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1、QFSN-660-2型发电机培训教材生产准备处赵强1、发电机概述核电秦山联营有限公司扩建工程的两台汽轮发电机是上海发电机有限责任公司引进美国西屋公司世界级技术基础上，对已成熟投产的600MW产品进行优化后设计制造的国产核能汽轮发电机，发电机的型号为QFSN-660-2型（QF代表汽轮发电机；S代表定子水内冷；N氢内冷；660额定容量为660MW；2代表两极），该型发电机为三相交流两极同步发电机，发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水内冷，转子绕组为氢内冷，定子铁心及结构件为氢冷。励磁方式采用同轴无刷励磁，励磁控制采用ABB的UN5000自动电压调节系统，氢、油、水系统采用集装式自动控制。发电
2、机总装配图各部件布置及名称如附图1示:附图1：发电机总装配图QFSN-660-2型汽轮发电机汽轮机直接联接传动，其工作环境要求海拔高度不超过1000米，环境温度为540,要求周围环境不含导电灰尘、腐蚀性气体，无爆炸、振动和机械损伤等危险，该型汽轮发电机工作方式为连续长期运行。发电机的主要参数如表1，励磁机组的参数如表2。表1 发电机的基本数据额定容量733MVA定子槽数42额定功率660MW转子槽数32功率因素0.90转子槽分度数48额定电压20kV承受最大负序能力稳态I2/IN ： 10%瞬态（I2/IN ）2.t： 10s额定电流21170A额定励磁电压（90）441V定子每相串联匝数7空
3、载励磁电压（75）139V定子引线铜排4额定励磁电流4493A发电机波阻抗74.3空载励磁电流1480A短路比0.5励磁顶值电压2倍额定电压(恒电阻特性)极数2定、转子绝缘等级F额定频率50HZ定子线圈每相对地电容0.213F额定转速3000r/min直/交轴同步电抗237%/231%相数3零序电抗（不饱和/饱和）11.1%/10.6%定子绕组连接方式YY负序电抗（不饱和/饱和）24.3%/22.3%定子绝缘等级F转子线圈自感0.701H定子出线端子数6效率保证值98.85%相带60发电机噪声水平距机壳1m处，90dB发电机的冷却介质有氢气，定子内冷却水，氢气冷却器内的冷却水，轴承润滑油和密封
4、油，其基本参数如下。表2 发电机内氢气参数额定氢压(MPa)0.5漏氢量 (m3/24h)10允许氢气湿度（露点, ）-25-5补充氢气露点（）-50局部过热报警()200氢压自动控制额定值0.02MPa额定氢气纯度95%氢气纯度低报警90%冷氢进口温度()46额定氢压下氢气湿度（g/ m3） )2表3 发电机定子绕组内冷却水参数冷却水压降（MPa）0.20 0.23线棒最大温差（K）（同一类水路中的出水或层间测温元件）810总出水管水温（）80冷却水电导率（us/cm）1.5入口处温度（）4550（大于冷氢温度）氢水压差（MPa）0.035流量(m3/h)116总出水管对进水的温升（）20表
5、4 发电机氢气冷却器参数(针对一组而言)水压降（MPa）0.06热交换容量(KW)2300最高水压（MPa）0.6风压降（Pa）1000工作水压（MPa）0.2氢气流量冷却器流量(m3/s)35最高进水温度 ()38耗水量(m3/h)450表5 润滑油和密封油用油参数润滑油油压（MPa）0.10润滑油出油温度（）65密封油油压（kPa）（主、备）584556空侧、氢侧密封瓦出油温度（）65.55.55润滑油进油温度（）38密封瓦空/氢侧油量（L/min）（双侧和）236/55空侧、氢侧密封瓦进油温度()3849氢油压差（kPa）（主、备）8456发电机定子、转子，主励磁机定子、转子，永磁机定子
6、的绝缘等级为F级，其温度限值符合F级绝缘要求，发电机主要部件和冷却介质及润滑油的允许温度限值如表7。表6 发电机各主要部件温度限值测 点温度限值（）温度计法埋置检温计法定子绕组出水85定子上下层线棒间90定子铁芯120定子端部结构件120机内氢气80轴承金属90轴承和油密封出油70思考题：1、秦山二期发电机型号是什么？采用何种冷却方式？2、什么是发电机的负序能力？3、水内冷汽轮发电机定子同层线圈出水温度有何规定？2、发电机结构660MW汽轮发电机（不包括励磁机、励磁装置、氢系统、密封油系统、定子线圈冷却水系统）主要有9大部分组成：转子；油密封、轴承、端；挡风盖、导风环；冷却器与外罩；定子线圈；
7、定子机座、定子铁心；定子出线；定子出线端点和中心点外罩；定子外部水管。发电机的总体结构图见图2-1由于发电机采用气隙取气径向多路通风的冷却方式，转子本体沿全长分为11个风区，转子绕组采用中间铣孔的斜流通风结构，转子槽楔为风斗式，结构上为一斗两路通风。与转子相对应，定子铁心也分为11个风区，定子铁心设径向通风道，沿全长共有95个风道，风区的构成是由机座隔板形成的。定子铁心和定子机座间采用立式弹簧板隔振结构。在发电机汽、励端各设一个单级轴流式风扇。为了不使机座和转子过长，发电机的冷却器装配方式采用背包式，即两个冷却器罩壳设置在发电机汽、励两端的上部。冷却器横向装配在罩壳内。发电机采用端盖式轴承，轴
8、瓦为2块可倾式瓦，发电机采用双流双环式油密封。发电机定子绕组为60相带，双层 2支路并联绕组，采用水内冷，定子线棒为4排导线，空实线组合比为一空二实。绕组端部固定结构为刚柔性结构，绕组引出线为4排。机座励端下部设置出线盒，主引线和6个出线瓷套端子为水内冷。出线盒座和汽端下部的底座还作为定子运输时挂货钩的钩挂位置。发电机转子汽端热套装联轴器，发电机转子励端联轴器与无刷励磁机刚性联接，发电机转子引线与励磁机引出线为端面接触，采用机械把合联接结构。发电机的总体设计尺寸如下表2-1： 表2-1 发电机总长度(包括励磁机) mm 17371 发电机机座外径 mm 4000 发电机机座长度 mm 1035
9、0 发电机机座总高 mm 4277 冷却器罩壳高度 mm 1800 发电机宽度（包括底座） 6448 发电机总高度（从冷却器顶到出线端） mm8278 图2-1 发电机的总体结构92.1发电机定子结构2.1.1 定子机座定子机座由优质钢板装焊而成，焊后经消除应力处理。机座的端板为80mm厚钢板，外皮为25mm厚钢板经滚制成型的圆筒拼焊构成，机座内的辐向隔板共18块（机座铁心本体段12块、汽励两端机座各3块），其中装焊吊攀座的4块（靠近定子铁心端部）的厚度为50mm，其余为30mm厚，幅向隔板和轴向筋板以及通风钢管构成的骨架将使机座具有足够的强度和刚度。定子机座铁心本体段12块辐向隔板及轴向通风
10、管一起构成机座的11向风区，为保证各风区的风量，各冷风区的通风管都是由端部直通到各自风区。 机座汽、励两端的上部设有联接冷却器罩壳的联接法兰，法兰接合面开有矩形密封槽，内充满密封胶以防氢气泄露之用。机座顶部还设有人孔、检查孔，都有盖板密封。在机座励端下部设有联接出线盒的法兰，法兰上开有出线盒出风孔。机座汽端下部特别设有供定子运输用的法兰座以钩挂运输挂货钩。 把机座设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座能承受0.01到0.02MPa(表计)下氢气和空气混合气体的最强烈爆炸。机座两侧共有4个可拆卸的吊攀，和供装配测温引线接线端子板的法兰，机座的上部开设有夹紧环调节孔，下部开设有清理孔及充排氢气，二氧
11、化碳气体的管路接口及测量风压、联接漏水探测器的接口。其中氢气汇流管在机座的顶部；二氧化碳汇流管在机座底部，并开有小孔。 发电机的定子冷却水汇流管的进出法兰设在机座上部的侧面。汇流管的排污法兰设在机座两端的下部。 定子机座两侧的底脚将支撑整个发电机的重量和承受突然短路时产生的扭矩，它们具有足够的强度和刚度，底脚板厚度为82mm。在定子机座中心处，底脚上开设有轴向位槽，以装配机座与底板间的轴向固定键。未装外罩板前定子机座框架见图2-3。定子机座的强度在1.4MPa氢压下机座的最大应力不超过材料的屈服极限。定子机座外形图见图2-4。为了减小于磁拉力在定子铁芯中产生的倍频震动对基础的影响，定子机座与铁
12、心间的隔振结构采用西屋型式的立式弹簧板结构，定子铁心经夹紧环与弹簧板相连接。弹簧板的下端与装焊在机座隔板上的座板相连接。沿轴向共设11组隔振弹簧板，每组中两块弹簧板布置在夹紧环的两侧，一块在夹紧环的底部，以保持系统的稳定。弹簧板材质为高强度可焊钢板，其屈服极限为690MPa，弹簧板的应力计算是假定在突然短路时作用在弹簧板上的扭矩为额定转矩的30倍。此时弹簧板的最大应力为517.9MPa。机座模态试验结果：机座椭园形的固有频率 1）嵌线前：137 Hz 2）总装后：130 Hz、132 Hz（包括转子、冷却器所有部件） 结果表明机座椭园形的固有频率远离100HZ倍频。结合其他试验证明：弹簧板的隔
13、振效果是良好的。定子机座与铁心间的隔振结构见图2-2图2-2 定子机座与铁心间的隔振结构 图2-3 未装外罩板前定子机座框架 图2-4 定子机座外形2.1.2 定子铁心定子铁心基本数据如下表：定子铁心外径2673.4mm定子铁心内径1316mm定子铁心总长6300mm定子槽数42定子槽形尺寸46.23/159.34定子铁心通风道数95定子铁心段数96定子铁心通风道宽6mm定位筋数量及尺寸42 38.1穿心螺杆数量尺寸42 31.8/36.6(绝缘后)分块压板数221边段铁心长度2129mm边段铁心通风道数23每圆周定子冲片数10.5表2-2 定子铁心基本数据定子铁心由涂有半无机硅钢片绝缘漆的高
14、导磁、低损耗扇形硅钢冲片叠装而成，沿圆周10.5冲片。硅钢片厚度为0.5（相当于西屋牌号为10502SA，比损耗P15/50=2.63W/kg），在扇形硅钢片的两侧表面涂有F级环氧绝缘漆。，定子槽数为42槽。定子铁心通过装焊在机座内夹紧环上 的42根圆形定位筋与机座的隔振结构件相连接。铁心两端设有无磁性铸钢齿压板。在齿压板的外侧设有硅钢冲片叠装成的磁屏蔽，磁屏蔽内圆表面为阶梯形多齿表面，以有效地分导定子端部轴向漏磁通，防止主铁心过热，使是发电机具有良好的进相运行能力。在磁屏蔽的外侧设有21块无磁性铸钢分块压板。定子铁心轴向紧固由定位螺杆和42根高强度无磁钢绝缘穿心螺杆拉紧，穿心螺杆的紧固经液压拉伸器拉伸后再紧定螺帽，使铁心受压均匀，并减小端部不平度。铁心的轴向压紧力为1.37MPa(100时)，铁心的径向紧固通过把紧夹紧环来实现，以增强铁心的刚度。夹紧环的内外环间涂聚四氟乙烯润滑
