水力发电980617
水力发电
WATER POWER
1998年 第6期 No.6 1998
小浪底水电站水轮发电机设计特点
彭晓华
关键词 水轮发电机 设计特色 小浪底水电站
摘 要 小浪底水轮发电机为立轴半伞式，发电机周边线速度较高，GD2值较大，推力负荷较大，通过适当限制电机直径，增加铁芯长度，使发电机的结构设计达到了合理的尺寸，电磁设计参数也达到了较好的水平。推力轴承、励磁系统、自动化元件达到了国际先进水平。
1 发电机电磁设计
1.1 额定值的选定
小浪底水电站发电机额定功率为300 MW，额定电流10 692 A，额定功率因数0.9(滞后)，额定转速107.1 r／min，飞逸转速244 r／min，额定频率50 Hz，最大功率324 MW，充电容量大于233 Mvar，调相容量大于200 Mvar，转动惯量990 000 kN.m2，推力负荷37 400 kN(其中水推力25 700 kN，水轮机转动部件1 700 kN，发电机转动部件10 000 kN)。在上述数据的选取中，对额定电压、功率因数、转速、最大功率等进行了专题研究。
1.1.1 额定电压
对采取F级绝缘，额定功率为300 MW的发电机，其额定电压可选18 kV亦可选择15.75 kV，但通过对不同电压时槽电流槽满率比较，并考虑到国内F级绝缘材料发展状况，为减少发电机电压设备运行的发热与损耗，最终确定为18 kV。
1.1.2 额定功率因数
发电机额定功率因数的大小影响到发电机的尺寸和造价，对系统的稳定也有一定的影响。当有功一定时，减小cosφ，可增大发电机视在功率，使发电机尺寸及用材增加。在尺寸不变，气隙磁密不变的条件下，cosφ减小，会使发电机电抗值减小，惯性时间常数增大，从而有利于提高机组稳定运行功率极限。反之，cosφ增大，可减小发电机尺寸，减少用材，降低造价；同时，在出力和效率一定的情况下，可多发有功，而系统稳定性和无功储备靠快速励磁及受端装设补偿装置来解决。经过对cosφ为
0.875、0.9、0.925 等3个方案进行分析论证后，最终选定cosφ=0.9。
1.1.3 转速
发电机的额定转速除了要考虑发电机本身电磁设计以及结构布置的需要外，主要是根据水轮机的转轮型式、工作水头、流速、气蚀和泥沙磨损以及效率等因素确定的。小浪底机组曾作过115.4 r／min、111.1 r／min、107.1 r／min、100 r／min转速的分析研究，最终选定额定转速为107.1 r／min。该转速可减轻高含沙量水流对水轮机过流部件的磨损，对发电机，可选择4个并联支路，槽数选576，每槽2导体，使槽电流在file:///E|/qk/slfd/980617.htm（第 1／6 页）2010-3-23 7:01:22