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水电站发电机分瓣定子结构设计研究-结构

设计论文-设计论文

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关键词:发电机;定子机座;定子铁心;定子线棒;中宋水电站

前言

中宋水电站位于越南清化省马河，总装机容量为260MW。该项目

是世界银行在越南贷款金额最大的发电项目，也是越南最后一个大中

型水电重点项目，除提供电力以外，该项目还将通过大坝的建设来承

担防洪、抗旱的任务。东芝水电设备(杭州)有限公司承担了电站4台

套单机功率为65MW的混流式水轮发电机组及其附属设备的供货。

1发电机基本参数

1．1发电机基本参数

1．2定子基本参数

2发电机定子整体结构设计

发电机定子是水轮发电机组的核心部件之一，是发电机产生电磁

感应，进行机械能与电能转换的主要部件。发电机定子由定子机座、

定子铁心、定子绕组、汇流母线、定子基础板及基础螺杆组成［1］。

中宋水电站发电机为立轴半伞式、密闭自循环空气冷却的三相凸极同

步发电机。根据电磁设计尺寸及运输条件的限制，定子采用分瓣结构，

在厂内叠片下线后，分3瓣运输到现场，在现场整体组圆后再下合缝

面位置的线棒。定子结构示意图见图1。

2．1定子机座

发电机为半伞式结构，因此定子机座部件除了用来固定定子铁心，

同时其机座顶上还要支撑上机架，也要求机座能够承受定子绕组短路

时产生的切向力和半数磁极短路时产生的单边磁拉力，同时还要承受

各种运行工况下的热膨胀力［2］，分瓣定子机座还要承受储存、运输

及吊装时所引起的应力以防止产生有害的变形。所以定子机座轴向和

径向都要有足够的强度和刚度以确保机组的稳定运行。定子机座设有

顶环板、上环板、中环板及下环板。下环板采用大齿压板的结构，为

降低端部漏磁引起的涡流损耗及发热，大齿压板内径侧按槽数加工凹

槽使其成锯齿的形状。在穿过中间环板沿圆周等间距分布并与鸽尾筋

相对应的位置设置支撑钢管，并在定子机座环板空冷器开孔的位置设

置加强筋来提高定子机座的整体刚度。根据定子通风冷却要求，在定

子机座下环板和顶环板与上环板中间的侧板上均设有大小不一的通

风孔。定子下环板底部设置了6块定子基础板，并由螺栓与定子基础

板连接，定子机座与定子基础板间通过径向销定位，允许定子机座在

运行受热时能保持同心条件下径向自由膨胀，并在定子机座外径侧设

置挡块将定子机座自由移动的值控制在合理范围内［3］。由于发电机

定子是在工厂进行装压铁心、下线的分瓣定子结构，所以定子机座合

缝面采用大合缝板把合，可增强定子机座的整体强度和刚度。分瓣定

子在现场通过合缝板、合缝螺栓将定子把合为一体。为了使定子机座

现场把合时能够快速、精准地找到定子铁心在厂内叠片时的位置，在

每对合缝板上设有1处轴向及2处径向直径为30mm的定位销。这样

定子机座在工厂内完成所有焊接加工，分3瓣运至现场，在现场无需

做结构性的焊接，仅用合缝面连接螺栓把合成整体即可。在定子机座

靠近合缝板两端和每瓣机座中心的上部设有Φ140mm的起吊柱，用

于分瓣定子的和吊装。

2．2定子铁心

发电机定子铁心内径为7600mm，外径为8380mm，铁心长

1200mm。整圆由多张冲片组成，为了避免定子冲片的接缝集中在一

处，造成不必要的附加气隙而影响电磁性能，叠片时采用一片一叠，

1/2搭叠方式叠装于3分瓣的定子机座上。合缝面两侧定子冲片间的

设计间隙为0，其余冲片之间的间隙为0．8mm。定子冲片是由厚度

为0．5mm低损耗、无磁时效、无取向、优质冷轧高磁导率的硅钢片

50W270冲制而成。冲片表面均匀涂覆固化时间短、收缩率小、硬度

高的F级绝缘漆来有效防止片间短路。定子冲片在左侧设有半径为

3mm的半圆作为标记来分辨冲片的正反面，这样可以避免冲片上可

能残留的毛刺相接而发生片间短路。为了满足通风要求，定子铁心在

高度方向分为n段，设置高度为5mm的通风槽，共有n－1个通风槽。

通风槽钢采用非磁性不锈钢材质，对减少通风槽内损耗和发热有很大

作用。在铁心的上下两端齿部各设置了两个阶梯段落，不仅可以降低

端部漏磁和损耗，还可以防止因叠装引起定子铁心上下端的齿涨。定

子铁心固定结构采用通过铁心轭部且分布在同一圆周上的216根穿

心螺杆将铁心压紧并固定铁心，每根螺杆上均设有绝缘帽、绝缘套管

保护螺杆上的绝缘。下齿压板为大齿压板结构，上齿压板为