机技术特点
2.1 发电机规格
HEC的600MW级发电机的额定功率有600MW、660MW、670MW和680MW四种，额定功率因数有0.85和0.9两种，励磁方式有无刷和静止两种，规格较齐全，发电机不仅出力大，而且效率高，如：额定功率因数0.9并采用静止励磁的600MW发电机效率可达到99%。
2.2 冷却方式
发电机定子绕组采用水内冷、发电机定子铁芯和端部结构件采用氢冷、发电机转子采用气隙取气的氢内冷的冷却方式。
2.3 发电机绝缘等级
发电机定子和转子均采用F级绝缘，按B级运行考核。
2.4 定子机壳防爆设计
发电机机座、端盖、出线盒和冷却器外罩等均能承受按3.5倍额定氢压设计，因此整个定子机壳具有良好的防氢爆性能。
2.5 定子铁芯
定子铁心由高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢板冲制并经绝缘处理的扇形片叠装而成。为了防止端部杂散损耗的增加，端部边段铁心设计成沿径向呈阶梯形状并粘接成整体，而且在齿部开槽。
定子铁芯径向采用圆形定位筋定位后，再由圆形定位筋外侧的夹紧环收紧，而且机组运行一定时期后可通过夹紧环再径向收紧铁芯。
定子铁芯轴向收紧除圆形定位筋外，还采用了绝缘穿心螺杆，并通过液压拉伸器收紧铁芯。
定子铁芯端部采用了无磁性压指和分块压板的紧固结构。
2.6 定子铁芯隔振结构
为了使定子铁芯振动传到基础的力降为最小，发电机定子铁芯和机座之间采用立式弹簧板的隔振结构。
隔振结构是在出风区内定子铁心与定子机座之间设置6组弹簧板。定子铁心经夹紧环与弹簧板的一端相连接，弹簧板的另一端与机座隔板相连接。弹簧板分布在夹紧环的两侧和底部，底部弹簧板用来保持铁心的稳定，并在事故状态下分担电磁力矩。
隔振结构在强度上能承受至少20倍额定转矩的突然短路扭矩。
2.7 定子铁心端部屏蔽结构
定子铁芯端部采用磁屏蔽（见图1）。发电机定子铁芯两端设有用硅钢板冲制的扇形片叠装成内圆表面呈阶梯多齿状的磁屏蔽层，有效地将定子端部漏磁分流，减小端部发热，增加发电机的运行能力。
2.8 定子线棒
定子线棒采用实心导线和空心导线最佳组合，以降低电气损耗。线棒对地绝缘采用F级环氧粉云母带。为降低定子绕组电晕电位，线棒的槽内部分和槽口部分均进行防晕处理。定子线棒经一次模压成型，因而具有良好的绝缘强度、机械强度和防晕性能。
定子上、下层线棒采用不同的截面，并在直线部分进行540°罗贝尔换位加空换位，可使涡流引起的附加损耗和股间环流损耗、包括端部横向磁场差异引起的附加损耗大为减少。
为增大相间的放电距离，线棒的鼻端采用不等距分布，同相线棒鼻端距离缩小，相间距离被加大。
定子线棒两端采用了水电分离的连接结构，并用软股线组合连接上下层线棒
2.9 定子槽内固定结构
首先在槽底和上、下层线棒间填加外包聚酯薄膜的热固性适形材料，并采用涨管压紧工艺，使线棒在槽内良好就位。同时，在线棒的侧面和槽壁之间塞入半导体垫条，使线棒表面良好接地，以降低线棒表面的电晕电位。
定子槽楔由高强度F级玻璃布卷制模压成型，在槽楔下面采用弹性绝缘波纹板径向压紧线棒。定子槽口处槽楔具有可靠的防松结构。
2.10 定子绕组端部刚―柔固定结构
定子绕组端部采用了大尺寸整体玻璃钢锥环、可调绑扎环、鼻端径向撑紧环的固定结构，同时通过21个无磁性弹簧板与定子铁心端部相连，整个定子绕组的端部形成沿径向和切向固定牢固、沿轴向可伸缩的刚―柔固定结构。
当发电机运行时，由于温度变化引起线棒轴向胀缩时，定子绕组端部整体可沿轴向伸缩，从而有效地减缓了绕组绝缘中的热应力，并使发电机适于调峰运行工况。
定子绕组端部固定结构中，与绕组相接触的各环件及所有紧固件均为非金属材料，从而避免因采用金属材料而带来的局部过热和尖端放电现象。
2.11 转子轴
转子轴由一个整根的26CrNi4MoV合金钢实心锻件加工而成，在寿命期内能承受起停机10000次以上。
2.12 转子线圈护环
转子线圈护环由18Mn18Cr无磁性钢整体锻件制成，具有较强的抗应力腐蚀能力，能承受运行时的巨大的环向应力、径向重复性椭圆变形和端部会聚磁通。
为了防止由缺口引起的机械强度下降，采用了不在护环上钻径向通风孔的结构。
2.13 转子线圈
转子线圈由高强度精拉含银铜排制成，具有较强的抗应力腐蚀能力，适于发电机调峰运行。
转子线圈由8瓣组成，每瓣单独加工成型，因而具有良好的尺寸和形状。线圈各瓣之间、各线圈间均采用中频感应钎焊连接。
2.14 转子隐风斗技术
HEC通过对通风系统进行优化和研究试验，在600MW等级汽轮发电机转子上采用了“全隐式风斗”这一新技术。
由于转子采用气隙取气氢内冷的冷却方式，转子风斗的形式，即风斗的高矮是这种通风方式的关键技术。风斗越高，虽然取风效果越好，但所带来的风摩损耗也越大，影响发电机的效率，甚至较大的风摩损耗会影响定子铁心的温度。
HEC长期以来就注重这方面的研究，并进行了转子凸起式、半隐式和全隐式风斗的系列性科研和试验工作，成功的在600MW等级发电机上采用了转子全隐式风斗结构。
转子采用全隐式风斗结构后，使风摩损耗与凸起式风斗比降低了420kW，同时可将发电机效率提高0.07%。此外，由于表面无凸起物，还给转子装抽及维护带来极大便利。