大化水电站发电机的增容改造
2008-01-16 15:55:11 来源：
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电力18讯： 摘 要：大化水电站通过更换发电机定子铁芯和线圈并配合水轮机增容实现机组增容改造。改造后的定子采用了新结构、新工艺。在额定转速、额定电压和额定功率因数不变的条件下，发电机的额定出力由原来的100 MW提高至114 MW。
关键词：发电机；增容改造；额定出力；大化水电站
大化水电站一期工程安装4台立轴转桨式水轮发电机组，发电机型号SF100－78／12800，额定功率100 MW，额定电压15．75 kV，额定功率因数0．875。为消除发电机定子铁芯松动，线棒绝缘磨损、槽楔松动、电晕、电腐蚀等缺陷，并配合水轮机增容改造，通过更换定子铁芯和定子线圈实现发电机的增容改造。新的发电机定子铁芯和线圈采用国内招标方式采购，参加这次发电机增容改造设备投标的有东方电机股份有限公司、天津通用电气阿尔斯通水电设备有限公司和富春江富士电机有限公司（以下简称双富公司），该项目于1998年1月6日在广西机电设备招标中心开标，经询标、澄清、评标和商务谈判，历时18 d，确定双富公司中标并签约。
大化水电站发电机改造逐台实施，与水轮机的技改项目同步进行。发电机增容改造后，在额定转速、额定电压和额定功率因数不变的条件下，单机额定出力由原来的100 MW提高至114 MW。新的发电机定子铁芯和定子线圈的绝缘等级为F级。定子槽数将由原来的540槽改为504槽，并在结构上采取了防止铁芯和线圈松动的措施，使发电机具有优良的性能和高的可靠性。
1 优化发电机定子铁芯槽数，降低电磁振动
本改造项目电磁设计的核心是定子铁芯槽数的选择。大化水电站发电机将保持原额定转速76．9r／min不变，该转速不属于优先推荐的转速，其极数不利于槽数的选择。根据大化水电站发电机容量、电压及转速等基本参数，可选槽数为468、504、522、540、558、576。
其中，468槽定子绕组磁势谐波中没有分数次谐波，即不存在分数次谐波引起的次谐波振动问题，属优选槽数。但是，在现有结构条件下，468槽的磁负荷将比原发电机提高18．8％，磁负荷过高，加之相应的每极每相的槽数为较小的整数，齿谐波电势较强，故不宜采用。其他各方案发电机定子线圈均为分数槽绕组，由于每极下的槽数不同，将产生由定子绕组电流引起的一系列分数次谐波磁动势。这些磁动势和旋转着的转子有着不同的相对速度。各种不同的振动模式和频率成为发电机电磁振动的激振力。尽管各投标厂因电磁参数匹配和分析方法各异而得出的分数次谐波的频率和振幅有一定的差异，但都一致认为改造后的定子槽数由原来的540槽改为504槽较为合理。双富公司提供的定子槽数选择方案比较详见表1。
从表1可以看出，504槽的径向振动值较其他方案小，发电机励磁电压和励磁电流与原设计相近。由于发电机增容后励磁电流不变，使原发电机转子磁极线圈具有更大的安全裕度，可以保证发电机稳定可靠地运行。同时，504槽还避免了有害的齿谐波振动，从而可消除因振动而产生断齿的危险。另外，该槽数能使增容后达到最佳的电负荷和磁负荷匹配，从而获得最佳电磁设计。大化发电机原540槽设计方案虽无明显设计错误，但振动值是较大的。大化发电机定子铁芯出现松动掉片现象，究其原因，主要是铁芯压紧结构及压紧工艺不恰当，造成铁芯运行一段时间后因收缩而使铁芯特别是端部松动。实际上，由于发电机中总存在基波和各种各样的谐波，这些磁场谐波相互作用虽不会引起整体铁芯的显著振动，但微小振动总是存在的，由于铁芯松动而造成局部较大振动也是可能的。特别是基波磁场引起的极频交变径向电磁力较大。虽然该极频交变径向电磁力引起整体铁芯的振动甚小，但对于松动的端部冲片，承受如此大的交变径向电磁力，将会产生较大的局部振动，从而造成冲片局部疲劳断裂而发生掉片现象。
综上所述，为消除原发电机的缺陷，除了在结构上改进压紧结构和压紧工艺使铁芯真正压成整体外，在电磁上选用电磁振动值较小的槽方案也是十分必要的。
因此，改造后的定子铁芯槽数选用504槽。
2 定子铁芯结构及防松动措施
定子铁芯内径Φ12 158 mm，外径Φ12 830mm，铁芯高1 733 mm。通风沟数为50个，高6 mm。定子冲片整圆分为42片，每片12槽，材料50 W310冷轧硅钢片，其双面涂F级绝缘漆。定子铁芯段两端的端板和通风槽采用0．7 mm厚的DWK2硅钢片。定子铁芯采用8片一组（4 mm）1／2搭接的叠片方式叠片，两端和每段间设有绝缘片。定子铁芯采用上、下齿压板通过拉紧螺栓将铁芯压紧，上、下齿压板均采用分块式齿压板结构，上齿压板84块，下齿压板42块，压指材料采用高强度非磁性合金钢AUNI18 B。铁芯压紧定位采用拉紧螺杆和鸽尾筋合为一体的结构形式，由套于拉紧螺杆并焊于机座上的拉块传递切向转矩，如图1所示。这样的结构可增强铁芯的刚度，减少电磁振动。拉块的倒鸽尾可适应铁芯温升而产生的径向变形。
防止定子<
关键词：发电机；增容改造；额定出力；大化水电站
大化水电站一期工程安装4台立轴转桨式水轮发电机组，发电机型号SF100－78／12800，额定功率100 MW，额定电压15．75 kV，额定功率因数0．875。为消除发电机定子铁芯松动，线棒绝缘磨损、槽楔松动、电晕、电腐蚀等缺陷，并配合水轮机增容改造，通过更换定子铁芯和定子线圈实现发电机的增容改造。新的发电机定子铁芯和线圈采用国内招标方式采购，参加这次发电机增容改造设备投标的有东方电机股份有限公司、天津通用电气阿尔斯通水电设备有限公司和富春江富士电机有限公司（以下简称双富公司），该项目于1998年1月6日在广西机电设备招标中心开标，经询标、澄清、评标和商务谈判，历时18 d，确定双富公司中标并签约。
大化水电站发电机改造逐台实施，与水轮机的技改项目同步进行。发电机增容改造后，在额定转速、额定电压和额定功率因数不变的条件下，单机额定出力由原来的100 MW提高至114 MW。新的发电机定子铁芯和定子线圈的绝缘等级为F级。定子槽数将由原来的540槽改为504槽，并在结构上采取了防止铁芯和线圈松动的措施，使发电机具有优良的性能和高的可靠性。
1 优化发电机定子铁芯槽数，降低电磁振动
本改造项目电磁设计的核心是定子铁芯槽数的选择。大化水电站发电机将保持原额定转速76．9r／min不变，该转速不属于优先推荐的转速，其极数不利于槽数的选择。根据大化水电站发电机容量、电压及转速等基本参数，可选槽数为468、504、522、540、558、576。
其中，468槽定子绕组磁势谐波中没有分数次谐波，即不存在分数次谐波引起的次谐波振动问题，属优选槽数。但是，在现有结构条件下，468槽的磁负荷将比原发电机提高18．8％，磁负荷过高，加之相应的每极每相的槽数为较小的整数，齿谐波电势较强，故不宜采用。其他各方案发电机定子线圈均为分数槽绕组，由于每极下的槽数不同，将产生由定子绕组电流引起的一系列分数次谐波磁动势。这些磁动势和旋转着的转子有着不同的相对速度。各种不同的振动模式和频率成为发电机电磁振动的激振力。尽管各投标厂因电磁参数匹配和分析方法各异而得出的分数次谐波的频率和振幅有一定的差异，但都一致认为改造后的定子槽数由原来的540槽改为504槽较为合理。双富公司提供的定子槽数选择方案比较详见表1。
从表1可以看出，504槽的径向振动值较其他方案小，发电机励磁电压和励磁电流与原设计相近。由于发电机增容后励磁电流不变，使原发电机转子磁极线圈具有更大的安全裕度，可以保证发电机稳定可靠地运行。同时，504槽还避免了有害的齿谐波振动，从而可消除因振动而产生断齿的危险。另外，该槽数能使增容后达到最佳的电负荷和磁负荷匹配，从而获得最佳电磁设计。大化发电机原540槽设计方案虽无明显设计错误，但振动值是较大的。大化发电机定子铁芯出现松动掉片现象，究其原因，主要是铁芯压紧结构及压紧工艺不恰当，造成铁芯运行一段时间后因收缩而使铁芯特别是端部松动。实际上，由于发电机中总存在基波和各种各样的谐波，这些磁场谐波相互作用虽不会引起整体铁芯的显著振动，但微小振动总是存在的，由于铁芯松动而造成局部较大振动也是可能的。特别是基波磁场引起的极频交变径向电磁力较大。虽然该极频交变径向电磁力引起整体铁芯的振动甚小，但对于松动的端部冲片，承受如此大的交变径向电磁力，将会产生较大的局部振动，从而造成冲片局部疲劳断裂而发生掉片现象。
综上所述，为消除原发电机的缺陷，除了在结构上改进压紧结构和压紧工艺使铁芯真正压成整体外，在电磁上选用电磁振动值较小的槽方案也是十分必要的。
因此，改造后的定子铁芯槽数选用504槽。
2 定子铁芯结构及防松动措施
定子铁芯内径Φ12 158 mm，外径Φ12 830mm，铁芯高1 733 mm。通风沟数为50个，高6 mm。定子冲片整圆分为42片，每片12槽，材料50 W310冷轧硅钢片，其双面涂F级绝缘漆。定子铁芯段两端的端板和通风槽采用0．7 mm厚的DWK2硅钢片。定子铁芯采用8片一组（4 mm）1／2搭接的叠片方式叠片，两端和每段间设有绝缘片。定子铁芯采用上、下齿压板通过拉紧螺栓将铁芯压紧，上、下齿压板均采用分块式齿压板结构，上齿压板84块，下齿压板42块，压指材料采用高强度非磁性合金钢AUNI18 B。铁芯压紧定位采用拉紧螺杆和鸽尾筋合为一体的结构形式，由套于拉紧螺杆并焊于机座上的拉块传递切向转矩，如图1所示。这样的结构可增强铁芯的刚度，减少电磁振动。拉块的倒鸽尾可适应铁芯温升而产生的径向变形。
防止定子<
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