大型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

大型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)摘要：介紹發(fā)電機(jī)的工作原理，主要介紹了大型發(fā)電機(jī)的組成部件，主要有定子、轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式和發(fā)電機(jī)的主接線。另外還介紹了發(fā)電機(jī)的主接線一些知識(shí)。關(guān)鍵詞：大型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)一、發(fā)電機(jī)概述發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)(很少采用)，還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。二、發(fā)電機(jī)的工作原理按照電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這是發(fā)電機(jī)的基本工作原理。圖1為同步發(fā)電機(jī)的工作原理圖。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為同軸連接，當(dāng)蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電源后，便建立了一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)有一對(duì)主磁極，它隨著汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。磁通自轉(zhuǎn)子的一個(gè)極（N級(jí)）出來，經(jīng)過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子另一個(gè)極（S極）構(gòu)成回路。圖1同步發(fā)電機(jī)工作原理圖2發(fā)電機(jī)出線的接線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有一對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正好交變一次（假如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為P對(duì)磁極是，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變P次）。當(dāng)汽輪機(jī)以每分鐘3000轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每秒鐘要旋轉(zhuǎn)50周，磁極也要變化50次，那么在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也變化50次。這樣，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以每秒50周的恒速旋轉(zhuǎn)，在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)出相位不同的三相交變電動(dòng)勢(shì)，即頻率為50Hz的三相交變電動(dòng)勢(shì)。這時(shí)若將發(fā)電機(jī)定子三相繞組引出線的末端（即中心點(diǎn)）連在一起，繞組的首端引出線與用電設(shè)備相連，就會(huì)有電流流過，如圖2所示。三、發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖3大型發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)目前我國熱力發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)皆采用二極、轉(zhuǎn)速為3000r/m的臥式結(jié)構(gòu)。如圖4所示，發(fā)電機(jī)最基本的組成部件是定子和轉(zhuǎn)子。圖4300MW汽輪發(fā)電機(jī)組側(cè)視圖1-發(fā)電機(jī)主體；2-主勵(lì)磁機(jī)；3-永磁副勵(lì)磁機(jī)；4-氣體冷卻器；5-勵(lì)磁機(jī)軸承；6-碳刷架隔音罩；7-電機(jī)端蓋；8-連接汽輪機(jī)背靠輪；9-電機(jī)接線盒；10-電路互感器；11-引出線；12測(cè)溫引線盒；13-基座 定子由鐵芯和定子繞組構(gòu)成，固定在機(jī)殼（座）上，轉(zhuǎn)子由軸承支撐置于定子鐵芯中央，轉(zhuǎn)子繞組上通以勵(lì)磁電流。為監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的運(yùn)行溫度，在這些部位埋植了多只測(cè)溫元件，通過導(dǎo)線連接到溫度巡檢裝置，在運(yùn)行中監(jiān)控，比通過微機(jī)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)和打印。圖5發(fā)電機(jī)定子外形圖圖6發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外形圖（一）定子發(fā)電機(jī)的定子有機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部件組成。1、定子鐵芯定子鐵芯是構(gòu)成發(fā)電機(jī)磁路并固定定子繞組的重要部件，如圖7所示。為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗，現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)定子鐵芯常常用磁導(dǎo)率高、損耗小、厚度為0.35~0.5mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片疊裝而成。每層硅鋼片由數(shù)張扇形片拼成一個(gè)圓形，每張扇形片都涂了耐高溫的無極絕緣漆。定子鐵芯的疊裝結(jié)構(gòu)與其通風(fēng)散熱方式有關(guān)。大容量電機(jī)鐵芯的通風(fēng)冷卻有四種方式：eq\o\ac(○,1)鐵芯軸向風(fēng)段通風(fēng)；eq\o\ac(○,2)鐵芯軸向分段徑向分區(qū)通風(fēng)；eq\o\ac(○,3)鐵芯內(nèi)軸向通風(fēng)；eq\o\ac(○,4)鐵芯半軸向通風(fēng)。 圖7定子鐵芯為了減少鐵芯端部漏磁和發(fā)熱，制造廠主要采取了下列措施：（1）把靠兩端的鐵芯段均采用階梯形結(jié)構(gòu)，用逐步擴(kuò)大氣隙以增大磁阻的辦法來減少軸向進(jìn)入定子邊段鐵芯的漏磁通。（2）在鐵芯端部個(gè)階梯段的扇形疊片的小齒上開了1~2個(gè)寬為2~3mm的小槽，如圖8所示，以減少齒部的渦流損耗和發(fā)熱。（3）鐵芯端部的齒連接片及其外側(cè)的壓圈或連接片采用電阻系數(shù)低的非磁性鋼，利用其中渦流的反磁作用，以削弱進(jìn)入端部鐵芯的漏磁通。圖8階梯鐵芯扇形片齒上開槽（4）壓圈外側(cè)加裝環(huán)形電屏蔽層，用導(dǎo)電率高的銅板或鋁板制成。因鐵芯端部采用階梯形后，壓圈出的漏磁會(huì)有所增多，利用電屏蔽層中的渦流就能有效阻止漏磁進(jìn)去壓圈內(nèi)內(nèi)圓部分，以防壓圈局部出現(xiàn)高溫或過熱。（5）鐵芯壓緊不用整體壓圈而用分塊銅質(zhì)連接片（鐵芯不但要定位筋，還要用穿心螺旋鎖死），這種連接片本身也起電屏蔽作用，分塊后亦可減少自身的發(fā)熱。有的還在分塊后連接片考鐵芯側(cè)再加電屏蔽層。（6）在壓圈和鐵芯齒連接片之間加裝磁屏蔽，用硅鋼片沖成武癡的扇形疊成，形成一個(gè)磁分路，能減少齒根和壓圈上的漏磁集中現(xiàn)象。（7）轉(zhuǎn)子繞組端部的護(hù)環(huán)采用非磁性的錳鉻合金制成，利用反磁作用，減小轉(zhuǎn)子端部漏磁對(duì)定子鐵芯端部的影響。（8）在冷卻系統(tǒng)中，加強(qiáng)對(duì)端部的冷卻。2、定子繞組（1）定子繞組結(jié)構(gòu) 定子繞組嵌放在定子鐵芯內(nèi)圓的定子槽中，分三相布置，互成120°電角度，以保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120°相位角的電動(dòng)勢(shì)。大容量發(fā)電機(jī)定子繞組和一般交流發(fā)電機(jī)定子繞組的共同點(diǎn)，都采用三相雙層短節(jié)距分布繞組，目的是為了改善感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形，即消除繞組的高次諧波電動(dòng)勢(shì)，以獲得近似的正弦波電動(dòng)勢(shì)。 定子繞組采用疊式繞組，每個(gè)繞組都是由兩根條形線棒各自做成半匝后，構(gòu)成所謂單匝式結(jié)構(gòu)，然后在端部線鼻處用對(duì)接或并頭套焊接結(jié)成一個(gè)整單匝式繞組。繞組按雙層單疊的方式構(gòu)成的一個(gè)極相組。600MW發(fā)電機(jī)的定子繞組都采用單匝短距上層疊繞，三相接成雙星型（YY）。 繞組每匝繞組的端部（伸處鐵芯槽外部分）都向鐵芯的外側(cè)傾斜，按漸開的形式展開。端部繞組向外傾斜角為15°～30°左右，形式花籃，故稱籃型繞組，如圖5所示。 水內(nèi)冷定子繞組線棒采用聚脂雙玻璃絲包絕緣實(shí)心扁銅線和空心裸銅線組合而成。一般由一根空心導(dǎo)線和2～4根實(shí)心絕緣變現(xiàn)變成一組，一根線棒由許多組構(gòu)成，分成2～4排。國產(chǎn)600MW發(fā)電機(jī)定子線棒空心、實(shí)心導(dǎo)線的組合比為1：2，如圖9所示，為一種600MW水內(nèi)冷定子線棒在定子槽中的斷面。圖9定子線棒斷面 為了平衡股間導(dǎo)線的阻抗，抑制趨表效應(yīng)，減少直線及端部的橫向漏磁通在各股導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流級(jí)附加損耗，使每根子導(dǎo)線內(nèi)電流均勻，線棒在槽內(nèi)各股線（包括空心線）要進(jìn)行換位。大容量的電機(jī)定子線棒（如國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)）一般采用540°換位。（2）定子絕緣 定子繞組絕緣包括股間絕緣、排間絕緣、換位部位的加強(qiáng)絕緣和線棒的主絕緣。 主絕緣是指定子導(dǎo)體和鐵芯間的絕緣，亦稱對(duì)地絕緣或線棒絕緣。主絕緣是線棒各種絕緣中重要的一種絕緣，它是最易受到磨損、碰傷、老化和電腐蝕及化學(xué)腐蝕的部分。主絕緣在結(jié)構(gòu)上可分為兩種：一種是烘卷式；另一種是連續(xù)式。大容量發(fā)電機(jī)都采用連續(xù)式絕緣?，F(xiàn)在國內(nèi)外大容量發(fā)電定子繞組的絕緣材料，普遍采用以玻璃布為補(bǔ)強(qiáng)材料的、環(huán)氧樹脂為粘合劑或浸漬劑的粉云母帶，最高允許溫度在130℃。其優(yōu)點(diǎn)是耐潮性高、老化慢、電氣、機(jī)械及熱性能好，但耐磨和抗電腐蝕能力較差。 現(xiàn)今流行的大型電機(jī)絕緣是多膠環(huán)氧粉云母帶（含膠量為35.5%～36.5%），連續(xù)式液壓或烘壓成型。（3）定子繞組在槽內(nèi)的固定發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子線棒的槽內(nèi)部分受到各種交變電磁力的作用。上下層線棒之間的相互作用和定子鐵芯的影響所產(chǎn)生的徑向力起主要作用。短路時(shí)線棒上所受的電磁力可達(dá)每厘米幾千牛，線棒若不壓緊就會(huì)在槽內(nèi)出現(xiàn)雙倍頻率（100Hz）的徑向振動(dòng)。線棒電流與勵(lì)磁磁通的相互作用還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的切向力，使線棒壓向槽壁。如果出現(xiàn)振動(dòng)，就會(huì)使線棒和槽壁發(fā)生摩擦。這不僅會(huì)使絕緣磨損，而且還會(huì)使絕緣產(chǎn)生積累變形，股線疲勞，導(dǎo)致繞組壽命降低。 不能使用金屬部件綁扎固定繞組的端部，因?yàn)椋篹q\o\ac(○,1)金屬結(jié)構(gòu)部件中將感應(yīng)渦流，這會(huì)產(chǎn)生附加損耗，可能會(huì)出現(xiàn)局部發(fā)熱點(diǎn)。eq\o\ac(○,2)金屬結(jié)構(gòu)部件也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致松動(dòng)，使周圍的媒介物磨損。 因此，通常采用飛金屬支撐部件，如玻璃纖維模壓板。大的支撐托架用螺栓固定在鐵芯端壓板上。支撐托架給玻璃纖維錐形箍環(huán)提供支撐。繞組端線的振動(dòng)必須受到限制，因其會(huì)使繞組銅導(dǎo)線產(chǎn)生疲勞裂紋。如果水內(nèi)冷繞組導(dǎo)線發(fā)生疲勞裂紋，則氫氣將會(huì)泄漏到冷卻水系統(tǒng)，由此導(dǎo)致特別嚴(yán)重的后果。通過加速度計(jì)監(jiān)控因支撐松弛導(dǎo)致的繞組端接振動(dòng)的增加。振動(dòng)幅度在很大程度上取決于電流。一段運(yùn)行之后產(chǎn)生的支撐松動(dòng)，可以通過緊固螺栓、插入或緊固槽楔或在線棒導(dǎo)體之間的絕緣中充入熱固樹脂消除。3、機(jī)座與端蓋機(jī)座的作用主要是支撐和固定定子鐵芯和定子繞組，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上還要滿足電機(jī)的通風(fēng)和密封要求。如果用端蓋軸承，它還要承受轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和電磁力矩。氫冷發(fā)電機(jī)的機(jī)座除了滿足上述一般發(fā)電機(jī)要外，還要能防止漏氫和承受氫氣的爆炸力。機(jī)座由高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼板焊接而成。機(jī)殼和定子鐵芯背部之間的空間是電機(jī)通風(fēng)（氫氣）系統(tǒng)的一部分，它的結(jié)構(gòu)隨通風(fēng)系統(tǒng)的不同而異。對(duì)定子為軸向通風(fēng)的系統(tǒng)，機(jī)殼與鐵芯背部之間的空間為簡單風(fēng)道。對(duì)定子軸向分段、徑向通風(fēng)冷卻的系統(tǒng)，常將機(jī)殼與鐵芯背部之間的空間沿軸向分隔成若干段，每段形成一個(gè)環(huán)形校風(fēng)室，各小風(fēng)室相互交替地為進(jìn)（冷）風(fēng)區(qū)和出（熱）風(fēng)區(qū)。各進(jìn)風(fēng)區(qū)之間和各出風(fēng)區(qū)之間分別用圓形或橢圓形鋼管連通，也有的講每個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)都設(shè)有獨(dú)自的進(jìn)風(fēng)管道，以減小個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)的壓力差。 圖10整體機(jī)座為了減少氫冷發(fā)電機(jī)通風(fēng)阻力和縮短風(fēng)道，冷卻氫氣的冷卻器常安裝在機(jī)座內(nèi)的矩形框內(nèi)。冷卻器一般為2~4組，其布置位置主要有立放在電機(jī)兩端的兩側(cè)、立放在電機(jī)中部的兩側(cè)、橫臥在電機(jī)上部兩側(cè)（背包式）三種型式。端蓋是電機(jī)密封的一個(gè)重要組成部分，為了安裝、檢修、拆裝方便，一般端蓋由水平分開的上下兩半構(gòu)成，采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)或鋁合金鑄造而成，大容量的發(fā)電機(jī)常采用端蓋軸承，軸承裝在高強(qiáng)度的端蓋上。發(fā)電機(jī)的軸承與密封支座都安裝在都在裝在軸承上，這樣做可以縮短轉(zhuǎn)軸長度比具有良好的支撐剛度，由于軸承中心線距機(jī)座斷面較近，使得端蓋在支撐質(zhì)量和承受機(jī)內(nèi)氫壓是變心最小，以保證可靠的氣密性。端蓋與機(jī)座、出線盒和氫冷卻器外罩一起組成“耐爆”壓力容器。端蓋為厚鋼板拼焊而成，為氣密性焊縫，焊后進(jìn)行焊縫的氣密性實(shí)驗(yàn)和退貨處理，并要承受水壓試驗(yàn)。上、下半端蓋的和縫面的密封及機(jī)座把合面的密封均為密封槽填充密封膠的結(jié)構(gòu)。為了提高端蓋和縫面的剛度，端蓋和縫面采用雙排連接螺栓。4、定子出線和發(fā)電機(jī)出線盒定子出現(xiàn)導(dǎo)線桿是裝配在出現(xiàn)瓷套管內(nèi)的，組成了出線瓷套端子。出線穿過轉(zhuǎn)載出線盒上的瓷套端子，將定子繞組出線映出機(jī)座外，并保證不漏氫漏水。出現(xiàn)瓷套端子共有6個(gè)，均為水內(nèi)冷。其中3個(gè)主出線端子，另外三個(gè)為中性點(diǎn)出線端子。出線瓷套端子對(duì)機(jī)座和水路都是氣密的。以每個(gè)出現(xiàn)瓷套端子為中心，從出線盒向下吊裝著若干組穿心式電流互感器，分別提量給測(cè)量儀和繼電保護(hù)使用。5、氫冷卻器發(fā)電機(jī)的氫冷卻器放在機(jī)座兩側(cè)或頂部的外罩內(nèi)。每只氫冷卻器有獨(dú)立的水支路。當(dāng)停運(yùn)一只水支路是，冷卻器能帶80%～100%的負(fù)荷運(yùn)行。氫冷卻器外罩為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，對(duì)稱布置安裝在發(fā)電機(jī)機(jī)座的兩端或頂部。這樣既可減少發(fā)電機(jī)軸向長度，又可運(yùn)輸時(shí)另行包裝，減少定子運(yùn)輸尺寸和質(zhì)量。（二）轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子線圈）、護(hù)環(huán)、和風(fēng)扇等組成。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子受到的離心力很大，所以轉(zhuǎn)子都呈細(xì)長形，且制成隱極式，以便更好地固定勵(lì)磁繞組。主要介紹氫內(nèi)冷轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。1、轉(zhuǎn)子鐵芯大容量的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯采用機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)磁性能好的優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件（如鎳鉻鉬釩、鎳鉻釩、釩鎳鉬等），經(jīng)檢驗(yàn)合格后，經(jīng)加工制成。轉(zhuǎn)子的直徑最大已達(dá)1.25m,其中心孔的切向應(yīng)力已接近目前鍛件允許應(yīng)力的極限。圖11氫冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上沿軸軸向銑有安放轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的凹槽。轉(zhuǎn)子槽型有矩形槽、梯形槽、階梯形槽，這三種槽形在大容量發(fā)電機(jī)上都有采用。槽的排列方式一般為輻射式（圖12），槽與槽之間的部分為齒。未加工的部分通稱為大齒，其余稱小齒。大齒作為磁極的極身，是主要磁通回路。在大齒表面沿橫向銑出若干個(gè)圓弧月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域兩個(gè)方向的剛度相同。圖12轉(zhuǎn)子線槽分布圖（a）轉(zhuǎn)子磁極橫斷面；（b）轉(zhuǎn)子軸線剖視二極轉(zhuǎn)子表面銑出嵌線槽后，磁極軸線上的大齒部分剛比極間開槽區(qū)的大，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，受自重和慣性轉(zhuǎn)矩影響，依轉(zhuǎn)子位置的不同，轉(zhuǎn)軸彎曲程度也不相同。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，彎曲程度的大小要變化兩個(gè)周期，將產(chǎn)生雙倍頻振動(dòng)。為此，對(duì)大型的細(xì)長轉(zhuǎn)子，常在大齒表面上沿軸向銑出一定數(shù)量的圓弧形橫向月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域兩個(gè)方向的剛度接近相等，降低轉(zhuǎn)子雙倍頻振動(dòng)，如圖12所示。2、勵(lì)磁繞組 勵(lì)磁繞組線圈的每一匝都是由半匝或多根半匝導(dǎo)線構(gòu)成，在線匝的端部中間或底部引出接頭。在每個(gè)半匝嵌入槽中后，用銅焊將接頭焊接在一起，形成一個(gè)串接的線圈。勵(lì)磁繞組的線圈是用還有少量銀的高導(dǎo)電率銅線繞制而成，可以改善銅線的抗蠕變性能。冷卻氣體通過徑向排列的轉(zhuǎn)子槽排出。勵(lì)磁繞組放在槽內(nèi)后，繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定采用護(hù)環(huán)，軸向固定采用云母塊和中心環(huán)。勵(lì)磁繞組的引出線經(jīng)導(dǎo)電桿接到集電環(huán)（滑環(huán)）上再經(jīng)電刷引出。3、轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán) 護(hù)環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組端部起著固定、保護(hù)、防止變形的作用。承受著轉(zhuǎn)子的彎曲應(yīng)力、熱套應(yīng)力和繞組端部及本身的巨大離心力。護(hù)環(huán)通常用非磁性高合金奧氏體鋼鍛制而成，所以鋼種大多屬M(fèi)n—Cr系列。鑒于過去常用的18Mn5Cr、18Mn4Cr護(hù)環(huán)鋼在濕度較高環(huán)境中易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生裂紋。近年來的發(fā)展以證明，含有18%錳（Mn）及18%鉻（Cr）的奧氏體合金鋼可以避免應(yīng)力腐蝕裂紋。必須指出的是，護(hù)環(huán)的破裂會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞，至少需要幾個(gè)月的停機(jī)檢修。 護(hù)環(huán)的嵌裝有以下三種基本形式：護(hù)環(huán)只通過中心環(huán)嵌裝，護(hù)環(huán)端頭與轉(zhuǎn)子本體脫離，叫做分離式嵌裝。護(hù)環(huán)同時(shí)嵌裝在轉(zhuǎn)子本體和中心環(huán)上，叫做兩端固定式嵌裝。護(hù)環(huán)只嵌裝在轉(zhuǎn)子本體上，叫做懸掛式嵌裝。脫離式嵌裝的護(hù)環(huán)邊端與繞組之間有相對(duì)位移，只適用與小容量電機(jī)。兩端固定式嵌裝的護(hù)環(huán)，采用彈性中心環(huán)后，可用于較大容量的電機(jī)。大容量汽輪發(fā)電機(jī)常采用懸掛式嵌裝的護(hù)環(huán)。4、風(fēng)扇 兩個(gè)同樣的風(fēng)扇裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，用以加快氫氣哎定子鐵芯和轉(zhuǎn)子部位的循環(huán)，用以提高冷卻效果。通常采用離心式或軸流式風(fēng)扇。5、中心孔 轉(zhuǎn)軸內(nèi)部通有長軸向中心孔，對(duì)應(yīng)與本體部分的中心孔用導(dǎo)磁中心軸填塞，以減少鐵軛部磁阻。（三）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng) 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分構(gòu)成。勵(lì)磁功率單元，是指同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵(lì)磁電流的電源部分。而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，則是根據(jù)控制要求的輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則，控制勵(lì)磁功率單元輸出的裝置。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)，稱為勵(lì)磁控制系統(tǒng)。1、勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用 勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它對(duì)電力系統(tǒng)級(jí)發(fā)電機(jī)本省的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用是：發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行是，按主機(jī)負(fù)荷情況供給和自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持一定的端電壓和無功功率的輸出；發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，是無功功率分配合理；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然短路故障時(shí)，能對(duì)發(fā)電機(jī)的進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，短路故障切除后，使電壓能夠迅速恢復(fù)正常；當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷突減時(shí)，能進(jìn)行強(qiáng)行減磁，以防電壓過分升高；發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障，如匝間短路或轉(zhuǎn)子發(fā)生兩點(diǎn)接地短路故障跳閘后，以及正常停機(jī)能對(duì)發(fā)電機(jī)自動(dòng)滅磁。2、勵(lì)磁方式獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。目前采用的勵(lì)磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。（1）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。如圖13所示。圖13直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁（2）靜止整流器勵(lì)磁同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。(見圖14）圖14靜止整流器勵(lì)磁（3）旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖15所示。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。圖15旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁3、600MW發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 600MW的汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流約為4000～6000A，更大的發(fā)電機(jī)可達(dá)上萬安，已不可能采用同軸直流勵(lì)磁機(jī)來供給。因?yàn)橹绷鲃?lì)磁級(jí)機(jī)的極限制造容量，已經(jīng)不能滿足大容量機(jī)組的勵(lì)磁要求。因此，對(duì)于大容量的汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，只能采用交流電源，經(jīng)硅整流后供給勵(lì)磁系統(tǒng)。根據(jù)交流電源的來源不同，大體可以分為兩大類。第一類，交流電源來自與主機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)，經(jīng)整流后，供給主機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。此交流發(fā)電機(jī)稱為交流勵(lì)磁機(jī)。這類勵(lì)磁系統(tǒng)，按整流器是靜止還是隨發(fā)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，又可分為靜止硅整流和旋轉(zhuǎn)硅整流。而旋轉(zhuǎn)硅整流勵(lì)磁方式，因其硅整流元件和交流勵(lì)磁機(jī)電樞與發(fā)電機(jī)主軸一同旋轉(zhuǎn)，直接給主勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流，不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)子滑環(huán)級(jí)碳刷引入，故又稱為無刷勵(lì)磁方式。第二類，交流電源來自接于發(fā)電機(jī)出口的變壓器（勵(lì)磁變壓器），經(jīng)硅整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。在這種勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)磁變壓器、整流器等都是靜止元件，故又稱其為全靜態(tài)自勵(lì)磁系統(tǒng)。全靜態(tài)自勵(lì)系統(tǒng)，也有兩種不同的方式。如果只用勵(lì)磁變壓器并連載發(fā)電機(jī)出口，則稱為自并勵(lì)方式。如果除了并聯(lián)的勵(lì)磁變壓器外，還有與發(fā)電機(jī)定子電流回路串聯(lián)的勵(lì)磁變流器（串聯(lián)變壓器），兩者結(jié)合起來共同供給勵(lì)磁電流，則構(gòu)成所謂自復(fù)勵(lì)方式。600MW級(jí)及更大容量機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)，用得最多的是：他勵(lì)無刷勵(lì)磁（旋轉(zhuǎn)硅整流）和自并勵(lì)方式。4、引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)無刷勵(lì)磁系統(tǒng) 引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，其勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線如圖16所示。它由帶有旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵(lì)磁機(jī)（電樞3和磁場(chǎng)4）、永磁式副勵(lì)磁機(jī)（電樞1和永磁磁極2）機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)（AVR）三部分組成。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流有偶主勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞3的交流輸出經(jīng)不控整流器8整流后供給。改變晶閘管導(dǎo)通角就可以改變主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，使其輸出電壓變化，竟如改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。而晶閘管的導(dǎo)通角，由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制。圖16引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線1—永磁發(fā)電機(jī)電樞；2—永磁發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)；3—無刷勵(lì)磁機(jī)電樞；4—無刷勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)；5—旋轉(zhuǎn)整流裝置；6—主發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)；7—主發(fā)電機(jī)電樞；8—晶閘管整流裝置；9—?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)開關(guān)（四）汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式簡介 發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生的各種損耗轉(zhuǎn)化為熱能，會(huì)引起發(fā)電機(jī)發(fā)熱。尤其是大型汽輪發(fā)電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)細(xì)長，中部熱量不易散發(fā)發(fā)熱問題更顯得嚴(yán)重。發(fā)電機(jī)的發(fā)熱部件，主要是定子繞組、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組以及鐵芯兩端的金屬部件，必須通過高效的冷卻措施，使這些部件發(fā)出的熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)電機(jī)各部分溫度不超過允許值。 在汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)展過程中，冷卻方式的發(fā)展一直占有主導(dǎo)地位。它關(guān)系到整個(gè)發(fā)電機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及運(yùn)行的可靠性，各國對(duì)此問題都極為重視，一直在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷取得新的進(jìn)展，主要采用了冷卻效果好的冷卻介質(zhì)，并發(fā)展了把冷卻介質(zhì)引入載流導(dǎo)體內(nèi)的直接冷卻技術(shù)，即所謂繞組的內(nèi)部冷卻方式。 目前大型發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)主要有空氣、氫氣、水和油。相對(duì)冷卻能力的比較，水的冷卻能力最好。 在發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)可以按不同哦的方式組合。600MW汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式主要有以下幾種。全氫冷：定、轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯（包括其附件，下同）采用氫冷。水氫氫冷：定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定子鐵芯氫冷。水水氫冷：定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵芯氫冷。雙水內(nèi)冷：定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子提心空冷。常見汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式與容量關(guān)系，見表1；表1常用汽輪發(fā)電機(jī)冷卻方式與容量關(guān)系冷卻方式容量范圍（ＭＷ）典型廠家定子繞組轉(zhuǎn)子繞組定子鐵芯5010020030040050060070080090010001100世界各國空氣空氣空氣世界各國氫氫(內(nèi))氫世界各國水（內(nèi)水(內(nèi))空氣SD、HD、BZZD氫氫氫世界各國氫（內(nèi)）氫（內(nèi)）氫GE、SEIMEENS、XT3水氫（內(nèi)）氫GE、EEC、AASEA水水氫XT3、EEC、AEG水水水BBC、KWU油（內(nèi)）水浸油HTT3注：SD―上海電機(jī)廠；HD―哈爾濱電機(jī)廠；BZD―北京重型電機(jī)廠。（五）發(fā)電機(jī)的主接線 主接線母線將發(fā)電機(jī)與變壓器連接在一起。發(fā)電機(jī)的每相都連接有一個(gè)鋁質(zhì)同心外殼包裹起來的鋁導(dǎo)管。由于各外殼之間相互絕緣，所以就稱為分相封閉式母線（IPBB）。 每一相的導(dǎo)線都放置在外殼的中心，外殼與導(dǎo)體之間使用絕緣材料均勻填充，并將絕緣材料牢牢地固定在外殼的內(nèi)表面上。這種方式可以允許到一再外殼內(nèi)有一定范圍的徑向移動(dòng)。母線安裝的等級(jí)應(yīng)根據(jù)其在最大負(fù)載及其特定使用環(huán)境條件下的溫度升高，承受地球引力的能力，以及在任何地方發(fā)生三相短路都不損害發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等原則來劃分。 導(dǎo)體中流過的電流在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)會(huì)在外殼中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且在所有導(dǎo)體、外殼之間產(chǎn)生電磁力。將每相的外殼都緊緊地綁在一起，就是為了降低電磁力的影響，且可以使流過三相外殼的電流平衡。這種安排為具有短路特性的電器一體化分相封閉式母線。每相外殼都使用絕緣裝置支撐，使外殼與地面之間絕緣，但在一點(diǎn)接地。應(yīng)使用絕緣手段保證外殼中的環(huán)流與聯(lián)結(jié)在導(dǎo)體上的電廠中所有系統(tǒng)隔離。通常情況下使用橡膠管將外殼與系統(tǒng)隔離。這樣做即起到了外殼與系統(tǒng)之間的絕緣作用，又從物理上保護(hù)了導(dǎo)體。導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，會(huì)在臨近的鋼鐵架中產(chǎn)生環(huán)流并發(fā)熱。該問題應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)慎重考慮，因?yàn)榇罅康陌l(fā)熱不僅是能源浪費(fèi)而且還能引起爆炸，造成