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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

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