【正文】 /667600/667最大出力MW/MVA654,680/727,756 644/716666/740定子額定電壓kV20202421氫壓MPa勵磁方式無刷無刷靜止并勵靜止并勵定子鐵芯外/內(nèi)徑mm2673/13162673/12702934/13502514/1320轉(zhuǎn)子直徑/長度mm1130/62501150/64001079/6190勵磁電流A/電壓V4202/4295898/5100/4505450/457轉(zhuǎn)子額定氫壓MPa效率%短路比通風(fēng)形式氣隙取氣軸向徑向軸向徑向氣隙取氣冷卻方式水氫氫水氫氫水氫氫水氫氫表 世界各國600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)㈡公司型號AESALDGTHARMITSUBICHIKWUTHDD115/67AATOSHIBA額定容量MW/MVA600/667600/667600/667600/667600/667最大出力MW/MVA681/ 650/722657/730652/724657/730定子額定電壓kV2020212020氫壓MPa勵磁方式靜止并勵無刷無刷無刷靜止并勵定子鐵芯外/內(nèi)徑mm2560/12832800/12952950/1350/1340轉(zhuǎn)子直徑/長度mm1111/75701100/58001150/6400勵磁電流A/電壓V4760/4885420/5004520/4532504/4760/轉(zhuǎn)子額定氫壓MPa效率%短路比通風(fēng)形式氣隙取氣軸向徑向軸向徑向氣隙取氣冷卻方式水氫氫水氫氫全氫水氫氫四、同步發(fā)電機(jī)的主要部件發(fā)電機(jī)主要有以下部件：定子（繞組及鐵心）、轉(zhuǎn)子（繞組及鐵心）、機(jī)座、勵磁系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油循環(huán)系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)（溫度、電流等）等；下圖是我國QFSN3002型30萬kW和QFSN6002型型60萬kW發(fā)電機(jī)組的側(cè)面圖。A為定子線負(fù)荷，A/mm，是提高單機(jī)容量的唯一途徑，可以通過冷卻技術(shù)來提高定子線負(fù)荷，從60A/mm提高到200～250A/mm，再提高有相當(dāng)難度。所以，發(fā)電機(jī)冷卻方式可以反映出發(fā)電機(jī)的容量等級和結(jié)構(gòu)特征。目前同步發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量不斷增長，原因：⒈降低造價和材料消耗；⒉降低電廠基建安裝費(fèi)；⒊降低運(yùn)行費(fèi)用。水氫冷發(fā)電機(jī)雖然可以減少材料消耗，但是和空冷電機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維護(hù)修理比較麻煩，同時還必須配備一套專用冷卻系統(tǒng)，所以一般情況下，它只適用于大型電機(jī)，而對5萬kW以下的中小型電機(jī)，由于它的經(jīng)濟(jì)意義不大，故仍采用空冷型式為主。發(fā)電機(jī)的定子采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子及鐵芯采用氫內(nèi)冷方式，可大幅度提高其出力。就發(fā)電機(jī)而言，溫升受到電機(jī)鐵芯沖片絕緣和線圈絕緣材料允許溫度的限制，因此，必須加以冷卻。⑸水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)QFSN系列，如QFSN3002，其型號的意義為：Q一汽輪，F(xiàn)－發(fā)電機(jī)，S－定子繞組水內(nèi)冷，N－轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，數(shù)字解釋同⑴。㈡同步發(fā)電機(jī)的型號對于汽輪發(fā)電機(jī)，根據(jù)其冷卻方式不同，分為以下幾種型號：⑴空冷汽輪發(fā)電機(jī)QF系列，如QF252，其型號的意義為：Q－汽輪，F(xiàn)－發(fā)電機(jī)，25表示額定功率 (單位是MW)，2表示極數(shù)。一、同步發(fā)電機(jī)的分類和型號㈠同步發(fā)電機(jī)的分類⒈按照原動機(jī)的不同分為：⑴水輪發(fā)電機(jī)；⑵汽輪發(fā)電機(jī)；⑶燃汽輪發(fā)電機(jī)；⑷柴油發(fā)電機(jī)。⒉按照轉(zhuǎn)子的不同分為：⑴隱極式發(fā)電機(jī)：用于汽輪發(fā)電機(jī)和燃汽輪發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速高；⑵凸極式發(fā)電機(jī)：用于水輪發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速低。 ⑵氫外冷汽輪發(fā)電機(jī)QFQ系列，如QFQ502，其型號的意義為： Q－汽輪，F(xiàn)－發(fā)電機(jī)，Q－氫冷，數(shù)字解釋同⑴。對于水輪發(fā)電機(jī)，根據(jù)推力軸承安放的位置不同，可分為以下兩種型號：⑴懸式水輪發(fā)電機(jī)TS系列，如TS854/15640，其型號的意義為：T－同步，S－水輪，854表示定子鐵芯外徑(cm),156表示鐵芯長度(cm).40表示極數(shù)。80多年來，發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)已從空氣時代進(jìn)展到氫氣和水的時代，氫氣的重量僅為空氣的1/4，導(dǎo)熱性能比空氣高六倍，其冷卻效果比空氣好，%。下表為空氣、氫氣和水三種常見冷卻介質(zhì)的冷卻性能表 各種冷卻介質(zhì)的冷卻能力比較冷卻介質(zhì)相對比熱相對密度相對流量相對吸熱量針對冷卻能力空氣氫氣（）油848水1000208由上表可以看出：水是最好的，密度是空氣的1000倍，散熱能力是空氣的84倍，此外水還有良好的絕緣性能。我國QFSN300型30萬kW機(jī)組和QFSN600型60萬kW機(jī)組，由于容量大、額定電壓高，較之普遍的中小型氫冷、水冷機(jī)組，在提高電氣性能和加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度、確保安全運(yùn)行方面，都采取一系列特殊而有效的必要措施。但是，并非是任何情況下單機(jī)容量越大越好，而是要與系統(tǒng)的總?cè)萘科ヅ洹Ｍ桨l(fā)電機(jī)的單機(jī)容量可用下式計算：P為單機(jī)容量；六個影響單機(jī)容量的因素：K為常數(shù)，不可改變；n為額定轉(zhuǎn)速，r/min，一般也不可改變；定子內(nèi)徑，m，因為轉(zhuǎn)子中心孔所受應(yīng)力與直徑的3次方成正比，所以受轉(zhuǎn)子材料的機(jī)械強(qiáng)度的限制不宜過大。目前正研究“超導(dǎo)”材料，轉(zhuǎn)子繞組采用“超導(dǎo)”材料，定子繞組采用常導(dǎo)材料，因“超導(dǎo)”勵磁繞組可以產(chǎn)生高于常導(dǎo)勵磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁密，無需定子和轉(zhuǎn)子鐵心，所以定子繞組可作成無槽氣隙繞組，其空間利用率及線負(fù)荷大大提高，單機(jī)容量可達(dá)3600MW；上表示出了常見汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式與容量的關(guān)系。大型汽輪發(fā)電機(jī)通常采用臥式軸，實行一軸三機(jī)，即同一個軸上同時有發(fā)電機(jī)、主勵磁機(jī)和副勵磁機(jī)。江蘇利港發(fā)電廠60萬kW發(fā)電機(jī)采用自并勵勵磁方式。為了減小鐵芯損耗。定子繞組是定子的電路部分，它是感應(yīng)電動勢、通過電流、實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。定子機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般機(jī)座都是用鋼板焊接而成，主要用于固定定子鐵芯，并和其他部件一起形成密閉的冷卻系統(tǒng)。所以轉(zhuǎn)子形狀為隱極式，它的直徑小，為一細(xì)長的圓柱體，如圖為300MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外形圖。占轉(zhuǎn)子表面1/3的不開槽部分形成一個大齒，大齒的中心實際為磁極中心。如圖為日立600MW汽輪發(fā)電機(jī)雙路斜流通風(fēng)風(fēng)路和ABB600MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)及開口槽斷面圖。冷卻器5置于電機(jī)中部，經(jīng)冷卻器冷卻后的冷氫，由汽端(即汽輪機(jī)側(cè)的發(fā)電機(jī)端部)風(fēng)扇4迫使其分成兩路。這種發(fā)電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)在石洞口二電廠的進(jìn)口機(jī)組美國ABB公司生產(chǎn)的600MW發(fā)電機(jī)上采用，意大利ANSALDO公司等廠家也采用。另一路冷風(fēng)轉(zhuǎn)彎經(jīng)風(fēng)路隔板和汽端端蓋間的風(fēng)路進(jìn)入汽端轉(zhuǎn)子繞組端部和軸向風(fēng)道，分別在轉(zhuǎn)子本體端排氣槽和轉(zhuǎn)子中部徑向排至氣隙。山東鄒縣電廠日立公司產(chǎn)的600MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)如下圖所示。經(jīng)冷卻器冷卻后出來的冷氫，由汽端和勵端的風(fēng)扇送到各個進(jìn)風(fēng)區(qū)，冷卻定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組后都經(jīng)鐵芯的徑向風(fēng)道排向出風(fēng)區(qū)，再進(jìn)入冷卻器，完成機(jī)內(nèi)氫氣循環(huán)冷卻功效。供氣系統(tǒng)應(yīng)保證：給發(fā)電機(jī)充以氫氣和空氣；進(jìn)行兩種氣體的置換，補(bǔ)充漏氣；自動監(jiān)視和保持氫氣壓力和純度。當(dāng)機(jī)內(nèi)氫氣溶于密封回油被帶走而使氫壓下降或機(jī)內(nèi)氫氣純度下降需要進(jìn)行排污換氣時，可通過調(diào)節(jié)閥自動補(bǔ)氫。⑸在發(fā)電機(jī)充氫或置換氫氣的過程中，采用二氧化碳 (或氮?dú)?作為中間介質(zhì)，用間接方法完成，以防止機(jī)內(nèi)形成空氣與氫氣混合的易爆炸氣體。利用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）進(jìn)行發(fā)電機(jī)充氫或排氫的過程（江蘇利港發(fā)電廠使用CO2）：①充氫時，先用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）置換發(fā)電機(jī)中的空氣，當(dāng)中間氣體純度達(dá)到85%CO2（或95%N2），再換氫氣；②排氫時，先用二氧化碳CO2（氮?dú)釴2）置換發(fā)電機(jī)中的氫氣，當(dāng)中間氣體純度達(dá)到95%CO2（或97%N2），再換空氣；當(dāng)中間氣體純度達(dá)到15%時，停止排氣。④供給額定的定子繞組冷卻水流量。水氫氫冷發(fā)電機(jī)定子繞組的水冷系統(tǒng)都大同小異。上圖為利港發(fā)電廠和其他發(fā)電廠的供水系統(tǒng)圖。采用油進(jìn)行密封的原理是，在高速旋轉(zhuǎn)的軸與靜止的密封瓦之間注入一連續(xù)的油流，形成一層油膜來封住氣體，使機(jī)內(nèi)的氫氣不外泄，外面的空氣不能侵入機(jī)內(nèi)?！?。下圖為利港發(fā)電廠的供油系統(tǒng)圖。環(huán)式油密封主要有三種:單流環(huán)式、雙流環(huán)式和三流環(huán)式，每一種又有不同的具體結(jié)構(gòu)，以下是這三種環(huán)式油密封的結(jié)構(gòu)圖。第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的工作原理一、工作原理我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流流過，同步發(fā)電機(jī)就是利用電磁感應(yīng)原理將原動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的動能通過磁場轉(zhuǎn)換成為電能的。電角度。定子三相繞組在空間互差120176。當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電動勢正好交變一次，即一個周期；當(dāng)轉(zhuǎn)子有對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電動勢就交變了個周期。二、同步發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)額定容量或額定功率額定容量是指發(fā)電機(jī)長期安全運(yùn)行時，所能輸出的最大視在功率，一般以千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)為單位；額定功率是指發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，所能輸出的最大有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)為單位。上述四個額定參數(shù)之間有如下基本關(guān)系＝＝另外，在同步發(fā)電機(jī)的銘牌上還常列有：額定效率(%)、額定頻率(Hz)、額定轉(zhuǎn)速(r/min)、額定勵磁電壓(V)、額定勵磁電流(A)和額定溫升(℃)等。為了分析問題簡單方便，可不計磁路飽和的影響。若忽略電樞繞組的電阻壓降，則有＋＋＝ (74)其中，漏電動勢與漏磁通是成正比的，而漏磁通又與電樞電流成正比，因此漏電動勢可以用一個電抗壓降來表示，由于漏電動勢滯后漏磁通90176。與漏電動勢一樣，電樞反應(yīng)電動勢可以用電抗壓降來表示，即 ＝－ (76) 式中 ——電樞反應(yīng)電抗。第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)帶對稱負(fù)載運(yùn)行時，主要有負(fù)載電流、功率因數(shù)、端電壓和勵磁電流等幾個互相影響的變量，這些物理量每兩個量之間的關(guān)系，稱為同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。例如，勵磁繞組有無匝間短路故障，如果勵磁繞組有匝間短路，在相同的勵磁電流下，勵磁磁通勢減小，空載電動勢減小，曲線下降。短路試驗測得的短路特性曲線，不但可以用來求取同步發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)：飽和的同步電抗與短路比。如圖711所示為不同功率因數(shù)時的負(fù)載特性曲線。圖712所示為發(fā)電機(jī)帶不同功率因數(shù)負(fù)載時的外特性曲線。因此這兩種情況下的調(diào)整特性曲線都是上升的。由圖714所示同步發(fā)電機(jī)的相量圖可得 (78)式中 ——發(fā)電機(jī)一相的電磁功率；——發(fā)電機(jī)的相電壓； ——發(fā)電機(jī)的相電流；——發(fā)電機(jī)的空載電勢；——發(fā)電機(jī)的同步電抗；——功率因數(shù)角；——功角。從功角特性曲線可知，同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角成正弦函數(shù)關(guān)系。繼續(xù)增加到180176。它不僅決定了發(fā)電機(jī)輸出功率的大小，而且能表明電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行中，有時需要調(diào)整各種參數(shù)，例如：要根據(jù)調(diào)度制定的負(fù)荷曲線來調(diào)整有功和無功負(fù)荷，用調(diào)速器調(diào)整有功功率，用勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整無功功率。本節(jié)主要敘述同步發(fā)電機(jī)接入無窮大容量電力系統(tǒng)時，其允許運(yùn)行范圍和正常運(yùn)行調(diào)整。⑷進(jìn)相運(yùn)行時的穩(wěn)定度，當(dāng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)小于零而轉(zhuǎn)入進(jìn)相運(yùn)行時，和之間的夾角不斷增大，此時，發(fā)電機(jī)有功功率輸出受到靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制。發(fā)電機(jī)的曲線，就是表示其在各種功率因數(shù)下，允許的有功功率輸出和允許的無功功率輸出的關(guān)系曲線，又稱為發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限。如以恒定電壓乘以電流的各分量，所得的值分別表示有功功率，無功功率。根據(jù)上述允許運(yùn)行范圍的條件，在兩個圓弧范圍以內(nèi)才允許運(yùn)行。因為發(fā)電機(jī)有突然過負(fù)荷的可能性，必須留有余量。二、同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行調(diào)整同步發(fā)電機(jī)接入無窮大容量的電力系統(tǒng)時，其正常的運(yùn)行調(diào)整包括有功功率調(diào)整(=常數(shù)，＝變數(shù))和勵磁調(diào)整(＝常數(shù)，=變數(shù))，現(xiàn)將這兩種工作狀態(tài)下的調(diào)整特性分別敘述如下。從圖上可以看到，設(shè)A1點為的運(yùn)行點，電壓相量三角形為OCA1，OA＝，電壓降在縱軸的投影A1B1正比于，橫軸上的投影CB1正比于無功功率。值得指出的是：當(dāng)增加時，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)才具有穩(wěn)定的工作點。因和成正比，所以在增加有功負(fù)荷時，相應(yīng)地也要增加勵磁電流，即增加，以保持一定的靜態(tài)穩(wěn)定儲備。所以在增加有功負(fù)荷時，必須相應(yīng)地增加勵磁電流。由式(710)可知，當(dāng)==時(用標(biāo)么值表示)，＝0。當(dāng)=＜時，發(fā)電機(jī)處于欠勵磁運(yùn)行狀態(tài)，從系統(tǒng)吸收無功功率，勵磁電流越小，從系統(tǒng)吸收的無功功率越多，定子電流和功角也越大，則越小。發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時，勵磁電流應(yīng)大于最小勵磁電流。 冷卻介質(zhì)溫度不同于額定值時對額定容量的影響 運(yùn)行中的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)冷卻溫度不同于額定值時，一般不能在額定容量條件下運(yùn)行，其允許負(fù)荷可隨冷卻介質(zhì)溫度的變化而相應(yīng)改變。用下角注“N”表示額定狀態(tài)的相應(yīng)溫升，則定子繞組的溫度可用下式表示＝ (712) 在額定狀態(tài)時，即在額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定冷卻介質(zhì)溫度時，定子繞組的溫度為額定定子溫度，其值為