水轮发电机及发电电动机的技术.doc

水轮发电机及发电电动机的最新技术 姜 茜 编译 摘要 最近10年，世界各地电站平均每年订货容量超过20000MW，新电站建设 速度加快，尤其是在中国。其中，包括许多装有200MVA～800MVA机组的大型发 电站。对大容量水轮发电机来说，某些情况下，定子和转子绕组已采用直接水冷 技术。然而从机组结构简单和易维护的观点来看，空冷型式更为适合，近年来,， 空冷型机组得到更多关注。在低速情况下，考虑到工地运输的限制，大尺寸发电 机部件可以采用工地焊接结构。 在中国，不仅建有采用立式机组的大型水电站,而且建设有采用卧式灯泡式水轮发 电机组的低水头电站。最近，单机容量30MW～45MW的大型灯泡式水轮发电机已投 入运行，轴承及发电机冷却的新技术将推广用于灯泡式水轮发电机。 在抽水蓄能电站中，第一个调速抽水蓄能系统1990年在日本投运，以后这种系统 已运用于多个抽水蓄能电站，尤其是在日本和欧洲。在调速抽水蓄能发电电动机中 ，避免离心力作用的转子线圈端部支撑结构是一项目前仍在不断改进的重要技。 关键词 同步发电机 灯泡式水轮发电机 发电电动机 抽水蓄能 调速 引 言 气候变化和环境恶化的影响已成为全球范围内的一个大问题，每一个国家都把减少温室气体的排放作为焦点。在这样的环境下，水力发电又重新被认定是一种环境友好型电力系统，许多国家正大力建设水电站，尤其是在中国。 另外，人们又注意建设抽水蓄能电站。抽水蓄能电站已应用多年，它可以在电力需求高峰时发电，而在电力需求降低时则将电能储存下来，以平衡电力供给和满足电网需要。继而，近年来，由于间断性可再生能源尤其是风电的增长，电网稳定性已成为一个主要问题，传统的抽水蓄能又备受关注。调速抽水蓄能可通过改变机组转速控制水泵输入功率，更为有效地改善电网稳定性。 100多年来，东芝水电公司制造的水轮发电机和发电电动机已遍布全世界，促进了水力发电的发展。本文介绍了东芝水电公司水轮发电机和发电电动机(包括调速抽水蓄能系统)的最新技术及技术发展趋势。 2 水轮发电机和发电电动机的最新技术 大容量同步发电机 过去10年，世界各地新建水电站平均每年订货容量超过20000MW，新电站的建设显著加速，尤其是在中国，其中，包括许多装有200MVA～800MVA机组的大型水电站。例一如中国的观音岩水电站，电站装有5台666.67MVA的水轮发电机组。该电站发电机目前正在设计，计划2015年投运。观音岩电站水轮发电机的剖面图见图1，额定参数见表1。 图1 观音岩电站同步发电机 表1 观音岩电站水轮发电机额定值 型 式 半伞式 冷却方式 带水冷却器的全封闭空气冷却 额定容量 666.67MVA 额定转速 90.9r/min 端电压 20kV 额定功率因数 0.9 全空冷及20kV定子绕组 观音岩电站发电机为立轴半伞式同步发电机，定子铁心外径约17.2m，发电机总重约2700t。额定端电压为20kV，定子线棒采用VPR(真空加压多胶云母带)绝缘系统，定子和转子绕组冷却方式为空气冷却。对于大容量发电机来说，在某些情况下，定子和转子绕组已采用直接水冷技术。然而，从机组结构简单和易维护的观点看，空冷型式更为适合，近年来，空冷方式得到更多关注。1980年代，委内瑞拉Guri Ⅱ电站805MVA水轮发电机已采用全空冷技术。 工地焊接机械结构 对于大直径发电机来说，设计和制造部件时应考虑到工地的运输限制。对观音岩电站发电机，考虑到运输限制和工地装配，大尺寸部件，如定子机座、转子支架及轴承机架等，采用工地焊接结构。图2所示为转子支架，它包括单个中心体、外部元件和工地焊接装配用定位筋。 图2 工地焊接型转子支架的典型结构 灯泡式水轮发电机 在中国，不仅有采用立式机组的大型水电站，而且建有采用卧式灯泡式水轮发电机的低水头水电站。最近，机组容量30MW～45MW的大型灯泡水轮发电机已投入运用。图3和图4为中国清水塘电站灯泡式水轮发电机剖面图及发电机转子。该电站装有4台32MW、62.5r/min的机组，额定转速。发电机参数如表2所示。清水塘电站首台机组已于2008年12月投运。 图3 清水塘电站灯泡式水轮发电机组 表2 清水塘电站发电机参数 型 式 卧式灯泡水轮发电机 冷却方式 带水冷却器的全封闭空气冷却 额定容量 33.68MVA 额定转速 62.5r/min 端电压 10.5kV 额定功率因数 0.95 图4 清水塘电站发电机转子 非金属导轴承用于卧式机组 清水塘电站水轮机和发电机的转动部件由两个导轴承支撑，对卧式水轮发电机来说，重达220t的最大导轴承负荷是一个非常重的负荷。扇形导轴承轴衬采用非金属PTFE(聚四氟乙烯)，取代传统巴氏合金轴颈轴承。在高轴承压力下，相对于巴氏合金轴承，聚四氟乙烯轴承具有