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　　由于空氣冷卻的汽輪發電機結構簡單、運行維護方便，近年來得到越來越多的用戶的認同，在國內開始迅速發展。國內廠家自空冷汽輪發電機已相繼投人運行，150MW發電機也在工廠內制造成功。

　　我公司在75MW空冷汽輪發電機試制成功和順利投人運行的基礎上進行了完整的總結，找出了可繼承的成功技術和需要改進的結構。開始了承制更大容量機組的準備工作。2001年，我公司連續得到山東臨沂、華盛兩個電站4臺135MW和山東南山電站2臺150MW空冷發電機的訂單。開始了依靠自己力量開發研制更大容量空冷發電機的工作。

　　我公司經過充分的技術分析，借助大量的模型試驗結果，完成了發電機的設計。經過不斷的工藝試驗和改進，開始了機組的試制工作。2002年9月初，國內首合自行研制的150MW空冷汽輪發電機在我公司順利完成了型式試驗。發電機所有技術指標完全達到國家標準的要求，莞全滿足長期安全運行的需要。

　　2發電機設計的總體技術方針在國外，空冷汽輪發電機從60MW級發展到150MW級都是一個關鍵的臺階。它不但關系到這一容量等級是否成功，也關系到是否可以形成繼續開發更大容量機組的技術基礎。因此，在一開始就需要對總體技術方針進行了充分的考慮和論證。

　　由于空氣的熱容量和導熱率較低，設計空冷汽輪發電機的關鍵是降低有效部件的損耗，加強這些部位的冷卻。因此，我們首先將技術攻關的重點放在通風研究上。其目標是利用適度的風量，均勻地冷卻整個發電機，使各部位的溫度都不超過絕緣允許的水平。其次，定子線棒的發熱是限制提高發電容量的關鍵之一，為此，我們采取了減小損耗、改進絕緣和改善冷卻的措施。此外，通過試驗研究確定轉子線圈的通風冷卻方式也是空冷發電機的攻關項目之一。

　　除此之外，隨著發電機容量增加而需要采取的一些措施，如為提高進相運行能力而采取的降低鐵心端部損耗措施，<為減小機座和基礎振動而采取的鐵心隔振措施，以及為提高發電承擔不平衡負荷能力而增設阻尼繞組等措施也在設計中予以了考慮。

　　3發串機的額定參數和結構特點3.1主要參數發電機的主要額定參數為：型號額定容功率因數轉速電壓電流短路比冷卻方式定子：空外冷，轉子：空內冷絕緣等級F級（溫升按B級考核）效率溫度限值定子繞阻矣120（電阻檢溫計）轉子繞阻備115<（電阻法）定子鐵心幻201（電阻檢溫計）集電環專120（溫度計）勵磁方式靜止可控硅3.2結構特點3.2.1總體通風方式通風方式選擇的原則是合理分配冷卻氣流，盡量減小發電機的總風量（從而減小通風損耗），并且盡量使發電機得到均勻的冷卻，降低最熱點的溫度，保證發電機的安全運行。根據75MW發電機的試驗結果和對國外機組通風方式的分析，本發電機的總體通風布置仍然采用了徑向多流通風方式。發電機定子分為5個風區，冷、熱風區（即進、出分區）相間布置。冷卻氣體由冷風區鐵心背部進入，冷卻定子后的熱風從熱風區鐵心背部出風，回到冷卻器后再進行循環（見圖化為了對各風道的尺寸、形狀（直接影響風阻）作出合理的選擇，我公司不但在75MW發電機上進行的實際的通風測試，而且制造了一個全尺寸的150MW發電機靜止通風模型。對機座、鐵心、氣隙口和轉子出風的不同風道尺寸，不同組合進行了多次試驗。是通風模型的照片。

　　通過試驗，不但了解了影啤風路參數的因素，摸清各風路相互影響的關系，還初步確定了合理的設計方案。是通過試驗測到的一組機內氣體的流線圖。

　　最后，我們在發電機進行廠內試驗時再次進行了通風測試，測得了發電機風扇前后的壓頭差，各部位的壓頭分布數據，還測得了發電機各風蹲的風量分配和總風量。試驗證明，各風路風量和設計數據基本吻合。

　　3.2.2總體布置發電機的總體布置是根據發電機的用途，結合電站的總體布局來考慮的。由于本發電機是與蒸汽輪機相配（即汽輪機發電機為高位布置），因而采用了將空氣冷卻器放置在發電機下面地坑的布置方。

　　和其他空冷汽輪發電機相同，采用了座式軸承布置。由于采用靜止可控硅勵磁系統，在非傳動端設有電刷裝置。

　　3.2.3定子機座和鐵心由于兩極汽輪發電機在運行時電磁力會使鐵心產生4節點倍頻橢圓振動。為了減小定子鐵心振動對發電機基礎的影響和減小發電機的噪音，發電機定子鐵心與機座間應采用彈性固定。150MW發電機定子采用我公司成熟的定子鐵心隔振結構（見）。帶起到了減小基礎振動和降低噪音的效果。

　　有彈夙板的定位筋將鐵心振動與機座隔開，此外，在鐵心設計時，還必須考慮到沿。鐵心長度上風量和風溫的不均性。為了使鐵心和線圈的溫度沿鐵心長度上盡量均勻，鐵心的段長是不均勻的。根據通風試驗的結果，在中部的熱風出風區選取了比兩端風區小得多的鐵心段長，以進一步降低此處的鐵心和線圈的溫度。

　　為了減小定子端部的附加損耗和最大限度地降低該區域的溫度，除定子壓圈，壓指和定子端部結構件采用了非磁性材料外，在發電機定子壓圈外設置了銅屏蔽，這是大型機組的成熟技術（見）。

　　發電機鐵心壓圈外的銅屏蔽3.2.4定子線圈由于空冷發電機定子線圈都采用表面冷卻，線棒的全部損耗必須通過絕緣傳出。為了降低線棒溫升，線棒的形狀需要設計成窄、高形以增加散熱面積。同時，為了降低絕緣內外的溫度差，絕緣也應該在安全可靠的前提下適當減薄。本發電機槽電流超過7000A，定子槽的深度超過230mm，上層線棒高度達120mm，定子絕緣厚度也比原來同等電壓的發電機稍微減薄。

　　在線棒設計中，除了通過選取較低的電流密度來降低銅線基本損耗外，線棒采用了多根較薄的股線。并且將上層線棒的截面積設計得比下層大約20%，以較低的電阻損耗來彌補上層線棒較大的股線渦流損耗，從而使上、下層線棒的溫度更加接近。

　　如此大截面定子線棒的多根股線感生的漏電勢不同，通過合理地選擇換位方式來減小股線環流是必須考慮的問題。僅僅采用槽內360換位已經難以減小如此大線棒的股線環流，具有較好效果的槽內540換位在線棒股線數量較多時會出現股線換位節距過小而產生制造困難。我們在150MW發電機上采用了在上、下層線棒連接的鼻端處換位的方式。線棒的股線被分成兩組，兩個股線組間在整個線棒長度上，包括鼻端連接處也保持相互絕緣。上、下層線棒在汽輪敘端的鼻端分組正常連接（見左），在滑環端的鼻端則分組后換位連接（見凼7右）。對整個相帶組內的繞組來說，兩組間的附加感應電勢被抵消。由于一組股線僅僅相當于一個高度很小的線棒，組內股線環流大大地減小了。

　　發電機定子線棒鼻端分組后換位連接3.2.5轉子線圈150MW發電機轉子繞組冷卻仍然沿用在75MW發電機上采用的軸向通風冷卻結構。發電機轉子繞組線匝用兩根U形銅線組成，上下兩半凹槽相對合成一匝，形成軸向冷卻風道。為了降低轉子繞組的溫度，將沿轉子全長的線圈分成六個獨立的冷卻風路段。冷卻氣體從風扇出來后通過護環下部進人，一部分氣流進入槽底的副槽，然后分別進入第一和第二組銅線徑向孔，在分別通過兩個獨立的線圈軸向風道后從槽楔上的徑向孔流人氣隙。另一部分空氣流入繞組端部的風道，通過線圈內風道冷卻銅線后，從轉子本體端部的出風口離開轉子。在端部長度較長的大號線圈中還設置了補風口，進一步降低最熱點的溫度。

　　發電機的其他結構，如軸承、集電環、電刷和冷卻器等結構和其它類型發電機相似，這里就不作介紹了。

　　4試制結果（見表）主要的試驗參數及試驗值和設計值的比較項目試驗值設計值保證值空載勵磁電流（A）勵磁短路勵磁電流（A）短路比數據負載勵磁電流（A）波形畸變率（％電話諧波因數（％）機械損耗（kW）鐵耗（kW）損定子銅耗（kW）耗和效附加損耗（kW）轉子銅耗（kW）率勵磁裝置損耗（kW）總損耗（kW）效率（％）電樞繞組最高K）矣80溫升定塍心最高K）80勵磁腧平均翻K）矣75集電環溫度（T）軸瓦溫度（T）85 2002年9月，我公司成功完成了首臺150MW空冷汽輪發電機的型式試驗。試驗證明該發電機的效率、溫升和所有技術指標完全達到國家標準的要求，完學滿足額定出力下長期安全運行的需要。

　　5今后的發展方向目前國內在大功率空冷汽輪發電機的研制上與國外還有相當大的差距。國外目前不但早已批量生產配F級燃氣輪機的260MW級空冷發電機，原ABB公司還制造出了世界上最大的空冷汽輪發電機，其容量達500MVA.毫無疑問，我公司和國內其他公司將在空冷發電機大容量化方面繼續努力。

　　開發大容量空冷發電機的關鍵仍然是降低消耗，加強冷卻。除了在我們已經采取的措施基礎上增加發電機的尺寸以外，以下一些技術也是可以考慮的。

　　5.1絕緣技術的進步改進定子線棒的發熱和冷卻始終是大型空冷發電機的關鍵，其中如何減小絕緣上的溫降是十分重要的。今后，我們主要要改進絕緣的電氣性能和制造工藝，盡量減小絕緣厚度，以達到增加出力的目的。此外，提高絕緣材料的導熱性也是我國絕緣材料研究和生產部門要進一步攻克的目標。盡管國外在空冷發電機上較多地采用定子整體真空浸潰，以減小定子線棒和鐵心間的間隙，起到良好散熱的效果，但由于這種定子整體浸潰線圈防電暈效果差，線棒本身的絕緣質量不如單根制造的線棒，再加上定子整體真空浸潰設備投資大，所以更大容量的空冷發電機一般不再采用定子整體真空浸潰，而采用單根線棒真空浸潰。

　　5.2逆向通風布置眾所周知，如果讓從冷卻器流出的冷風經風扇加壓后再去冷卻發電機的有效部件，將由于風扇先使氣體溫度升高而使發電機有效部件的溫度相應增篼，因此更大容量發電機應該考慮逆向通風結構。冷卻器流出的冷風從鐵心背部進人徑向風溝，冷卻了鐵心和線圈的熱風流出鐵心進人氣隙后與轉子排出的熱風混合，由軸上的軸流風扇從氣隙中抽出后返回冷卻器。這種通風方式使定子鐵心和線圈受到最低溫度氣流的冷卻，可獲得較好的冷卻效果，并可降低通過定子的氣流量，減小通風損耗。

　　5.3多支路定子線圈結構由于定子線棒的發熱和冷卻是大型空冷發電機的關鍵，除了設法通過改進絕緣和改進通風冷卻以外，如果能夠通過減小單根定子線棒的電流來減小線棒損耗，將可能得到更加滿意的效果。

　　由于發電機的容量僅僅取決于電壓和電流，如果通過選取較高電壓來減小定子電流，反而會帶來絕緣增厚、絕緣溫度降更大的負面后果。有的國外公司想到通過增加并聯支路數來減小單根線棒的電流。

　　但是，兩極電機只有采用一個或兩個并聯支路時才能得到支路對稱，支路間沒有環流的設計。通過仔細的分析，如果將并聯支路數增加到3，再采取適當的連接方式，可以將支路不對稱程度盡可能地減小，從而將支路間的環流減小到可以忽略的程度，大大減小了單根線棒的損耗和降低了線圈的溫度。0是一個3個并聯支路發電機的一個相帶組的槽分組示意圖。一個相帶組內的I2個槽分成3組，每組的電勢僅僅在相位上差5度。通過與另外一個極下的3組線圈連接，可以使支路電勢相位相同，幅值相差組0發電機定子線圈的3支路連接6結語大功率空冷汽輪發電機的發展不但在世界上已成必然趨勢，在我國也將成新的增長點。我公司將繼續在這一領域研究開發，已經進行的設計開發、模型試驗，以及60MW、75MW和150MW幾個機型的研制成功為進一步開發更大容量的空冷發電機組打下了良好的基礎。