国产1 000 MW汽轮发电机结构对比

王 庚，秦 爽

(1． 哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040； 2. 哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

国产发电机组从最开始的100 MW以下等级小空冷汽轮发电机逐渐发展到现在的1 000 MW等级汽轮发电机，单机容量不断增大。目前1 000 MW等级汽轮发电机冷却方式均为水、氢、氢冷却，即定子线圈水内冷，转子线圈和定子铁心为氢气冷却。大机组因其经济、节能、自动化水平高、运行人员少和建设速度快等特点，当前百万级汽轮发电机正逐渐成为市场主流产品。

本文主要介绍国内三大主机公司生产的1 000 MW水氢冷汽轮发电机的结构特点，并进行对比说明。

1 技术来源

哈电首台百万级发电机安装在泰州电厂，哈电与东芝公司在2005年9月27日签订了1 120 MVA汽轮发电机技术转让协议。协议规定由东芝提供制造图纸、材料规范、装配图纸、部件采购规范和安装指导手册，并提供发电机技术指标、性能和质量保证；哈电组织相关生产制造。

东电与日立公司为邹县工程在2004年签订了1 000 MW发电机的技术(许可证)转让合同，合同规定由日立公司负责发电机的设计，保证其设计性能，承担首台原型机的制造和验证试验；日立还将向东电转让制造技术，包括设计文件、设计图纸、材料和部件采购规范、制造和检验、试验规范，并提供人员培训等。

上电百万级发电机的技术转让方是西门子公司。2003年12月上电全面引进了西门子THDF系列1 000 MW等级汽轮发电机制造技术，签订了技术转让协议。西门子向上电转让产品图纸、计算程序、工程设计报告、工艺过程文件和质量管理保证文件，并进行产品技术、制造工艺、装配和质量保证方面的技术转让培训。引进期时间已到，现在上电的百万也都为QFSN型。

2 型号

哈电和东电百万级发电机型号都为QFSN-1000-2，而上电的百万级发电机型号为THDF 125/67。发电机型号含义如下：

a) QFSN-1000-2

Q为汽轮机拖动；F为发电机；S为定子绕组水冷；N为转子绕组氢内冷；1 000为额定功率/容量；2为两极。

b) THDF 125/67

T为三相汽轮发电机；H为氢冷(发电机腔)；D为转子绕组直接轴向气体冷却；F为定子绕组直接水冷；125为转子本体的直径为125 cm；67为定子铁心的长度为670 cm。

3 结构对比

3.1 机座冷却器结构

哈电百万级发电机从东芝引进时为大机座、冷却器四角布置结构，首台安装于泰州电厂，如图1所示。哈电为方便该型机的运输，将大机座改为小机座、四角式冷却器改为背包式冷却器，改进后的首台机安装于沁北电厂，如图2所示。

图1 泰州百万级发电机(大机座、四角式冷却器)

图2 沁北百万级发电机(小机座、背包式冷却器)

上电百万级发电机机座采用内、外机座结构，内定子与外机座采用平行制造，可缩短产品制造周期。机座为紧凑式，汽端为氢气冷却器，首台机安装于玉环电厂，如图3所示，此台机组为我国首台国产百万级超超临界燃煤机组。最新的QFSN型，可以根据用户需求和实际使用调整。单、双冷却器结构都有，也不一定都放在机座顶部。

东电百万级发电机机座目前有两种形式：一种是整体机座；另一种是内外机座， 如图4所示，首台内外机座型百万级发电机安装于灵武电厂。冷却器均为背包式布置，如图5所示。

图3 玉环百万级发电机(冷却器汽端布置)

图4 东电百万级发电机正在组装的内定子和外机座(内外型机座)

图5 邹县百万级发电机(背包式冷却器)

3.2 定子风路结构

哈电引进东芝百万级技术时冷却器为四角布置，风路图如图6所示。经哈电改进后，冷却器改为背包式结构，风路图如图7所示。轴流式风扇安装在转子两端。定子机座沿轴向分为15个进出风区，冷热风区相间布置以保证轴向温度的均匀分布。转子绕组温度不均匀系数为1.26。氢气通过定子铁心径向通风道通风冷却。

东电1 000 MW发电机采用径向多流式密闭循环通风方式：发电机定、转子沿轴向分为19个风区，9个进风区和10个出风区相间布置以保证轴向温度的均匀分布， 如图8所示。装在轴上的轴流风

图6 哈电百万级发电机冷却器四角布置通风示意图(引进型)

图7 哈电百万级发电机冷却器背包式布置通风示意图(改进型)

图8 东电百万级发电机通风示意图

扇将风分别鼓入气隙和机座上的进风风道。冷风区的气流沿铁心径向风道冷却进风区铁心后，进入气隙，少部分风进入转子槽内风道，冷却转子绕组，其它大部分再折回铁心，冷却出风区铁心，最后从机座风道进入冷却器，冷却后的氢气进入风扇负压区进行再循环。

转子采取气隙取气的冷却方式，这种交替进出的径向多流通风保证了发电机铁心和绕组在整个长度范围的均匀冷却，大幅降低了铁心的温度，减少了结构件热应力，防止了因为局部过热而危害有效部件的使用寿命。

上电百万级发电机氢气冷却器仅在汽端布置。单头多级风扇形成定子铁心轴向氢冷和转子线圈轴向-径向氢冷，如图9所示。

图9 上电百万级发电机通风示意图

3.3 定子铁心端部屏蔽措施

哈电百万级发电机定子铁心端部采用双屏蔽结构(铜屏蔽+磁分流)，如图10所示。

图10 哈电百万级发电机定子铁心端部屏蔽结构

东电百万级发电机的定子铁心端部屏蔽结构与哈电相同，也采用铜屏蔽加磁分流结构，如图11所示。

图11 东电百万级发电机定子铁心端部屏蔽结构

上电百万级发电机定子铁心端部也采用磁分流结构，但仅励端端盖内侧设有铜屏蔽结构。压板和铁心端部用阶梯段型式磁屏蔽将漏磁场有效屏蔽和被冷却。励端端盖内侧设有铜屏蔽，减少发电机励端端部漏磁损耗。

3.4 隔振结构

哈电采用卧式组合式弹簧板隔振结构，此结构起源于美国GE公司，弹簧板两端与机座用螺钉把紧，中间与定位筋把紧，如图12所示。优点是占用径向尺寸较小，隔振效果好，有效避开铁心电磁振动对机座的影响。

图12 哈电百万级发电机定子铁心隔振结构

因东电百万级发电机有两种机座结构，所以根据机座结构分别采用轴向和切向弹簧板两种隔振系统。整体式机座采用轴向弹簧板隔振(横向或卧式)，如图13所示。内外式机座采用切向弹簧板隔振(立式)，如图14所示。

上电百万级发电机定子铁心和定子机座之间的连接采用立式弹簧板隔振结构如图15所示，隔振系数5～8。最新结构为加紧环+弹簧结构，安装更方便，适用内陆使用和运输。

3.5 油密封结构

哈电和东电的百万级发电机密封油处均采用单流双环结构，如图16所示，此种结构具有结构简单、检修方便、磨损量少和不易变形的优点。

上电的百万级发电机密封油处采用单流单环结构，如图17所示，此种结构具有结构简单、不易磨损的优点，但安装工艺复杂，对维护人员操作水平要求较高。

4 结语

通过对国产1 000 MW汽轮发电机的结构进行

图13 东电百万级发电机定子铁心隔振结构(卧式、轴向)

图14 东电百万级发电机定子铁心隔振结构(立式、切向)

图15 上电百万级发电机定子铁心隔振结构(立式、切向)

图16 单流双环结构

图17 单流单环结构

对比，可以发现因技术引进流派的不同，不同厂家的国产1 000 MW汽轮发电机在结构上有一定差异。哈电和东电的技术引进方均为日本公司，发电机在结构上相似。

实际上三大厂商在2017年以后生产的百万级机组也都有结构改进，本文对于汽轮发电机结构特点的描述只是基于1 000 MW级的选型提供参考。