大型汽轮发电机设计、制造与运行PDF电子书下载

第一章 汽轮发电机设计制造简史 1

一、汽轮发电机历史简介 1

二、我国汽轮发电机制造技术的发展 6

三、现代电力系统对大型汽轮发电机的要求 11

（一）对汽轮发电机组轴系自然扭振频率的要求 12

（二）大机组承受电网振荡冲击能力 17

（三）大机组应具备承受高压线路单相重合闸的能力 18

（四）大机组应具备承受误并列的能力 19

（五）汽轮发电机组的频率变化能力 20

（六）汽轮发电机组的快关问题 20

（七）大机组应具备吸收无功功率的能力 20

（八）大机组应具备需要的调峰能力 21

（九）大机组失磁异步运行能力 21

（十）工程设计上要考虑的问题 23

第二章 汽轮发电机的冷却方式 27

一、汽轮发电机冷却方式的基本概念 27

（一）汽轮发电机冷却技术的重要性 27

（二）绝缘寿命与电机温升极限 29

（三）金属性能与温度极限 30

（四）冷却介质的性能和特点 32

二、汽轮发电机冷却方式的发展 35

三、世界各大公司汽轮发电机采用的冷却方式 38

（一）美国GE（奇异）公司发电机的冷却方式 38

（二）美国西屋公司（派系）发电机的冷却方式 42

（三）ABB公司发电机的冷却方式 49

（四）德国西门子公司汽轮发电机的冷却方式 52

（五）俄罗斯“电力”工厂汽轮发电机的冷却方式 56

（六）新西伯利亚重型电机厂汽轮发电机冷却方式 59

（七）法国阿尔斯通公司汽轮发电机的冷却方式 60

四、中国汽轮发电机的冷却方式 65

（一）上海电机厂（上海汽轮发电机有限公司）汽轮发电机的冷却方式 65

（二）哈尔滨电机厂（哈尔滨电机责任有限公司）汽轮发电机的冷却方式 71

（三）东方电机厂（东方电机股份有限公司）汽轮发电机的冷却方式 72

（四）北京重型电机厂汽轮发电机的冷却方式 73

第三章 汽轮发电机的设计要素 75

一、汽轮发电机设计技术要求规范 75

（一）汽轮发电机的设计任务 75

（二）汽轮发电机的技术规范 75

二、汽轮发电机设计的过程 95

（一）设计准备 95

（二）初步设计 97

（三）技术设计 100

（四）施工设计 100

第四章 汽轮发电机的电磁设计 102

一、汽轮发电机电磁设计的基本方法 102

（一）电磁计算方法的发展 103

（二）系列化、模块化设计 104

二、主要尺寸的确定 109

（一）电机常数、电磁负载和有效部分直径及长度的关系 109

（二）定子铁心外径、定子槽数、转子槽数及转子槽分度数的选择 112

三、磁路计算及空载特性的计算 114

（一）磁路计算的假设和基础 114

（二）空载额定相电压UΦ下的每极磁通 115

（三）气隙的磁通密度和磁通势 119

（四）定子铁心齿磁通密度和齿磁通势 123

（五）定子铁心轭磁通密度和磁通势 125

（六）转子齿截面、磁通密度和磁通势 128

（七）转子轭磁通密度和磁通势 131

（八）空载总磁通势和空载励磁电流的计算 133

（九）空载特性曲线 133

四、电枢反应、短路特性和负载励磁电流的确定 134

（一）电枢反应 134

（二）短路特性与保梯电抗XP 139

（三）负载励磁电流的确定 141

五、损耗与效率 146

（一）定子绕组与转子绕组的电阻损耗 146

（二）定子、转子铁耗 148

（三）机械损耗 156

（四）短路损耗 164

（五）发电机总损耗 172

（六）发电机效率 172

第五章 汽轮发电机的定子结构设计 174

一、定子机座 176

（一）机座的作用及结构形式 176

（二）机座的焊接与加工 181

（三）定子机座的应力消除 182

（四）机座的机械加工 183

（五）机座气密试验 186

（六）机座的振动 187

二、定子铁心 189

（一）定子铁心的作用 189

（二）定子铁心冲片材料 189

（三）冲片的冲剪、去毛 194

（四）冲片的涂漆绝缘 196

（五）定子铁心的振动 199

（六）定子铁心的装配 203

（七）定子铁心端部的结构 207

三、机座和铁心的隔振 212

（一）铁心振动的危害及防振措施 212

（二）振动的允许值和刚性支撑的范围 214

（三）隔振的结构形式 215

（四）对隔振装配弹性元件的基本要求和使用材料 217

四、定子绕组及装配 219

（一）定子绕组的形式 219

（二）不同冷却方式的定子线圈及冷却系统 224

（三）定子线棒的换位 239

（四）定子线圈的绝缘 247

（五）定子绕组的槽内固定和端部固定 254

五、氢水内冷电机出线套管 270

（一）水内冷出线套管的结构 271

（二）组件泵漏和成品泵漏 271

第六章 汽轮发电机的转子结构设计 274

一、转轴 275

（一）转子锻件尺寸 278

（二）转轴的材料 281

（三）转子锻件的检查方法 283

（四）2极和4极转子锻件和护环的极限尺寸 287

二、转子绕组 291

（一）转子绕组的材料和种类 291

（二）转子绕组的绝缘 292

（三）转子氢内冷绕组 294

（四）转子绕组用水冷却系统 311

（五）转子绕组的连接 319

三、转子槽楔和阻尼绕组 322

（一）转子槽楔 322

（二）发电机承受不平衡负荷能力 325

（三）阻尼绕组 327

四、护环、中心环和滑环 329

（一）护环和中心环的作用 329

（二）护环材料发展概况 331

（三）无磁性护环材料的化学成分和主要性能 334

（四）护环锻件的检验 341

（五）护环的结构形式 342

（六）护环的加热 345

（七）滑环 347

五、转子绝缘引水管 351

（一）转子线圈绝缘引水管要求 351

（二）转子绝缘引水管的种类 352

（三）转子钢丝编织管的结构形式和应用 353

（四）钢丝编织绝缘引水管的一些问题的讨论 355

（五）对已投运机组的转子绝缘引水管检查方法 356

（六）对转子钢丝编织管使用后的检查情况 357

六、转子的进水装置和出水装置 359

七、轴承 360

（一）轴承工作原理简介 360

（二）轴承的基本特性 363

（三）轴承的性能比较 366

（四）国外轴承的发展 368

第七章 励磁系统 371

一、概述 371

二、励磁系统在发电和输电中的主要作用 373

（一）维持发电机端电压为给定值 373

（二）合理分配并联运行的发电机之间的无功负荷 373

（三）提高电力系统的输送功率极限 373

（四）对发电机进行灭磁 380

（五）对发电机和励磁系统的电参数进行超值限制和保护 380

三、励磁系统主要性能指标 380

（一）主要静态指标 380

（二）主要动态指标 380

四、励磁系统发展概况及现代常用的励磁方式 383

（一）发展概况 383

（二）现代常用励磁方式 384

五、无刷高起始响应的励磁系统 386

（一）无刷励磁机 386

（二）永磁副励磁机 387

（三）旋转整流装置 388

（四）实现高起始响应的措施 389

（五）无刷励磁电流在线间接测量 391

（六）技术特点 392

六、自并励静止励磁系统 393

（一）励磁变压器 393

（二）晶闸管整流装置 394

（三）灭磁 395

（四）抑制轴电压 395

（五）技术特点 395

七、自动励磁电压调节装置（AVR） 396

（一）概述 396

（二）主要功能 397

（三）自动励磁调节装置辅助功能 397

（四）模拟式AVR的一般构成和要求 400

（五）数字式AVR的一般构成和要求 401

（六）数字式AVR的应用前景 404

八、汽轮发电机灭磁问题 405

（一）概述 405

（二）灭磁时间 406

（三）发电机转子阻尼系统对灭磁时间的影响 407

（四）发电机负载工况对灭磁速度的影响 408

（五）灭磁控制系统固有滞后时间对灭磁开关的削弱作用 410

（六）有刷和无刷发电机内部故障损坏情况实例分析 411

（七）线性和非线性电阻灭磁 412

第八章 氢油水系统 414

一、氢气系统 414

（一）概述 414

（二）发电机气密试验 415

（三）发电机的气体置换 418

（四）气体纯度的在线测量 423

（五）发电机氢气补充 427

（六）氢气湿度控制 428

二、密封油系统 430

（一）概述 430

（二）单流密封油系统 430

（三）双流密封油系统 431

（四）三流密封油系统 432

（五）密封油流量 433

（六）双流密封油系统空、氢侧油压不平衡的简易判别方法 437

（七）密封油运行温度的控制 438

（八）密封油进入发电机的防止 439

（九）密封环磨损的防止 442

三、水-氢冷发电机定子线圈冷却水系统 444

（一）概述 444

（二）对定子线圈冷却水的水质要求 445

（三）断水保护 446

（四）水箱及定子漏氢检测 448

（五）定子线圈气密试验 449

（六）提高定子线圈绝缘电阻的措施 451

（七）线圈结露的防止 452

第九章 试验及监测仪表 453

一、汽轮发电机的产品试验 453

（一）大型汽轮发电机产品试验的标准文件 453

（二）大型电机试验的特殊性 453

（三）汽轮发电机试验 455

（四）国内外测试技术概况 460

二、监测装置 464

（一）绝缘过热监测装置 466

（二）射频监测仪 470

（三）湿度仪 475

（四）发电机在线漏氢检测装置 482

第十章 转子系统的振动 489

一、概述 489

二、转子系统的弯曲振动 490

（一）转子系统的径向振动（弯曲振动）标准和振动测量 490

（二）转子系统的径向振动测量和监测 491

（三）汽轮发电机振动测量常用测振传感器 493

（四）转子系统的动力特性 494

（五）转子系统振动的原因及振动的控制 499

三、转子系统的扭转振动及其控制 505

（一）轴系的扭转振动的设计要求（某些外国公司标准） 506

（二）轴系的扭转振动的动力特性及控制 506

第十一章 汽轮发电机的特殊运行方式 509

一、调峰运行 509

（一）简介 509

（二）发电机调峰运行时的特点 509

（三）结论 510

二、发电机的不对称运行 511

（一）概述 511

（二）基本方法 512

（三）发电机在不对称运行时的几个问题 513

三、汽轮发电机失磁异步运行 515

（一）概述 515

（二）异步运行基本原理 516

（三）影响汽轮发电机失磁异步运行的因素 517

（四）计算实例 518

四、发电机进相运行 519

（一）前言 519

（二）进相运行应考虑的问题 520

（三）进相运行试验实例 522

第十二章 1000M W级汽轮发电机容量与转速的关系（900M W及以上容量） 525

一、问题的提出 525

二、我国核电站1 000M W e级发电机容量和转速的选择 525

（一）世界核电发展现状 526

（二）核电发电机的特点 527

（三）1000MWe级核电机组功率选择的初步分析 529

（四）1000M We级核电机组转速选择的初步分析 531

（五）初步结论 541

三、我国超临界1000MWe级汽轮发电机组容量与单轴、双轴机组的选择 541

（一）世界超临界火电机组发展现状 542

（二）超临界机组发电机的特点 543

（三）超临界1000MW级机组容量的选择 543

（四）超临界1000MW级汽轮发电机组单双机组选择的初步分析 544

（五）初步结论 546

第十三章 21世纪我国大型汽轮发电机制造技术展望 548

一、前景 548

二、提高300MW、600MW机组质量和制造燃气、蒸气联合循环发电机组 550

（一）提高国产300MW、600MW汽轮发电机组可用率和制造质量，使其成为在国际上先进的有竞争力的产品 550

（二）300MW、600MW汽轮发电机更新设计并开发800MW、3000r/min汽轮发电机产品 553

（三）125MW、200MW、300MW发电机配合汽轮机改造，提高出力与完善化 553

（四）配合燃气轮机组发电调峰和燃气、蒸汽联合循环技术，提高双水内冷汽轮发电机承受调峰运行能力和发展大容量空冷汽轮发电机 554

三、超临界1000MW级火电单轴汽轮发电机设计开发并国产化 557

四、1000MWe级及以上大容量核电发电机设计开发和国产化 560

（一）半速发电机磁路及满载励磁电流计算的研究 560

（二）1000MW级半速汽轮发电机转子锻件国产化研究 561

（三）通风冷却系统选择和风扇冷却设计的国产化研究 561

（四）大轴承的设计研究 561

五、设计新方法、新材料、监测装置展望 562

（一）设计新方法 562

（二）新材料 562

（三）监测装置的改进 564

六、超导电机和超导储能 565

（一）超导电机 566

（二）超导储能 569

七、其他能源发电机展望 569

（一）大容量水轮发电机与蓄能电站电机 569

（二）风力、海洋等新能源发电技术和装置 570

八、结束语 573

附录 576

附录一 发电设备装机容量和年发电量 576

1-1各国发电设备装机容量和年发电量 576

1-2 1998年底中国各地区发电设备装机容量、年发电量和1997～1999年度人口、人均GDP 578

1-3我国2000～2050年社会年用电量预计 579

附录二 国内外汽轮发电机组扭振损坏事故 580

2-1国外火电、核电机组扭振损坏事故统计 580

2-2国内火电机组扭振损坏事故统计 582

附录三 世界汽轮发电机单机容量增长记录 583

3-1 1904～1957年世界汽轮发电机单机容量增长记录（按冷却分） 583

3-2 1958～1996年世界汽轮发电机单机容量增长（按各大公司分） 584

附录四 汽轮发电机温升限值 585

4-1用空气间接冷却的电机的温升限值 585

4-2用氢气间接冷却（即氢外冷）电机的温升限值 585

4-3在不是基准运行条件和容量下，间接冷却电机绕组在运行现场的温升限值的校正 586

4-4假定的最高环境温度 587

4-5对附表4-1考虑到试验地点与运行地点海拔差异或试验时冷却介质温度与运行地点的最高冷却介质温度（规定的或有效的）有差异，对温升限值的修正 588

4-6直接冷却式电机及其冷却介质温度限值 588

4-7对于空气或氢气直接冷却绕组考虑到试验地点与基准不同的运行时的条件或额定值，对温度限值的修正 589

4-8对空气直接冷却绕组，考虑到试验地点与运行条件差异对温度限值的修正 590

附录五 上海电机厂1958～1998年制造的双水内冷汽轮发电机简表 591

附录六 汽轮发电机基本系列（按国标GB/T7064—1996） 592

6-1大、中型空冷汽轮发电机的规格 592

6-2氢气和水冷却电机的规格 593

附录七 电磁计算系数 594

7-1电磁计算公式（DZ）28-63的计算系数 594

7-2定子绕组内附加损耗系数推导 598

附录八 世界1000MWe级核电站和火电站参考表 604

8-1截止1997年12月底世界运行和在建的核电站状况 604

8-2世界核电站（1000MWe级机组）一览表（统计至1997年底） 606

8-3某些外国公司600～1300MWe级核电机组综合分析比较（核岛部分） 616

8-4 1000MWe级核电站发电机技术性能参考表 617

8-5西屋、GE、ABB、西门子等公司生产的850MW以上容量火电机组的容量规格参数表（至1995年） 618

附录九 1998年全国火电100MW及以上机组运行可靠性综合指标 620