QF—35～45—2系列空冷汽輪發(fā)電機新型風(fēng)路結(jié)構(gòu)

董江偉　萬金平　肖智毓

摘要：文章闡述了定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及降低溫升的措施，確定了發(fā)電機的風(fēng)路結(jié)構(gòu)，介紹了空冷器及測溫裝置，并與現(xiàn)有類似產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)要求的溫升性能進行對比，性能優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：空冷汽輪發(fā)電機；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；風(fēng)路設(shè)計；性能對比

中圖分類號：TM311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0137-02

1 概述

隨著市場對QF型30MW以上空冷汽輪發(fā)電機的需求，開發(fā)QF型30MW以上空冷汽輪發(fā)電機成為公司的重點項目，利用電磁計算對35MW空冷汽輪發(fā)電機進行計算，電磁計算中定轉(zhuǎn)子溫升超標(biāo)，原有的定子空外冷冷卻方式、轉(zhuǎn)子空外冷冷卻方式已不能滿足通風(fēng)冷卻的需要，35MW空冷汽輪發(fā)電機與30MW汽輪發(fā)電機相比，定轉(zhuǎn)子更細長，熱量不易散出，這就需要一種新型風(fēng)路結(jié)構(gòu)來降低定轉(zhuǎn)子溫升，定子采用空外冷模壓線圈，轉(zhuǎn)子采用空心導(dǎo)線空內(nèi)冷冷卻方式，可有效降低發(fā)電機溫升。

2 設(shè)計方案

2.1 定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及降低溫升的措施

該系列發(fā)電機采用密閉循環(huán)空氣冷卻方式，定子由機座、定子鐵心和定子繞組組成。其中發(fā)電機機座為鋼板焊接，結(jié)構(gòu)輕巧堅固，定子多風(fēng)室通風(fēng)，加強風(fēng)路密封，提高了冷卻效果。定子鐵心由彼此絕緣的優(yōu)質(zhì)硅鋼片沿軸向疊壓起來，以減少渦流損耗；合理布置端部階梯，并在齒上開有窄槽，壓圈、壓指等采用非磁性材料，在端部形成了良好的漏磁屏蔽，降低了較高線負荷引起的端部附加損耗；控制槽滿率不能太高，以利于槽內(nèi)導(dǎo)線的散熱；定子通過其背部定位筋和端部壓圈拉緊固定，按不同風(fēng)區(qū)軸向分成不同寬度的鐵芯段，使整個鐵芯上的溫度分布均勻。定子線圈設(shè)計為雙層疊繞組模壓線圈，由多股玻璃絲包扁銅線迭成，桐馬粉云母帶連續(xù)包扎模壓成型，為降低直線部分的附加損耗，選用了較薄的股線并進行了360°換位，線圈端部采用短漸開線結(jié)構(gòu)，有效降低了端部損耗。定子風(fēng)路中結(jié)構(gòu)件均磨圓角，保證圓滑，降低風(fēng)摩系數(shù)，減少了風(fēng)摩損耗。

轉(zhuǎn)子采用25Cr2Ni4MoV優(yōu)質(zhì)合金鋼整體鍛件，轉(zhuǎn)子線圈為同心分布式繞阻，材料為空心含銀電解銅合金，轉(zhuǎn)子槽絕緣和匝間絕緣采用OMO復(fù)合材料，減薄了絕緣厚度，提高了槽滿率和匝間絕緣的可靠性，改善了冷卻效果。轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇由離心式改為效率較高的軸流式，加強通風(fēng)能力。相對空外冷冷卻方式，空內(nèi)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對冷卻空氣要求十分干凈。

2.2 風(fēng)路介紹

發(fā)電機有兩條對稱于發(fā)電機中心的空冷回路。冷卻空氣由電機轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇打入，一部分冷卻空氣進入轉(zhuǎn)子線圈端部區(qū)域，冷卻轉(zhuǎn)子繞組端部，然后進入氣隙。一部分冷卻空氣直接進入氣隙，在此處與來自轉(zhuǎn)子端部線圈的冷卻空氣匯合，然后冷卻轉(zhuǎn)子本體表面。另一部分冷卻空氣對定子線圈端部冷卻后，沿軸向風(fēng)道進入機座中部，冷卻鐵心和繞組后，進入氣隙，再冷卻轉(zhuǎn)子本體中部。然后與前兩部分冷卻空氣匯合，經(jīng)過定子鐵芯中的徑向通風(fēng)道冷卻定子繞組和鐵芯后回到空氣冷卻器。經(jīng)冷卻后，再回到風(fēng)扇，形成循環(huán)。定子繞組采用空外冷模壓線圈冷卻方式，熱流經(jīng)通風(fēng)管，從繞組絕緣傳至鐵芯，由流經(jīng)鐵芯徑向通風(fēng)道的冷卻空氣冷卻鐵芯。發(fā)電機機座作為定子通風(fēng)風(fēng)道，把冷風(fēng)區(qū)和熱風(fēng)區(qū)間隔開，以使軸向溫度均勻分布，定子通風(fēng)為兩進三出。

轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中風(fēng)路是冷風(fēng)從中心環(huán)和轉(zhuǎn)軸之間吹進轉(zhuǎn)子，進入轉(zhuǎn)子繞組端部風(fēng)腔，在槽入風(fēng)口處冷風(fēng)進入空心導(dǎo)體。在導(dǎo)體中，這部分冷風(fēng)分成兩部分。一部分冷風(fēng)通過槽中的空心導(dǎo)體到達轉(zhuǎn)子中心部位，從那里穿過空心導(dǎo)體和槽楔上的徑向孔進入氣隙。另一部分冷風(fēng)通過繞組端部空心導(dǎo)體，到達磁極軸線部分，從那里它由空心導(dǎo)體內(nèi)排出，最后通過轉(zhuǎn)子體端部的月牙槽進入氣隙。

該風(fēng)路將氣流分成多股，使冷空氣盡可能地與發(fā)電機的所有發(fā)熱部分相接觸，優(yōu)先冷卻發(fā)電機溫升比較高的定子端部、轉(zhuǎn)子端部，然后冷卻發(fā)電機本體部分，因此發(fā)電機各部分都能均勻地得到冷卻。

2.3 空冷器

30MW配的空氣冷卻器為740kW空冷器，已經(jīng)不能滿足QF-35～45-2系列空冷器的冷卻需要，需開發(fā)900kW空冷器。新空冷器共5組，每組容量180kW，冷卻空氣量20m3/s，冷卻水量320m3/h，水壓降18140Pa，風(fēng)壓降432Pa，進水溫度33℃，冷卻氣體溫度40℃。

發(fā)電機熱空氣經(jīng)通風(fēng)風(fēng)道排到空冷器中，與空冷器冷卻管中的水進行熱量交換，冷卻后的空氣經(jīng)空冷器下部空間進入發(fā)電機兩側(cè)，由轉(zhuǎn)子風(fēng)扇打入發(fā)電機，實現(xiàn)密閉循環(huán)，空冷器中的熱水通過出水管道排到?jīng)鏊小?/p>

2.4 溫度檢測裝置

為了保證發(fā)電機穩(wěn)定運行，設(shè)計了完備的溫度檢測裝置。定子測溫采用12只雙支Pt100電阻測溫元件，其中6只放置在定子線繞組上下層之間測量線圈溫度，6只放置在定子鐵心內(nèi)測量鐵心溫度。在機座熱風(fēng)區(qū)和出風(fēng)口分別裝設(shè)WSS-401型雙金屬溫度計和2只WZP2-190鉑熱電阻用以測量出風(fēng)溫度。在兩側(cè)端蓋進風(fēng)口處各裝設(shè)WTYY-1020型電阻溫度計1只用以測量進風(fēng)溫度。

3 性能對比

與QF-30-2 10500V空冷汽輪發(fā)電機相比，QF-35-2 10500V發(fā)電機定轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑?jīng)]變，長度增加了200，采用新型風(fēng)路結(jié)構(gòu)后，定子繞組溫升、定子鐵心溫升、轉(zhuǎn)子溫升并沒有隨容量增加而上升，反而處于比較低的水平，滿足國標(biāo)要求，性能指標(biāo)優(yōu)良。

4 結(jié)語

QF-35～45-2系列空冷汽輪發(fā)電機新型風(fēng)路設(shè)計中力求結(jié)構(gòu)安全可靠、使用維護方便、制造工藝合理。在滿足產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)要求的前提下，充分考慮產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，提高設(shè)計的繼承性，該新型風(fēng)路對于開發(fā)更大容量的QF型空冷汽輪發(fā)電機有很好的借鑒意義。自2011年設(shè)計成功后的一年里該系列發(fā)電機已訂貨6臺，其中2臺已運行，用戶反映很好，將創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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[3]李隆年.電機技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992.

作者簡介：董江偉（1981—），男，山東濟南人，山東齊魯電機制造有限公司發(fā)電機研究所工程師，研究方向：發(fā)電機；萬金平（1979—），男，山東濟南人，山東齊魯電機制造有限公司發(fā)電機研究所工程師，研究方向：發(fā)電機；肖智毓（1978—），男，山東濟南人，山東齊魯電機制造有限公司發(fā)電機研究所工程師，研究方向：發(fā)電機。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）