藏木水电站水轮发电机设计

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1　概述

藏木水电站位于自治区山南地区加查县境内，是雅鲁藏布江干流上开发的第一个水电站，坝址距拉萨直线距离约140km，水电站发电机高程3249.8m。藏木水电站的开发任务为发电，为中部电网的主力电源；另外，丰水期将作为羊湖电站的抽水电源，为羊湖电站提供抽水电量，枯水期将供电中部电网，满足中部电网负荷的发展。

2　发电机的主要数据

型号：SF85－44／9200　额定容量：94.44MVA

额定功率：85MW　额定电压：13800V

额定电流：3951A

额定功率因数：0.9(滞后)

额定频率：50Hz

相数：3

额定转数：136.4r／min

飞逸转速：260r／min

推理负荷：860t

GD2：13000t・m2

定子绕组：Y形连接，中性点经接地变压器方式接地。

绝缘等级：F级

额定工况发电机效率：98.08％

3　发电机总体结构

藏木水轮发电机为立轴半伞式密闭自循环空气冷却三相凸极同步发电机。发电机主要部件有：基础、定子、转子、上导轴承及上机架、下导轴承及下机架、推力轴承、空气冷却器、制动系统、碳粉吸尘系统、水喷雾灭火系统、盖板装配、加热和除湿系统、照明系统、接地系统、管路和电缆等。

发电机通风系统采用密闭自循环空气冷却系统，由于电站高程3249.8m，所以在通风计算时重点考虑高海拔时，空气稀薄，对机组通风效果的影响，通过详细的通风计算，算出发电机的总风量，并对发电机的风路进行了优化设计，合理分配风量，优化发电机冷却风路。

发电机采用三段轴结构，机组轴系由发电机顶轴、转子支架、发电机主轴和水轮机主轴组成，径向支撑为发电机上导轴承、下导轴承和水轮机导轴承。通过轴系计算，机组的第一阶临界转速大逸转速(260r／min)的125％。

4　定子

定子由定子机座、定子铁心、定子绕组、端箍、测温装置、铜环引线等部分组成。

定子机座由5层环板、钢管、盒形筋和支墩等组成。机座外径φ10400mm，整体高度2325mm。为方便运输，机座分4瓣，在工地现场组圆拼焊。

定子铁心内径为φ8500mm，外径为φ9200mm，高度为1450mm。铁心沿轴向均布39个通风沟，以冷却铁心和定子绕组。铁心叠片后用拉紧螺杆把紧，为保证发电机长期运行仍保持一定压力，拉杆的上端采用优质碟形弹簧。定子冲片采用0.5mm厚的优质冲片冲制而成，冲制后去毛刺，双面涂刷F级绝缘漆以减小涡流损耗。铁心上下两端用环氧胶将端部一定冲片粘合成整体。齿压片采用非磁性材料。铁心采用双鸽尾筋通过托块与机座相连接，鸽尾筋与托块间留有间隙，防止铁心翘曲。

定子绕组采用条式波绕组，Y形连接。线棒为F级绝缘，采用303.16不完全换位，以减小股线的附加损耗和股线电势差及温差。

5　转子

转子由顶轴、转子支架、主轴、磁轭、磁极和集电环等部件组成，转子外径φ8460mm。顶轴和主轴材料均采用20SiMn。顶轴和转子支架采用螺栓连接，转子支架和主轴也采用螺栓连接。顶轴上套有滑转子，滑转子与顶轴之间设有绝缘层，可阻断轴电流的通路。

转子支架为圆盘式斜立筋焊接结构，由中心体和外环组件组成。中心体为整体，外环组件分为3瓣，厂内与中心体预装，在工地组圆焊接。转子支架的斜立筋结构，具有保证转子支架环向稳定性和向心稳定性的能力，在热打键时能吸收一部分能量，减小立筋的刚度对热打键的影响，改善中心体的受力，使热打键时转子支架与配合处变形小。当机组运行时，斜立筋对转子产生的热膨胀、离心力也有较好的抵消作用，有利于保证气隙的均匀度。

磁轭由上压板、下压板、冲片、拉紧螺杆和螺母等组成。磁轭叠片形成7个40mm高的通风沟和许多通风隙，构成冷却风的通道。用拉紧螺杆使冲片构成一个整体。磁轭与转子支架采用径向和切向复合键连接结构。

磁极主要由磁极铁心、磁极线圈、阻尼绕组等组成。磁极铁心由钢板冲制后叠装而成，通过穿心螺杆把合成整体。磁极通过鸽尾与磁轭上相应的键槽挂按。磁极线圈为散热铜排四角焊接结构，F级绝缘。磁极上设有阻尼绕组。转子上、下两端的磁极间设有旋转挡风板，减少端部的漏风。

6　上机架和上导轴承

上机架采用井字梁结构形式，由钢板焊接而成。此种结构的上机架可以把机组通过上机架传向基础的径向力转化为对基础的切向力，改善了基础的受力情况。

上导轴承设在上机架中心体内，对发电机进行径向约束。上导轴承由导瓦、挡油管、油冷却器和密封盖等部件组成。上导瓦采用球面支柱支撑，用楔子板调整间隙，安装调整方便。冷却器采用绕簧式冷却器，安装在油槽内。

7　推力轴承

推力轴承布置在下机架上部，由推力头、镜板、推力瓦及支撑系统、油冷却系统等部件组成。

推力头为铸钢，通过螺栓固定在转子支架下圆盘上。镜板为锻件，通过螺栓与推力头连接。推力瓦由薄瓦和托瓦组成，薄瓦为弹性塑料瓦。推力瓦的设计计算能保证最佳的油膜压力分布，从而获得最佳的油膜厚度分布。支撑结构采用单波纹弹性油箱结构，能自动调节各块瓦之间的不均衡载荷，使各瓦受力均匀。推力轴承油循环系统采用内循环冷却方式。冷却器和推力轴承安装在同一个油槽内，依靠油槽内旋转部件的粘滞作用和油的对流换热形成循环回路。冷却器采用抽屉式结构，便于拆装和检修。

8　下机架和下导轴承

下机架包括1个中心体和6个径向支臂，用钢板焊接而成。中心体和支臂在厂内预装，在工地组成整体焊接。下机架为负荷机架，能够承受水轮发电机组所有转动部分的重量和最大水推力下的轴向载荷，并能与上机架一起承受作用于水轮机转轮上的不平衡水推力，以及半数磁极短路引起的不平衡力。

下导轴承设在下机架中心体内，对发电机进行径向约束。下导轴承由导瓦、挡油管、油冷却器和密封盖等部件组成。下导瓦采用球面支柱支撑，用楔子板调整间隙，安装调整方便。冷却器采用绕簧式冷却器，安装在油槽内。

9　结语

藏木水轮发电机的电磁设计和总体结构设计合理。通过对藏木水轮发电机的电磁方案和结构设计的深入分析，以及目前哈电在行业中先进的技术水平，相信该机组必将是技术先进、性能优良、运行稳定的发电机组。