第一篇一次设备
第一节 概 述
自从1888年第一台旋转电枢交流发电机（4800r/min）问世来，由于理论分析、实验研究的进步和新材料的发展，发电机单机容量越来越大，目前单机容量已达1333MVA（3000r/min）和1650MVA（1800r/min），且正在研制2000-2500MVA两极或四极的发电机组。大容量、高参数是提高火电机组经济型最为有效的措施。同时，由于世界一次能源中煤的储量远远超过石油和天然气、环境保护对减少排放污染提出要求，京都协议书为控制地球温室效应确定减少CO2排放目标等原因，高效洁净燃煤发电技术将成为今后世界电力工业的主要发展方向之一。1993年应用新一代600o C贴素体高温材料的首台温度593o C的700MW机组在日本投运，标志着世界汽轮机技术的发展进入了一个新的“超超临界参数”发展阶段。相对热力学的超临界概念，超超临界参数是一种商业性称谓，以表示汽轮机组具有更高的压力和温度，有的公司也将超超临界机组称为高效超临界机组。目前世界各公司对超超临界参数没有统一的定义。 国外发达国家，百万级火电技术已有较成熟经验，高技术含量的l0OOMW级单轴全速火电机组国际上有十几台运行业绩，各方面性能及经济效益很好，因此l0OOMW级火电受到了国内用户的欢迎，得到了全
面发展的机遇和空间。SIEMENS lOOOMW级发电机具有非常好的技术和运行经验，已有8台3000r/min1000MW级发电机在国际上投人运行，处于国际领先水平。上海汽轮发电机有限公司依托SIEMENS公司1000MW级发电机的先迸技术，从2001年分包制造THDFl25/67型发电机，到2003年全面引进，经过长期的研究、消化、吸收和国产化工作，已完全拥有该l0OOMW级发电机的先迸技术以及生产制造能力，成为国内首家拥有国际先进水平的单轴全速10OOMW级发电机技术及生产制造能力的厂家。
THDF l25/67发电机采用德国SIEMENS集团的最新技术，性能优良，为具有国际先进水平的成熟产品，发电机出力裕度大。THDF l25/67发电机的原设计容量为115OMVA，功率因数0.85，定子电压27kV，氢压0.5MPa。SIEMENS公司在2001年针对该型发电机进行了l15O MVA的型式试验。该发电机为水氢氢冷却方式，即：定子绕组水内冷，转子绕组和定子主出线氢内冷，铁心轴向氢冷。作为攻关项目依托工程的我国第一个超超临界电厂——华能玉环电厂4*1000MW项目于2003年11月正式启动，标志着我国电力工业进入了一个以环保、高效为中心的发展新阶段。 第二节 发电机基本工作原理及技术参数
一、发电机工作原理
以同步发电机为例，如图1-2-1所示。主要结构由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有气隙。定
子上有AX、BY、CZ 三相绕组，相绕组由多匝串联的绕组元件(见图1-2-1（b）)连接而成，每相绕组的匝数相等，在空间上彼此相差120电角度。转子磁极上装有励磁绕组，由直流励磁电流通过产生磁场，其磁通由转子N 极出来，经过气隙、定子铁心、气隙，进入转子s 极而构成回路，如图1-2-1中虚线所示。
f I
图 1-2-1
同步发电机工作原理
图1-2-2 同步发电机电势示意图
小型干扰芯片
如果原动机拖动发电机沿反时针方向恒速旋转，则磁极的磁力线将切割定子绕组的导体。由电磁感应定理可知，在定子导体中就会感应出交变电势。设磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦规律分布，则导体的电势也随时间按正弦规律变化。由于三相绕组在空间上彼此互差120°电角度，在图示转向下，磁力线将先切割A 相绕组、在切割B 相绕组、最后切割C 相绕组。因此，定子三相电势大小相等，相位彼此互差120°，如图1-2-2。
二、发电机的额定值
发电机制造厂按照相应标准、根据电机的设计和试数据而规定的每台电机的正常运行状态和条件，称为发电机的额定运行情况。表征电机额定运行情况的各种数值如电压、电流、功率和转速等称为发电机的额定值。额定值一般标记在发电机的铭牌上或产品说明书上。
发电机的额定值一般有以下几项：
P
（1） 额定容量，单位为W；
N
U
（2） 额定电压，单位为V；
N
I
（3） 额定电流，单位为A；
N
n
（4） 额定转速，单位为r/min。
N
还有一些额定值如额定效率，额定转矩和额定温升等，不一定标在铭牌上。
三、 玉环电厂发电机组技术参数及特点
电子元件打标机玉环电厂发电机型号为： THDF125/67
其中：
T：三相汽轮发电机
H：氢冷（发电机腔）
D：转子绕组直接轴向气体冷却
F：定子绕组直接水冷
125：转子本体的直径为125cm
67：定子铁芯的长度670cm
以下分别做一介绍。
1、发电机参数如下：
表1-2-1 THDF 125/67发电机主要技术数据
名称 单位 设计值
发电机型号 THDF 125/67
额定容量 S n MVA 1056
额定功率 P n MW 950
最大连续输出功率
MW 1000
（TMCR）
最大输出功率（VWO）P max MW 1050
额定功率因数 CosΦn0.9
定子额定电压 U n kV 27
定子额定电流 I n A 22571
额定频率 f n Hz 50磁化杯
吹管系数额定转速N n r/min3000
额定励磁电压U fn V 418
额定励磁电流I fn A 5653
名称 单位 设计值
定子线圈接线方式 YY
冷却方式 水氢氢
励磁方式 无刷励磁
表1-2-2THDF 125/67发电机主要设计技术数据
便携式鱼缸设计工况 工况1 工况2
容量/MVA 1112 1150
定子电压/Kv 27 27
定子电流/A 23778 24591
功率因数 0.9 0.85
频率/Hz 50 50
极数 2 2
额定氢表压/Mpa 0.5 0.5
效率（设计值）/% 98.97 98.87
励磁电压/A 5887 6397
励磁电压/V 437 486
同步电抗Xd(不饱和值)/% 261.4 270.4 直轴暂态电抗X′d（饱和值）/%23.8 24.6
直轴次暂态电抗X″d（饱和值）
/%
18.2 18.9
直轴瞬变短时间常数T′d/s 0.84 0.84
直轴超瞬变短时间常数T″d/s 0.03 0.03
放大器的放大
直轴瞬变开路时间常数T′do/s8.86 8.86
冷却氢气流量/m3·s-133 33
冷却氢气温升/K 34 34 表1-2-3 典型容量下的温度数据
设计工况
1112MVA
1000MW
cosф=0.9
1222MVA
1100MW
cosф=0.9
1150MVA
型式试验数据
cosф
限值
定子绕组出水温度/℃ 70（进水48℃）70（进水43℃）67（进水48℃）≤85
定子线圈水量/t·h-1120 120 132 - 转子绕组温度（电阻法）℃ 79（进风43℃）84（进风40℃）85（进风40℃）≤110定子铁心温度/℃ 94 99 94 ≤120
2、THDF125/67型汽轮发电机主要技术数据：
表 1-2-4 发电机主要技术数据
项目
发电机编号 #5号机 #6号机
发电机型号 THDF125/67
主励磁机 ELR70/90-30/6-20
副励磁机 ELP50/42-30/16
生产年份 2001 2002
定子系列号 M 10159 M 10160
转子系列号 M 10159 M 10160
轴标识号
ID 141 励磁机转子系列号 10159 10160 励磁机轴标识号 E99202 转矩、临界转速等 转矩和转速 单位 线间单相短路时定子的
最大短路转矩 24023 kNm 发电机转子轴的惯性矩
17188 Kgm 2
1kr n
12 S -12kr n
35 S -1临界转速
（计算值）
3kr n
21
S
-1额定数据 发电机 主励磁机
副励磁机 视在功率 100MVA - 65kVA 有功功率 1000MW 4500kW - 电流 21.383kA 7.5kA 195A 电压 27kV ±5% 600V 220V 10% ±转速 3000rpm
频率 50Hz - 400Hz 功率因素
0.9
-
0.6
2、发电机特点
该发电机完全能够满足额定功率1000MW 和MCR 工况的要求，并有一定裕度，同时还有以下显著特点： （1）效率高
当采用无刷励磁时，在1000MVA、cosф为0.9工况时，发电机效率的工厂试验值为99.01%；在1112M
VA、cosф为0.9工况时的设计值为98.97%。
（2）励磁电流和励磁容量小
在1112MVA、cosф=0.9时的励磁电流、励磁电压分别只有5887A 和437V，提高了效率，降低了转子绕组温升。无刷励磁机的强励电压为820V，强励顶值电压不小于1.8倍。采用静态励磁时，轴系较短，强励顶值电压不小于2倍。
（3）定子电压高，定子电流和电磁力小 该发电机定子电压高（27kV），与其他同类型发电机相比，定子电流和电磁力小，发电机出水温升水。
第三节 发电机本体
发电机本体主要是由一个不动的定子（包括机座、端盖、定子铁芯、端部结构和隔振装置等）和一个可以转动的转子（包括转子铁芯、绕组等主要部件）构成的，以下作简单介绍。
一、机座和端盖
汽轮发电机的机座和端盖既是机械上的主要支撑，又是风路系统的主要组成部分，其构件也是整个发电机所有部件中尺寸最大的，机座要通过端盖支承转子质量。氢冷发电机的机座又要能承受氢气爆炸时的压力，要能满足强度和振动的要求。
机座是由钢板焊接而成，机壳和铁芯背部空间是发电机通风系统的一部分，它的结构和气流方向是按通风系统要求设计的。氢冷发电机的氢气冷却器直放或卧放在机座内。整个机座既要满足防爆和密封的要求，还
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