200/28
/23
190/30/
23.7
229/33.6/
25.9
-/-/20
209.5/
31.8
/25.4
210.9
/32.3
/22.4
X2/X0/T′d0
20.30/9.60
/8.27
21.60/10.90
/6.06
22/10
/6.60
23/17
/6.40
23.70/12
/7.45
25.70/16
/6.95
-/-/7.20
23.82/
12.22/-
23.50/9/-
I2/I22t
8/10
8/10
8/10
8/10
/10
8/10
8/10
/10
/10
励磁方式
无刷
无刷
自并励
自并励
自并励
无刷
自并励
无刷
自并励
无刷
风扇结构
两端轴流
多级风
扇(5级)
励端离心
两端轴流
两端轴流
多级风
扇(3级)
两端轴流
多级风扇
两端轴流
通风形式
气隙取气
轴向、径向
轴向、径向
气隙取气
气隙取气
轴向、径向
气隙取气
轴向、径向
气隙取气
径向(副槽)
图2 无刷励磁系统原理接线
1—副励磁机转子(磁场)；2—副励磁机定子(电枢)；3—主励磁机
定子(磁场)；4—主励磁机转子(电枢)；5—旋转整流桥；6—发电
机转子；7—发电机定子；8—电压互感器；9—电流互感器；10—副
励磁机半控整流桥；11—自动电压调整器
3.3 自并励励磁系统
自并励励磁系统又称机端励磁，如图3所示。它是由整流变压器、灭磁回路、可控硅整流器及励磁调节器(AVR)等组成。这种励磁系统无旋转部件，无主、副励磁机，励磁电源取自发电机机端，经整流变压器及可控硅整流器供给发电机转子绕组励磁。整流变压器为静止部件，一次接到发电机机端，二次接到整流装置。发电机需要滑环、炭刷和灭磁开关。近几年我国从日立公司、东芝公司、意大利公司(Ansalta)、ABB公司购进的125、320、600 MW汽轮发电机，以及由日立公司和东方电机厂合作生产的600 MW发电机(安装在邹县电厂)也是采用自并励励磁系统。以上所提到的发电机运行情况良好。
图3 自并励励磁系统
KZ—可控硅整流装置；LB—机端励磁变压器；FLQ—发电机励磁
绕组；LH—电流互感器；F—发电机定子；YH—电压互感器
3.4 电势源可控硅整流励磁系统
PPS(Potential Power Source)励磁系统是美国GE公司近年来采用的一种新的励磁方式，如图4所示。它是由电源线棒(“P”棒)组、整流变压器、整流装置、调节器(AVR)、接地保护等组成。
图4 电势源可控硅整流励磁系统
PPS励磁系统属于电压源供电的自并激励磁方式范畴，但与自并激励磁系统又有较大区别。自并激励磁系统的电源取自发电机机端，而PPS励磁系统的电源取自发电机内由3个“P”棒组成的线圈。整个励磁装置没有转动部件，属全静态励磁系统。
PPS励磁系统的优缺点：(1)与自并激励系统相比，其电源取自发电机内部(自并激励磁取自发电机机端)，当机端附近发生短路故障时，“P”棒提供的励磁电流比自并激励磁大得多，因而对电力系统和机组的稳定性更好。(2)由于它没有旋转部件，提高了励磁系统的可靠性。(3)由于取消了同轴旋转的主、副励磁机，缩短了轴系长度3～4 m，取消了2～3个轴承座，因此大大降低轴系振动，提高其稳定性，减少了维护工作量。还可以降低基建造价。(4)PPS的缺点是，灭磁时间常数较3机励磁系统长。
以上几种励磁方案各有优缺点，从安全、经济、对系统稳定以及发展趋势来说，笔者观点是，经过对系统稳定计算没有问题，应推广采用自并励励磁系统。
4 氢、油、水系统
发电机氢、油、水系统质量优劣是关系到机组安全、经济运行的必备条件。氢系统主要包括：(1)氢气发生站，为发电机提供氢气用以冷却。(2)控制系统，其中包括对机内氢气的压力、纯度、温度和湿度的监视、测量和控制；汽体置换系统，密封系统；补氢系统等。油系统主要指发电机两端密封瓦的油回路。水系统是指用于冷却定子线圈内冷水回路。
4.1 氢系统
氢气发生站：有2类，国内传统生产的制氢设备多数为低氢压系统，从水电解槽产生的氢气增压到0.98～3.92 MPa后进入储氢罐，其间未装氢干燥设备，因此，进入发电机内氢气湿度较高，目前国产200 MW、300 MW和600 MW(平圩电厂)发电机均是采用这种制氢设备。另外，国际华能发电公司进口国外的350 MW和600 MW发电机，都是采用美国Teledyne公司的制氢装置，以电解槽产生的氢气增压到14.7～17.6 MPa，将水分脱掉后装入瓶内，然后减压灌入发电机内，大大降低机内氢气湿度。
氢控系统中应装设：充排氢的置换设备；氢气纯度分析仪；压力、密度、温度指示器；氢压调节器；平衡阀；差压阀；漏氢报警装置；补氢装置；工况监视仪；氢气干燥器等。
发电机运行中机内氢气纯度一般要求保持96%～98%。
关于氢气湿度，国际上多数公司(厂)用露点来表示，目前还没有统一标准，因此各公司有各自的标准，如表2所列。
表2 各国公司关于氢气湿度标准
国别及公司
机组容量
/MW
氢气进口
温度/℃
运行氢压
/MPa
氢气露点
/℃
美国WH
600
46
0.527
7.3
美国GE
350
46
0.422
-15.6
英国GEC
900
43
0.425
-20±4
德国KWU
660
40
0.5
-10.5～-20之间
日本HIT
600
40
0.422
日本TOS
659
46
0.41
关于氢气湿度标准问题，我国目前尚未制订出国标，但由于运行部门的需要，近几年原电力工业部组织专家多次研究讨论，已于1998年9月颁布，中华人民共和国电力行业标准，DL/T651—1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》。其中关于氢气湿度标准为：
(1)发电机由氢气在运行氢压下的允许湿度的高限，应按发电机内的最低温度由表3查得，允许湿度的低限为露点温度td＝-25 ℃。
表3 发电机内最低温度值与允许氢气
湿度高限值的关系
发电机内最低温度/℃
5
≥10
发电机在运行氢压下的氢气允许湿度高限(露点温度td)
-5
0
注：发电机内最低温度，可按如下规定确定：(1)稳定运行中的发电机：以冷氢温度和内冷水入口水温中的较低值，作为发电机内的最低温度值。(2)停运和开、停机过程中的发电机：以冷氢温度、内冷水入口水温、定子线棒温度和定子铁心温度中的最低值，作为发电机内的最低温度值。
(2)供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度：新建、扩建电厂(站)，露点温度td≤-50 ℃；已建电厂(站)，露点温度td≤-25 ℃。
对于发电机氢气湿度的标准问题，建议国产发电机采用DL/T651—1998的规定值。对于进口机组，如厂家有规定值则采用厂家的规定值，如无规定值则采用上述规定值。
4.2 油密封系统
氢冷发电机用安装在轴两端的密封瓦来防止机内氢气从轴向外泄漏，同时也防止空气进入机内。密封瓦内的油在轴上起密封作用。
密封瓦的型式通常有2类，一类是盘式，中等容量的发电机采用这种型式；另一类是环式，环式又分为单流、双流及三流环式3种。如北仑电厂1号660 MW发电机(东芝生产)，邹县电厂的600 MW发电机(日立、东方合作生产)为单流环式，大凡GE公司生产的发电机为单流环式；西屋公司生产的发电机为双流环式，如平圩电厂600 MW发电机；ABB公司生产三流环式，如石洞口二厂600 MW发电机。
双流环式油系统，氢侧油系统与空侧油系统各自独立，氢侧装有1台密封油泵、1台油冷却器、1只回油箱。空侧有2台密封油泵(1台交流泵、1台直流泵)，1台冷油器、1只回油箱。空、氢两侧油压相等，油流向分开，油量无交换。发电机在运行中密封油压高于氢压1个恒定压差，例如平圩机组为0.084 MPa，这个差值由压力调节阀来实现。空侧与氢侧油压由压力平衡阀来调节平衡，一般允许差值为0.049 MPa。双流环式无真空净油装置，要求平衡阀和压差阀质量要高，要保证两侧油压平衡，维持油和氢之间有一定压差。
单流环式供油系统只有1套，不分氢侧和空侧，密封油经真空油箱脱水后经2台100%密封油泵，再经冷却器和串接压力调节阀，然后通过过滤器，分别进入汽机侧和励磁机侧的密封瓦。密封瓦的回油，氢侧的油回到氢侧回油箱，对油、氢分离，氢气进入机内，含氢的油进入液、气分离器后流入回油母管。空侧回油与轴承润滑油混合后分别流入润滑油回油母管和密封油回油母管。密封油回油母管进入真空净油箱喷雾脱气。真空净油箱有1台真空泵连续将氢排至大气。单流环式密封后不足之处是消耗氢气较大些。
三流环式油系统与双流环式相似，氢侧油压与空侧油压也要相等，但在两侧油流的中间又增加了1路浮动油，油压略高于空侧油压，其作用是将密封环在大轴上“浮起”。空侧油系统有回油箱，有3台密封油泵均为100%，其中2台交流泵，1台直流泵。2台100%冷油器，2台100%滤油器。汽侧和励侧各有1台密封油泵和冷油器。氢侧油压高于氢压，由油泵出口旁路阀来调节。中间浮动油系统有1台交流油泵，1只油箱，油源取自空侧的供油母管，中间油压略高于空侧。三流环式密封瓦共有4个油系统，6台油泵，结构较复杂，但密封较好，漏氢量少。
3种油密封系统如前所述，各有优缺点，单流环式结构简单，有油水分离装置，能将油中含有的水分先除去然后进入密封瓦，起到降低机内氢气湿度的作用，但漏氢量较大些。双流环式结构稍复杂些，要求平衡阀和差压阀质量可靠，否则会增高机内氢气湿度，其漏氢量比单流环式少。三流环式结构比较复杂，对制造和安装水平要求高，能降低机内氢气湿度，漏氢量也比较少。
4.3 水系统
水系统是指用水冷却定子绕组的供水系统，是1个独立闭式循环的冷却系统。其冷却水源取自经化学处理过的锅炉用水或汽轮机的冷凝处理的水。
4.3.1 定子绕组内冷水质一般要求
(1)透明、纯洁、无机械杂质和颗粒。
(2)导电率不高于0.5～1.5 μS/cm，有的公司要求较高，如GE公司要求为0.1～0.3 μS/cm。导电率过高会引起较大的泄漏电流，增大损耗，加速铜线腐蚀，同时加速绝缘引水管老化。
(3)硬度是指水中含有钙、镁等离子的总量，为防止热状态造成导体管内结垢降低冷却效果，甚至堵塞。因此要求硬度＜10 μg/L。
(4)pH值要求中性，一般规定为7～8。
(5)NH3浓度越小越好，因为氨和铜有化学反应，对铜导线有腐蚀作用。
为保持水质纯洁和低导电率，在循环系统中安装离子交换器将5%～10%的水量进行处理。
4.3.2 水系统结构
各公司发电机水系统结构大同小异，基本由贮水箱、水泵、冷却器、过滤器、离子处理装置、压力表、温度计、液位计、电导仪、报警器及管道阀门等组成。
(1)水系统共同特点是组装式，即把所有零部件组装成1个整体，便于运输、安装，调试和运行操作。
(2)水的主回路大体上是贮水箱→冷却水泵→过滤器→定子绕组→贮水箱密闭循环。
(3)在水系统中均装设有离子水处理装置、防止冷却水汽化措施、断水保护、防漏报警、冷却水压力和温度控制装置。
在某些方面也有不尽相同：(1)北仓发电机的水系统中有反冲洗装置，其他机组没有；(2)为防止空气进入空心导线里氧化腐蚀，因此在贮水箱中充以气体，北仓机组充氮(N2)其他发电机充氢；(3)断水保护措施也有不相同之处。
5 结束语
根据国外发达国家电网发展的规律和现状，600 MW级汽轮发电机组是电网中主力机组之一。目前我国一些主要电网装机容量已达几千万千瓦，现正批量安装300 MW级汽轮发电机组，单机容量偏小，从经济和安全等方面比较均不如600 MW级好。估计21世纪初、中叶600 MW级汽轮发电机组将成为我国各电网中的主力机组，因此，结合电网实际情况合理选择600 MW级发电机组至关重要。
另一点需要提及的，我国北方各电网中的水电相对较少，以火电为主，而峰谷差较大，今后600 MW级火电机组可能要参与调峰运行，因此，对发电机结构要采取技术措施，以适应调峰运行要求。
参考文献
1 Manfred Liese, Rndolf Von Mnsil. KWU Turbo-generator Technology. Beijing July 7-9，1993
2 GM Cotzas, ML Crenshow,TE Vanschaick. Performance and Experience with the Generrex-PPS Excitation System for Large Steam Turbine-generators. General Electric Company Schenectady, New York 1～5, USA
3 毛国光.我国汽轮发电机励磁系统发展概况.电网技术，1997，21(12)
4 电力工业部. DL/T 651—1998氢冷发电机氢气湿度的技术要求.北京：电力工业出版社 上一页 [1] [2] [3] 下一页
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