淺議大唐芒里水電站發(fā)電機及其附屬設(shè)備的設(shè)計

王繼超 韓秀茹

（1、大唐芒里水電開發(fā)有限公司，云南 潞西 6784002、中國水利水電第一工程局有限公司口前機械廠，吉林 永吉 132200）

芒里水電站位于云南德宏州潞西市遮放鎮(zhèn)境內(nèi)芒市河干流中下游峽谷河段，距州政府所在地芒市的公路距離為38km，距昆明707km，電站為壩后式開發(fā)，km，距昆明707km，電站為堤壩式開發(fā)，電站總裝機容量2×18MW。芒里水電站主機設(shè)備由杭州力源發(fā)電設(shè)備有限公司設(shè)計、制造。

1 發(fā)電機型式和額定值

(1)型式：發(fā)電機為立軸懸式、三相、密閉循環(huán)空冷

(2)旋轉(zhuǎn)方向：俯視為順時針旋轉(zhuǎn)

(3)額定容量：21.2MVA

(4)額定功率：18MW

(5)額定電壓：10.5kV

(6)額定電流：1164.5A

(7)額定功率因數(shù)：cosφ=0.85(滯后)

(8)額定頻率：50Hz

(9)額定轉(zhuǎn)速：200 r/min

(10)相數(shù)：3相

(11)定子繞組連接方式：星形連接

2 水輪發(fā)電機組及附屬設(shè)備技術(shù)參數(shù)明細表

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3 發(fā)電機主要結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

3.1 定子

定子分半運輸，現(xiàn)場組合并下合縫線，合縫試驗應(yīng)滿足工廠試驗要求，合縫面應(yīng)采取防止鐵芯振動的措施。機座應(yīng)設(shè)置起吊點，定子機座有足夠的強度和剛度，機座吊裝點應(yīng)能滿足立吊、翻轉(zhuǎn)。吊裝后定子機座、鐵芯應(yīng)不產(chǎn)生有害變形。

定子機座的設(shè)計應(yīng)確保在現(xiàn)場進行組裝后能成為一個足夠強度和剛度、能承受定子繞組短路時產(chǎn)生的切向和半數(shù)磁極短路時產(chǎn)生的單向磁拉力，并能承受在各種運行工況下所受的熱膨脹力、額定工況時產(chǎn)生的切向力及定子鐵芯通過定位筋傳來的100Hz交變力等的剛性圓環(huán)。定子機座的設(shè)計應(yīng)能滿足在安裝場或機坑內(nèi)組合定子的要求，其剛度和強度應(yīng)能滿足定子現(xiàn)場組合下合縫線全部完成后的整體吊運要求。賣方應(yīng)提供定子組合下合縫線后整體起吊的方案和防變形措施以及起吊工具。

定子鐵芯應(yīng)采用低損耗、無時效、優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片沖片去毛刺涂漆后在工地疊片，漆膜厚度應(yīng)均勻，體積電阻應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。每片用絕緣漆或其他合適的材料涂于兩面以減低渦流損失。在工廠疊片、下線，疊片之間按分瓣疊片要求所有連接均為搭接，形成一個整體分瓣連續(xù)鐵芯，疊片應(yīng)用足夠的鍵或鴿尾固定到定子機座上，并經(jīng)壓緊結(jié)構(gòu)壓緊，鴿尾與定位筋的配合應(yīng)考慮定子鐵芯熱膨脹，其徑向、周向應(yīng)有足夠的間隙。疊片時采取有效的壓緊措施，鐵芯采用分段壓緊并采用熱壓，上下兩端鐵芯要粘接，鐵芯最終疊壓力1.4～1.6MPa。拉緊螺桿把緊時，測力扳手力矩應(yīng)相匹配，各螺桿壓緊力應(yīng)均勻。疊片槽部公差不應(yīng)大于0.3mm，各種運行工況下，鐵芯在振動頻率為100Hz時允許雙幅振動量不大于0.03mm。定子鐵芯內(nèi)的通風(fēng)溝布置應(yīng)使氣流順暢，風(fēng)量分配均勻，讓定子鐵芯充分冷卻，風(fēng)摩阻損耗最小。

定子端箍應(yīng)采用非磁性材料，定子鐵芯齒壓板的壓指也應(yīng)采用非磁性材料。

定子繞組為星形連接。三相的相序為俯視逆時針U、V、W。

線圈在定子槽內(nèi)與鐵芯之間的配合應(yīng)緊密，當(dāng)1.2倍UN時，線棒對地電位應(yīng)不超過10V。

3.2 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極等部件組成。整個轉(zhuǎn)子的設(shè)計和制造應(yīng)能安全承受最大飛逸轉(zhuǎn)速15min，而不產(chǎn)生任何有害變形及接頭開焊等情況。此時，轉(zhuǎn)子材料的計算應(yīng)力不超過屈服應(yīng)力的60%。

磁極由薄鋼板疊壓而成，鳩尾或T尾用楔形鍵和相配合的槽固定到磁軛上，并用楔形鍵固定就位，楔形鍵應(yīng)在磁軛兩側(cè)鎖緊，以防止鍵松動后脫出。磁極壓板應(yīng)采用焊接加工成型，其強度應(yīng)滿足標(biāo)書對金屬材料的要求。

磁極線圈采用整體繞制結(jié)構(gòu)，極身、托板絕緣應(yīng)采用密封結(jié)構(gòu)，以防止油污進入。線圈使用F級絕緣，線圈間的極間連接應(yīng)可靠，并便于檢修拆卸。

轉(zhuǎn)子裝有縱橫阻尼繞阻，阻尼繞組設(shè)計應(yīng)使Xq”與Xd”之比接近1。阻尼條與阻尼環(huán)的連接采用銀焊，阻尼繞組間應(yīng)采用柔性連接，防止因振動和熱位移而引起故障。其連接既要牢固可靠，又便于檢修拆卸。

制動環(huán)采用分塊結(jié)構(gòu)，以便于拆裝。

3.3 主軸

發(fā)電機主軸應(yīng)用經(jīng)過適當(dāng)熱處理的20SiMn鋼鍛制而成，并應(yīng)符合國家專門技術(shù)條件的規(guī)定。

主軸采用整體鍛造結(jié)構(gòu)。聯(lián)軸法蘭尺寸應(yīng)與水輪機軸法蘭相吻合并應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。連接后的主軸在各種轉(zhuǎn)速直至飛逸轉(zhuǎn)速下應(yīng)能安全運行。

主軸應(yīng)全部精加工，并將軸承部位表面以及在導(dǎo)軸承上下表面打磨光。

主軸應(yīng)在制造廠作超聲波檢查，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。水輪機和發(fā)電機連接軸和推力頭的校正、檢驗應(yīng)在工廠進行，賣方按國家規(guī)定的轉(zhuǎn)動校驗法進行相連軸的對中心線和推力頭垂直度工作。

水輪發(fā)電機組組裝后，其軸線偏差應(yīng)符合GB8564《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》的要求。

3.4 軸承

推力軸承應(yīng)承受水輪發(fā)電機組所有轉(zhuǎn)動部分的重量，以及水輪機不平衡水推力在內(nèi)的組合荷載。在推力軸承和導(dǎo)軸承的油溫不低于10℃時應(yīng)允許水輪發(fā)電機組起動。應(yīng)允許水輪發(fā)電機組在停機后立即起動和在事故情況下不制動停機，并在各種工況下運行，包括從機組飛逸轉(zhuǎn)速不加制動到停機的整個過程。推力軸承能承受15min的飛逸轉(zhuǎn)速。

運行中，推力軸承的結(jié)構(gòu)應(yīng)作到嚴(yán)防油氣的逸出。在正常運行溫度下，如果軸承冷卻水中斷，應(yīng)允許帶額定負(fù)荷無損運行10min。

推力軸瓦采用優(yōu)質(zhì)彈性金屬塑料瓦，塑料瓦的材料采用大連三環(huán)材料。

導(dǎo)軸瓦是分塊的、用支柱螺栓調(diào)整，導(dǎo)軸承應(yīng)設(shè)計成在不干擾轉(zhuǎn)子和推力軸承的情況下可以裝拆、更換、檢修。軸瓦溫度不超過70℃，并且能承受15min的飛逸轉(zhuǎn)速。

各軸承采用可靠的防止甩油、漏油、油氣逸出的措施。擋油管必須精加工。

3.5 上、下機架

下機架應(yīng)能通過發(fā)電機定子取出。上導(dǎo)軸承支架宜不需要取出集電環(huán)就可以取出導(dǎo)軸承。

在下導(dǎo)軸承支架的下部或連軸法蘭處，應(yīng)有鋼密封隔板。在適當(dāng)位置上有1個帶有鉸鏈板的孔洞，可供人員出入。

3.6 集電環(huán)與電刷

滑環(huán)應(yīng)采用高耐磨性能材料制成，并應(yīng)采取措施嚴(yán)防粉塵污染定、轉(zhuǎn)子線圈，并有單獨的罩子保護。電刷應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)電化石墨。

電刷的布置應(yīng)考慮維修的方便，能夠在發(fā)電機運轉(zhuǎn)中直觀檢視，而不需要移去罩子，刷握應(yīng)布置得易于裝入電刷，電刷壓力應(yīng)在其磨損前后保持一致，滑環(huán)裝配應(yīng)便于就地重新拋光其表面。

滑環(huán)及引線的全部絕緣應(yīng)耐油、不吸潮，電刷引線應(yīng)采用鍍銀編織銅線。

3.7 引出線

主引線和中性點引線均應(yīng)為線電壓級全絕緣。

主引線三根，引線與冷卻器互不干擾，對地距離、相間距離應(yīng)滿足要求。引出方向初定在第二象限與+Y軸夾角為45°的方向。

中性點引出線引出方向初定為第四象限與+X軸夾角為45°的方向。

3.8 附屬設(shè)備

附屬設(shè)備包括發(fā)電機及潤滑油冷卻系統(tǒng)、制動和頂起裝置、滅火裝置、自動除濕機和加熱器、軸電流的防止、檢測儀表、測速裝置、控制系統(tǒng)等。

4 發(fā)電機發(fā)電機現(xiàn)場安裝試驗

4.1 現(xiàn)場性能試驗

(1)通風(fēng)試驗；

(2)飛輪力矩GD2的試驗測量；

(3)發(fā)電機效率和損耗測量；

(4)短時間過流試驗；

(5)負(fù)序電流試驗；

(6)突然三相短路沖擊試驗（由賣方確定試驗方法）；

(7)電抗和短路比測量；

(8)時間常數(shù)測量；

(9)發(fā)電機噪聲水平測量。

4.2 現(xiàn)場例行試驗

(1)相序檢查；

(2)各部分絕緣電阻測量，包括定子、轉(zhuǎn)子繞組、軸承；

(3)定子繞組對機座的直流耐壓試驗和交流耐壓試驗；

(4)定子起暈電壓測量；

(5)定子對地電容電流測量；

(6)定子和轉(zhuǎn)子繞組的電阻測量；

(7)轉(zhuǎn)子阻抗測量；

(8)定子繞組匝間絕緣介電強度試驗；

(9)空載特性試驗；

(10)三相短路特性試驗；

(11)定子鐵芯損耗試驗；

(12)定子合縫試驗；

(13)電壓波形諧波分析，電壓波形畸變率及電壓諧波因素(THF)的測定；

(14)軸電壓的測定；

(15)振動、擺度的測定；

(16)軸承溫升的測定；

(17)繞組溫升的試驗；

(18)過速試驗和甩負(fù)荷試驗（在25%，50%，75%，100%額定負(fù)荷下）；

(19)潤滑油系統(tǒng)檢查；

(20)冷卻系統(tǒng)的耐壓試驗；

(21)機械制動系統(tǒng)和高壓油頂起系統(tǒng)試驗（耐壓和功能試驗）；

(22)附屬設(shè)備（包括盤柜）的耐壓試驗，絕緣電阻測定；

(23)各種停機和起動試驗；

(24)機組并列及帶負(fù)荷試驗。

5 總結(jié)

大唐芒里水電站兩臺機組已經(jīng)安裝調(diào)試完畢，并于2009年8月30日完成機組72小時試運行，機組運行到現(xiàn)在各部軸承的擺度、瓦溫、機架振動等均達到設(shè)計和規(guī)范規(guī)定的要求，機械制動的穩(wěn)定性和可靠性也滿足設(shè)計和規(guī)范要求。發(fā)電機及附屬設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，機組運行穩(wěn)定。

[1]陳琪.水電機組及附屬設(shè)備.緬甸邦朗水電站水輪發(fā)電機，中國水力發(fā)電年鑒，2002/01/01.