热电厂发电机的工作原理简述（600MW发电机结构及其冷却系统）
热电厂发电机的工作原理简述（600MW发电机结构及其冷却系统）三 励磁系统主要特征当发电机在额定氢压0.4兆帕下运行，保证漏氢量每天不大于11．3立方米（常压下的体积），当在额定氢压为0．50兆帕下运行时，则不大于13．4立方米。总装后机内的气体容量约为110立方米，上述漏氢量低于能源部规定要低于5％机内气体容量的要求。发电机内定子绕组水支路的容积约为0．36立方米，在额定氢压下做空气气密试验时气体泄漏量每天不超过绕组水支路容积的4％。额定数据续表 QFSN－600－2YH发电机设计参数二 漏氢量
600MW发电机结构及其冷却系统
第一节 概述
我国自20世纪80年代后期起，从国外进口了不同制造厂商生产的600MW汽轮发电机。哈尔滨电机有限公司（原哈尔滨电机厂）生产的引进（美国西屋公司）型600MW汽轮发电机两台，于1989年和1992年先后在安徽平圩电厂投入运行。1994年，我国首台国产化型600MW汽轮发电机也已装于哈尔滨第三发电厂正常运行。到目前为止上海汽轮发电机有限公司引进美国西屋公司已生产QFSN－600－2型发电机近20台。
表3－2 QFSN－600－2YH发电机与QFQS－200－2发电机技术数据比较
额定数据
| 型号 | QFSN－600－2YH | QFQS－200－2 |
| 额定容量 | 666.67MVA | 235.3MVA |
| 额定功率 | 600MW | 200MW |
| 最大连续出力 | 654MW | |
| 额定功率因数 | 0.9 | 0.85 |
| 额定电压 | 20KV | 15.75KV |
| 额定电流 | 19245A | 8625A |
| 额定转速 | 3000RPM | 3000RPM |
| 额定频率 | 50Hz | 50Hz |
| 相数 | 3 | 3 |
| 定子接法 | YY | YY |
| 冷却方式 | 水氢氢 | 水氢氢 |
| 额定工作氢压 | 0.4Mpa | 0.3Mpa |
| 短路比 | 0.542 | 0.534 |
| 效率 | 98.94% | 98.2% |
| 稳态 | I2≤8%In | I2≤10%In |
| 暂态 | （I2／In）2·t≤10 | （I2／In）2·t≤10 |
| 定子槽数 | 42 | 54 |
| 每极每相槽数 | 7 | 9 |
| 并联支路数 | 2 | 2 |
| 极数 | 2 | 2 |
| 绕组节距 | 1～23 | |
| 转子槽数 | 32 | 32 |
| 每根线棒实心导线 | 72 | 24 |
| 每根线棒空心导线 | 36 | 6 |
| 实心导体尺寸W×H | 7.5×2.24mm | |
| 空心导体尺寸W×H×δ（壁厚） | 7.5×4.7×1.35mm | |
| 定子电流密度J | 8.33／10.41 A／mm2 | |
| 定子线负荷Ast | 1955A／cm | 1290A／cm |
| 定子铁芯外径Da | 2673.4mm | |
| 定子铁芯内径Di | 1316mm | 1150mm |
| 定子铁芯长度Li | 6300mm | 5370mm |
| 气隙（单边）g | 88mm | 70mm |
| 定子总重量 | 300T | 189T |
| 转子重量 | 65T | 43T |
| 转子外径D2 | 1140mm | 1010mm |
| 转子本体有效长度 | 6250mm | 5470mm |
| 转子运输长度L2 | 12670mm | 10680mm |
| 护环直径Dk | 1238mm | |
| 护环长度Lk | 890mm | |
| 集电环外径 | 380mm | |
| 定子绕组绝缘等级 | F | B |
| 定子铁芯绝缘等级 | F | B |
| 转子绕组绝缘等级 | F | B |
| 噪音 | ＜85dB | ＜85dB |
| 轴承座最大振动值（水平、垂直） | ＜0.025mm（双幅值） | ＜0.025mm（双幅值） |
| 轴承相对位移值 | ＜0.076mm（双幅值） | ＜0.076mm（双幅值） |
| 端部绕组固有振频率合格范围 | fZ＜94Hz，fZ＞115Hz | fZ＜94Hz，fZ＞115Hz |
| 端部绕组自振频率 | 避开基频 15%和倍频－10% | 避开基频 15%和倍频－10% |
| 发电机转向 | 汽侧看顺时针方向 | 汽侧看顺时针方向 |
| 励磁方式 | 静止自并励 | 交流主励磁机、中频副励磁机同轴 |
| 额定励磁电压 | 励磁变压器20KV／0.893KV 额定容量3×2000KVAY，D－11（Y／△）接线方式 | 453V |
| 额定励磁电流 | 4202A | 1749A |
| 氢气纯度 | ≥98% | ≥98% |
| 氢气湿度（露点） | ≤－5℃ | ≤0℃ |
| 进入定子绕组冷却水水量 | 93M3／h | 30M3／h |
| 进入定子绕组冷却水温度 | 50℃ | 40±2℃ |
| 定子绕组出水温度 | ≤90℃ | ≤70℃ |
| 冷却水进水导电率 | 0.5～1.5μS／cm（常温） | 0.5～1.5μS／cm（常温） |
| 系统软化器出水导电率 | 0.1～0.5μS／cm | 0.1～0.5μS／cm |
| PH值 | 7～8 | 7～8 |
| 压力 | 0.25～0.36MPa | 0.1～0.2 MPa |
| 离子交换柱出水量 | 40～60L／min | |
| 二次进水温度 | ≤33℃ | ≤33℃ |
| 二次水量 | 170M3／h | 30M3／h |
| 氢气冷却器进水温度 | 20～33℃ | 15～30℃ |
| 发电机进风温度 | ≤40℃ | ≤40℃ |
| 发电机内部充气容积 | 110 M3 | 83M3 |
| 密封油压高于氢压 | 0.05±0.01Mpa | 0.05±0.01Mpa |
| 氢气冷却器用水量（4个） | 620T／h | 300T／h |
| 发电机漏氢量（保证值／期望值） | 11／8（m3／d） | 14 m3／d |
续表 QFSN－600－2YH发电机设计参数
| 设计参数 | 单 位 | 数 值 |
| 定子每相直流电阻（75℃） | Ω | 0.00149 |
| 转子绕组直流电阻（75℃） | Ω | 0.098 |
| 定子每相对地电容（A、B、C） | μF | 0.22 |
| 转子绕组自感 | H | 0.38 |
| 直轴同步电抗Xd | % | 228.62 |
| 横轴同步电抗Xq | % | 226.58 |
| 直轴瞬变电抗（不饱和值）Xdu′ | % | 28.87 |
| 直轴瞬变电抗（饱和值）Xd′ | % | 25.40 |
| 横轴瞬变电抗（不饱和值）Xqu′ | % | 44.14 |
| 横轴瞬变电抗（饱和值）Xq′ | % | 34.84 |
| 直轴超瞬变电抗（不饱和值）Xdu″ | % | 23.54 |
| 直轴超瞬变电抗（饱和值）Xd″ | % | 21.66 |
| 横轴超瞬变电抗（不饱和值）Xqu″ | % | 20.59 |
| 横轴超瞬变电抗（饱和值）Xq″ | % | 18.94 |
| 负序电抗（不饱和值）X2u | % | 22.06 |
| 负序电抗（饱和值）X2 | % | 20.30 |
| 零序电抗（不饱和值）X0u | % | 9.94 |
| 零序电抗（饱和值）X0 | % | 9.14 |
| 直轴开路瞬变时间常数Tdo′ | s | 8.27 |
| 横轴开路瞬变时间常数Tqo′ | s | 1.14 |
| 直轴开路超瞬变时间常数Tdo″ | s | 0.04 |
| 横轴开路超瞬变时间常数Tqo″ | s | 0.06 |
| 直轴短路瞬变时间常数Td′ | s | 1.35 |
| 横轴短路瞬变时间常数Tq′ | s | 0.13 |
| 直轴短路超瞬变时间常数Td″ | s | 0.04 |
| 横轴短路超瞬变时间常数Tq″ | s | 0.04 |
| 灭磁时间常数T | s | ＜3 |
| 转动惯量（GD2） | N·M2 | 3.7×105 |
| 失磁异步运行能力 | MW | 240 |
| 失磁异步运行时间 | min | 15 |
| 进相运行能力 | MW | 600 |
| 进相运行时间 | h | 连续运行能力 |
| 三相短路稳态短路电流 | % | 180 |
| 失步功率 | MW | 240 |
| 额定负荷下的不同步能力 | 20振荡周期 | |
| 电动机状态运行能力 | s | 60 |
| 发电机使用寿命 | 年 | ＞30 |
二 漏氢量
当发电机在额定氢压0.4兆帕下运行，保证漏氢量每天不大于11．3立方米（常压下的体积），当在额定氢压为0．50兆帕下运行时，则不大于13．4立方米。总装后机内的气体容量约为110立方米，上述漏氢量低于能源部规定要低于5％机内气体容量的要求。发电机内定子绕组水支路的容积约为0．36立方米，在额定氢压下做空气气密试验时气体泄漏量每天不超过绕组水支路容积的4％。
三 励磁系统主要特征
岱海电厂QFSN－600－2型发电机采用具有高起始响应性能的静止自并励励磁系统。在额定工况下，发电机励磁电压能在0．1秒内从额定电压值上升到顶值电压与额定励磁电压差值的95％。强励顶值电压：2倍额定励磁电压。采用静态励磁顶值电压可大于2．5倍以上。允许强励时间：10秒
第三节 发电机的结构
一 发电机的冷却
发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。为使这些部件发出的热量散发出去，必须采用高效的冷却措施，保证发电机各部分温度不超过允许值。
在汽轮发电机的发展过程中，冷却方式的发展一直占有主导地位。它关系到整个发电机的技术经济指标以及运行的可靠性，因此，发电机运行中的各部件冷却质量十分重要。对于200MW及以上汽轮发电机组主要是使用冷却效果好的冷却介质，并发展了把冷却介质引入载流导体内的直接冷却技术，即所谓绕组的内部冷却方式。
目前用以大型发电机冷却的介质有氢气、水和油。它们的冷却能力都比空气强，表3－3列出了氢气、油和水与空气之间冷却能力的比较。从表中可以看出，水的冷却能力最好。
表3－3 各种冷却介质的冷却能力比较（设空气＝1.0）
| 冷却介质 | 相对比热 | 相对密度 | 相对流量 | 相对冷却能力 |
| 空气 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 氢气（414Kpa） | 14.35 | 0.35 | 1.0 | 5.0 |
| 油 | 2.09 | 0.848 | 0.012 | 21.0 |
| 水 | 4.16 | 1.0 | 0.012 | 50.0 |
在发电机冷却系统中，冷却介质可以按不同的方式组合。对于容量600MW的汽轮发电机，其定、转子绕组都采用内冷方式。按定、转子绕组和铁芯的冷却介质的不同组合，600MW汽轮发电机的冷却方式主要有以下几种。
1）全氢冷：定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢冷。
2）水氢氢冷：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及定、转子表面构件氢冷。
3）水水氢冷：定子绕组水内冷、转子绕组水内冷、定子铁芯氢冷。
汽轮发电机结构与冷却方式密切相关。国内外生产的600MW汽轮发电机大部分为水氢氢冷却方式，也有全氢冷或水水氢等型式。国内电厂已装设或正在计划装设的，以及国产的600MW汽轮发电机都为水氢氢冷却方式，因此以下几节将分别介绍相关电厂这种型式的汽轮发电机组成部分的结构特点。图3－1是上海汽轮发电机有限公司为岱
海电厂生产的引进美国西屋公司技术优化设计制造的QFSN型600MW水氢氢冷汽轮发电机的结构与外形。
岱海电厂QFSN－600－2型汽轮发电机采用氢气为冷却介质。其特点如下：
1 氢气密度很小，纯氢仅为空气的7％；即使在发电机机座内氢压0．4兆帕下，其密度亦只有空气的50％，因此大大降低了通风损耗。
2 氢气具有高导热性（约为空气的7倍）和高的表面热传递系数（约为空气的1．35倍）。故氢冷发电机具有较大的有效材料单位体积的输出容量，特别是氢内冷结构中氢直接与发热导体接触，提高氢压可使发电机容量显著地提高。
3 氢气冷却都为密闭循环系统，机内长期运行干净无尘，减少检修费用。
4 机内无氧无尘，减少了异常运行状态下发生电晕所导致的对绝缘的有害影响，有利于延长绝缘寿命。
5 氢气密度很低又密闭循环于由中厚钢板焊成的机座内故环境噪音较小。
现今商业性氢气纯度完全是惰性的和非爆炸性，而且不会助燃，所以使用是安全的；但亦必须指出当氢气与空气混合之后，在体积中含有氢气如在5～70％的比例范围内，可能会发生爆炸。所以在发电机结构设计、安装及运行规程中必须确保在任何运行工况下，氢混合气体的比例远高达到爆炸的危险比例范围。为此在机座两端的端盖上装有轴密封装置。本型发电机采用了供油量较少，耗氢量也小，随动性好，运行安全的双环双流环式轴密封装置，并设有油密封供油系统和氢气置换及供应系统，将氢与外界大气严密隔离开来。同时，必须考虑到误操作可能导致爆炸事故，故把机座设计成为“耐爆型”。本型水氢氢汽轮发电机采用焊接的机座结构。两端焊接式端盖支撑着对地绝缘的可倾式分块轴承。机座底脚与底板（台板）之间设置阶梯形垫片使机座的负荷集中作用在基础的两端，对称分布在两侧，很快向中间衰减，并在现场测试发电机底脚应力分布加以复核调整，确保定子机座两端的载荷分布，以改善与定子机座相联接的端盖轴承的支承刚度来降低机组的振动。定子机座与铁心间采用高强度弹簧板高效隔振装置，大大减轻铁芯电磁倍频振动对基础的作用。定子铁芯为多路径向氢表面冷却，端部结构件也为氢表面冷却。由于水内冷效果比氢内冷更好，故在本型发电机中采用了水内冷的定子绕组。连接线、主引线和出线瓷套端子，进一步缩小了定子的运输尺寸及重量。采用合金钢整体转子锻件。转子绕组的直线部分为气隙取气斜流通风而端部为轴向两路通风的氢内冷方式。定、转子各有多路并联风区，冷热风区相间定、转子，并相互对应，近定子端部出槽口处在线圈端部的可调节绑环上设置气隙挡风环，并在气隙中设置冷热风区隔环以加强对转子的通风冷却。由于气隙取气斜流通风为自通风方式，故发电机内氢气可由对称地装在转子两端的单级轴流式低压风扇在发电机内形成氢气流动的闭合回路，因此这种通风形式具有风摩损耗较小，转子绕组温度较均匀。最高温度及平均温升较低的特点，具有提高发电机的效率和出力的潜力。热氢经两端氢冷却器冷却，除了励端的出线盒外，氢气流动的两个回路几乎是对称的。为不使机座和转子过长，氢冷却器设置在定子汽、励端的
上部，横向装配在冷却器外罩内，同时也减轻了定子、转子的运输重量和尺寸。发电机的结构与外形与图3－1相似。
二 定子结构
汽轮发电机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。
1 机座、机座隔振――定子弹性支撑
机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。如果用端盖轴承，它还要承受转子的重量和电磁力矩。同时在结构上还要满足电机的通风和密封要求。
水氢氢冷发电机的机座除满足上述一般电机要求外，对600MW发电机，机壳内的额定氢气压力为0.4～0.5MPa，还要能防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。
机座由高强度优质钢板焊接而成。机壳和定子铁芯背部之间的空间是电机通风（氢气）系统的一部分，它的结构和气流方向随通风系统的不同而异。对于定子铁芯为轴向通风的系统，机壳与铁芯背部之间的空间为简单风道。对于定子轴向分段、径向通风冷却的系统，常将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替地分为进风区和出风区。各进风区之间和各出风区之间分别用圆形或椭圆形钢管连通，也有的将每个进风区都设有独自的进风管，以减小各进风区（室）的压力差。进风孔设在风扇送出的高压风区，出风口通向风扇背侧的低压风区并途经冷却器。
为了减少氢冷发电机通风阻力和缩短风道，冷却氢气的冷却器常安放在机座内的矩形框内。冷却器一般为两至四组，其布置位置主要有三种形式，即立放在发电机两端的两侧、立放在发电机中部的两侧、横放在发电机上部两端（背包式）。
端盖是电机密封的一个组成部分，为了安装、检修、拆装方便，一般端盖由水平分开的上下两半构成，采用钢板焊接结构或铝合金铸造结构。大容量发电机常采用端盖轴承，轴承装在高强度的端盖上。 端盖分有外端盖、内端盖和导风环（挡风圈）。内端盖和导风环与外端盖间构成风扇前或后的风路。
对于大容量机组，为了减低由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起双频振动，以及短路等其他因素引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，发电机定子铁芯和机座之间多采用弹性联结。其结构形式有多种，其中以整体机座轴向组合式定位筋弹性隔振结构和采用内外机座切向弹簧板隔振结构两种形式，对大容量机组有较好的效果，已得到广泛应用。
定位筋弹性隔振结构
定位筋弹性隔振结构（包括组合式弹性结构），也称为卧式隔振结构，又有几种形式。
（l）在定位筋两侧开槽的弹性隔振结构如图3－2所示。定位筋开槽后，本身就成为弹性部件用以完成定子铁芯与机座之间的弹性连接，这是一种最简单的弹性隔振结构。
（2）在定位筋背部装弹簧板，结构如图3－3所示。弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。
（3）在定位筋两侧装弹簧板，通过弹簧板再与机座连接。北仑港电厂#1机和石洞口二厂的600MW发电机（分别为日本东芝和瑞士ABB厂制造）都采用定位筋弹性隔振结构。石洞口二厂发电机定子铁芯的固定方式如图3－4所示。
内外机座切向弹簧板隔振结构
在采用内外机座切向弹簧板隔振结构中，机座分为内机座和外机座。定子铁芯先组装在内机座（内壳）中，内外机座之间用切向弹簧板连接。切向弹簧板沿轴向分为若干组，每组沿内机座外圆切向分布：一种是分布在上下和左右两侧（上下为水平的，左右为立式的）；一种是分布在左右和下面；还有一种是分布在左右两侧。后两种应用较多，见图3－5和图3－6。
这种隔振效果很好。平圩电厂、哈尔滨第三电厂、邹县电厂的600MW发电机（分别为哈尔滨电机厂引进西屋技术、哈尔滨电机厂国产优化型、日本日立公司产品），都采用内外机座切向弹簧板隔振结构，有的称其为立式弹簧板隔振结构。国产优化型QFSN－600－2YH型汽轮发电机出厂试验结果，其隔振系数（铁芯和机座的振动比）约为10。
岱海电厂一期600MW发电机定子机座和隔振结构：
用氢冷却的发电机的机座必须考虑到万一发生爆炸时的安全性。虽然氢既不自然亦不助燃，但当氢气与空气混合起来则极易发生爆炸，其爆炸的强烈程度与两种气体混合比的关系接近正弦曲线。当氢气含量分别为百分之五及百分之七十时，爆炸强度趋于零，在此两者中间的比例时则达到最强烈程度。
把机座设计成“耐爆”型压力容器，就是指机座应能承受0.01到 0.02兆帕表压下氢气和空气混合体的最强烈的爆炸。这类爆炸不得损伤电机外部的人员、器材和厂房。这种事故只有在气体置换过程中，出现误操作的情况下才可能发生。正常运行时氢压远大干大气压，空气是不可能直接进入机座的。
机座是用优质中厚钢板及锅炉钢板冷作拼焊而成，气密性焊缝均通过焊缝气密试验的考核。每个机座都经过水压试验和消除应力处理和0．4·～0．50兆帕气密试验的严格考核，因此氢冷发电机的运行是十分安全的，除非发生转轴上的密封瓦乌金熔化或密封油供应突然中断的意外事故。但设备及操作规程部有十分明确的措施足以防止发生这种恶性事故。
铁芯是通过高强度弹簧钢板组成的高效隔振装置固定在机座内的。当发电机运行时，转子和定子铁芯之间的磁拉力在定子铁芯中产生倍频振动，为此在本发电机的定于铁芯装配和发电机机座部件之间采用隔振性能较好的弹簧板弹性支撑结构，就使铁芯传到机座和基础上的倍频振动减少到很小。
在机座的顶部，汽、励两端各设有一个安装冷却器外罩用的长周边矩形法兰结合面，在结合面上开有矩形密封槽，内充满密封胶以防氢气泄漏之用；在励端底部另设有一个长周边法兰结合面用以联接出线盒。
机座的顶部还设有人孔。检查孔，都由盖板密封；在底部则设有清理孔法兰、用于气体置换的管道接口法兰，以及测量气体纯度的、气体分析取样的、浮子式液位控制器（检漏器）和氢气干燥器等的管道接口，还有两端的定子水系统排污法兰。
定子机座有整体式及三段组装式两种结构设计。整体式机座便于安装，整体运输重量为345吨，便于船运，也可装专用钳夹车在铁道上运输。而三段式机座的优点在于其运输重量较轻，约260吨，可用特制的平板车装载，更适合内陆铁路运输的需要。岱海电厂一期600MW发电机采用三段式机座，氢冷器横放在发电机上部两端（背包式）。。
2 定子铁芯
定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，现代大容量发电机定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.35～0.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂有耐高温的无机绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130℃，一般铁芯许可温度为105～120℃。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。
定子铁芯的叠装结构与其通风散热方式有关。大容量电机铁芯的通风冷却有三种方式：铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。
轴向分段径向通风式，即铁芯沿轴向分成若干段：中段每段厚度为30～50mm，端部铁芯易发热，每段厚度应比中段的小。国产QFSN－600－2YH型汽轮发电机属此种结构，沿定子铁芯全长分为106段，构成105个径向风道。
全轴向通风式铁芯，沿轴向是不分段的，铁芯轭部冲有几排孔径较大的通风孔，铁芯齿部也冲有几排孔径较小的通风孔，通风孔全轴向贯通。平圩电厂发电机（西屋技术）定子铁芯属此种结构。
半轴向通风式铁芯，与全轴向通风式不同之处是：铁芯两端不分段，只在中间部分有若干轴向分段。冷却气体从铁芯两端进入轭部和齿部的轴向风道，经过其中的若干径向风道流向氢气冷却器。石洞口二电厂发电机（瑞士ABB厂制造）的定子铁芯属此种结构。
为了减少铁芯端部漏磁和发热，靠两端的铁芯段均采用阶梯形结构，即铁芯端部的内径由里向外是逐级扩大的。
岱海电厂一期国产QFSN－600－2型发电机（上海发电机厂引进西屋技术）铁芯采用0．5毫米厚扇形高导磁率、低损耗的无取向冷轧硅钢片分段迭装而成。在扇形硅钢片的两侧表面涂有F级环氧绝缘漆。B级硅钢绝缘漆能耐温130℃，一般铁芯许可温度为105～120℃。涂F级绝缘漆，可耐受更高的温度。定子铁芯轴向用反磁支持筋螺杆和对地绝缘的高强度反磁钢穿心螺杆，通过两端的压指、压圈及分块压板用螺母拧紧成为整体，经过数次冷态和热态加压、并紧固螺母而成为一个结实的铁芯整体见图3－7（a）、（b）。由于穿心螺杆位于旋转磁场中，各螺杆内会感生电动势，因此必须防止穿心螺杆间短路形成短路电流，这就要求穿心螺杆和铁芯相互绝缘，所有穿心螺杆端头之间也不得有电的联系，结构见图3－7（c）。在铁芯的两边端齿上开有分隔槽如图3－9所示在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开1个宽为2～3mm的小槽，，并用粘结胶将边端粘结形成整体。在两端压圈与反磁性分块压板之间设有用硅钢片迭压并加以粘结起来形成内圆为阶梯形看台式的磁屏蔽，这些措施有效地减少了端部漏磁引起的附加损耗，故端部温升较低，使发电机具有良好的进相运行的能力。
岱海电厂600MW发电机属于轴向分段径向通风式，铁芯内设有许多径向通风道组成氢气表面冷却、多路并联通风。对应转子进风和出风相互间隔的十一个风区。还在铁芯内圆上进风和出风风区之间、环绕气隙上部六分之五的圆周上镶装风区隔环以减少串风，提高通风散热的效能。在安装和检修过程中，要特别注意保护铁芯内圆表面不让碰伤而形成片间短路。由于本型转子磁势很大，铁芯轭部又较高，气隙又较大（达93毫米），一旦短路，该处短路损耗较大，温度会有较大的升高，并促使邻近的硅钢片绝缘受到破坏，因而会使短路逐步扩展，导致严重的铁芯烧伤事故。
汽轮发电机的铁芯端部的发热问题比较突出。由于定子绕组端部伸出铁芯较长，出槽口后倾斜角大，形成喇叭形，同时其线负荷大、磁通密度高、端部漏磁大，形成一个
较强的旋转漏磁场。另一方面隐极式转子绕组，其端部必须一排一排地沿轴向排在转子本体两侧的大护环内，虽然护环采用非磁性钢，但在转子端部仍有一个随转子旋转的漏磁场。以上两个旋转磁场在铁芯端部形成一个合成的旋转磁场，其中以定子端部漏磁场为主要成分。合成漏磁分布复杂，见图3－8，在定子铁芯端部漏磁既有径向分量，又有轴向分量。漏磁主要集中在定子的压圈内圆、压指和端部最边段铁芯齿处，导致这些部
位附加损耗增大，温度升高。
为了解决大容量汽轮发电机端部发热问题，制造厂主要采取了下列措施。
（1）把定子端部的铁芯做成阶梯状，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法来减少轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。
（2）在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片的小齿上开1～2个宽为2～3mm的小槽，如图3
－9所示，以减少齿部的涡流损耗和发热。
（3）铁芯端部的齿压板及其外侧的压圈或压板采用电阻系数低的非磁性钢，利用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。
（4）压圈外侧加装环形电屏蔽层，见图3－7（b）中的2，用导电率高的铜板或铝板制成。因铁芯端部采用阶梯形后，压圈处的漏磁会有所增多，利用电屏蔽层中的涡流能有效阻止漏磁进入压圈内圆部分，以防压圈局部出现高温和过热。
（5）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质压板（铁芯不但要有定位筋，还要用穿心螺杆锁紧），这种压板本身也起电屏蔽作用，分块后亦可减少自身的发热。有的还在分块压板靠铁芯侧再加电屏蔽层，见图3－7（c）。
（6）在压圈与压指（铁芯齿压板）之间加装磁屏蔽，用硅钢片冲成无齿的扇形片叠成，形成一个磁分路［见图3－7（c）］，能减少齿根和压圈上的漏磁集中现象。
（7）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用其反磁作用，减小转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响.
3 定子线圈及定子绕组装配
大容量发电机定子绕组和一般交流发电机定子绕组的共同点，都采用三相双层短距分布，目的是为了改善电流波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势。
定子绕组采用叠式绕组，每个线圈都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓单回式结构，即在端部线鼻处用对接或并头套焊接成一个整单匝式线圈。线圈按双层单叠的方式构成绕组的一个带。600MW发电机的定子绕组都采用单匝短距双层叠绕，相间接成双星形（YY）。
绕组每匝线圈的端部（伸出铁芯槽外部分）都向铁芯的外围侧倾斜，按渐开式展开端部绕组向外的倾斜角为15°～30°左右，形似花篮，故称蓝型绕组。
水内冷定子绕组线棒采用聚脂玻璃丝包绝缘实心扁铜线和空心裸铜线组合而成。一般由一根空心导线和2－4根实心绝缘扁线为一组，一根线棒由许多组分成2－4排构成。国产600MW发电机定子线棒空心、实心导线的组合比为1∶2。图3－10为一种典型的水内冷线棒在定子槽中的断面。
线棒中的空心导线通水又通电。为了减少空心导线内的附加损耗，内孔高度常选为2mm，壁厚为1.25mm～1.5mm，导线高度4.5mm～5.5mm，导线宽度常比高大1.25～1.5倍，约为7～12mm。国产600MW发电机线棒的空心、实心导线有两种规格：空心线为4.7×7.5／5.1×7.9mm，实心线为2.24×7.5／2.6×7.9mm。
岱海电厂600MW发电机定子线圈空实心铜线之比为1：2，均包有玻璃丝绝缘层。上层线棒的导电截面积要比下层的大；上层由4排、每排5组空心10组实心线组成，下层为4排4组空心8组实心线组成组，空心线为4.7×7.5 mm，壁厚为1.35mm，实心线为2.24×7.5mm。这种设计可明显地降低线棒附加损耗。为了抑制趋表效应，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生环流及附加损耗，槽内股线间进行了540度罗贝尔空换位。定子线棒端部为渐开线式，采用鼻端不等距的结构，缩小同相距离，扩大异相鼻端的放电距离；故上、下层线棒端部节距不同，共有7种规格。
线棒的空实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而钎焊在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线棒内水支路的接口。套在线棒上或汇流管上水接头的四氟乙烯绝缘引水管，都用引进型卡箍将水管一箍紧。上下层线棒的电联接由上下水盒盖夹紧多股实心铜线，用中频加热软钎焊而成，并逐只进行超声波焊透程度的检查，这样就形成上下层线棒水电的联接结构。采用中频加热钎焊接头水盒的工艺和卡箍箍紧水管的结构，进一步提高了定子绕组水路的气密性。水电接头的绝缘采用绝缘盒作外套，盒内塞满绝缘填料，并采用电位外移法逐一检验绝缘盒外的表面电压，使保证水电接头的绝缘强度。
定子绕组为60度“相带、三相、双层绕组，双支路并联、Y连接即双星形（YY）接线。定子线圈的空心导线内通过冷却水以冷却铜线，因此线圈温升很低，但定子线圈对地绝缘采用F级环氧云母带连续绝缘，确保使用寿命。在线圈的槽内直线段和出槽口、端部均进行了表面防电晕处理。
岱海电厂600MW发电机定子线圈在槽内固定于高强度玻璃布卷包模压槽楔下，在铁芯两端用割有倒齿的、行之确有实效的关门槽楔就地锁紧，防止运行中因振动而产生的轴向位移。楔下设有高强度弹性绝缘波纹板，在径向压紧线棒。在部分精楔上开有小孔，以便检修时可测量波纹报的压缩度（有随机测量工具）以控制槽楔松紧度。在槽底和上、下层线棒之间都垫以热固生适形材料，使相互间保持良好接触。又采用了涨管热压工艺，使线棒能在槽内紧固可靠地就位；为了线棒表面能良好接地，防止槽内电腐蚀，在侧面用半导体板紧塞线棒见图3-11。
定子绕组的端部全部采用美国西屋公司成熟可靠的刚一柔绑扎固定结构。它由充胶的层间支撑软管、可调节绑环、径向支撑环、绝缘楔块和绝缘螺杆等结构件以及绑带、适形材料等将伸出铁芯槽口的绕组端部固定在绝缘大锥环内。成为一个牢固的整体，绝缘大锥环的小直径端搁在铁芯端部出槽口下的覆盖着滑移层的绝缘环上，而绝缘大锥环的环体则固定在绝缘支架上，支架的下部又通过弹簧板固定在铁芯端部的分块压板上、形成沿轴向的弹性结构，使绕组在径向、切向具有良好的整体性和刚性，而沿轴向却具有自由伸缩的能力，从而有效地缓解了由于运行中温度变化而因铜铁膨胀量不同在绝缘中所产生的机械应力，故能充分地适应机组的调峰方式和非正常运行工况。水冷的定于绕组连接线也固定在大锥环和绝缘支架上。为了运行安全，绕组端部上的紧固零件全部
为高强度绝缘材料所制成。见图3-12
在绕组端部靠近铁芯出槽口的可调节绑环上，汽、励两端各设有一道气隙挡风环（板），用以限制进入气隙的风量。
日立公司600MW汽轮发电机定子绕组线棒截面及其在槽内的固定见图3-13。在每个槽上、下层线棒层间埋置一支电阻测温元件，每一根上层或下层线棒绝缘引水管的出口水接头上，也各埋有一支热偶测温元件，用来检测相应的部分的温度。
4 定子绕组绝缘
定子绕组绝缘包括：股间绝缘、排间绝缘、换位部位的加强绝缘、线棒的主绝缘。
主绝缘是指定子导体和铁芯间的绝缘，即对地绝缘。它最易受到磨损、碰伤、老化和电腐蚀及化学腐蚀。其结构上可分为两种：一种是烘卷式，一种是连续式。大容量发电机都采用连续式绝缘。
现在国内外大容量汽轮发电机定子绕组的绝缘材料，普遍采用以玻璃布为补强材料的53841WC牌号环氧树脂为粘合剂或浸渍剂的粉云母带，最高允许温度为130℃。其优点是耐潮性高、老化慢，电气、机械及热性能好，但耐磨和抗电腐蚀能力较差。
线棒的制作一般是将编织换位后的线棒垫好排间绝缘和换位绝缘，刷或浸B级粘合胶，再用云母粉、石英粉和B级胶配成的填料填平换位导线处和各股线间间隙，热压胶化成一整体，端部再成型股化。然后，用玻璃布为底的环氧树脂粉云母带胶带，沿同一方向包绕，每包一层表面需刷漆一次，直包绕到绝缘要求的层数，再热压成型，最后喷涂防油、防潮漆及分段涂刷各种不同电阻率的半导体防晕漆。涂了半导体漆后，可以防止处于槽口和铁芯通风槽线棒表面处的电场突变。
现今流行的大型电机绝缘是用多胶环氧粉云母带（含胶量为35.5％～36.5％），连续式液压或烘压成型。
新发展的绝缘的介电强度达25～31KV／mm，热态介质损耗为0.06～0.08，所以其厚度普遍较小，如20KV级为4.5～5.5mm、24KV级为5.5～6.5mrn等，耐热等级一般为B级或F级。我国研制的改型环氧绝缘的平均击穿电场强度也达30KV／mm，130℃时的tgδ为6.36％，并已用在600MW发电机上。
5 定子出线和出线盒
发电机定子出线导电杆是装配在出线瓷套管内的，组成了出线瓷套端子。结构设计使定子出线穿过装在出线盒上的绝缘瓷套管，将定于绕组出线端子引出机座外，”并保证不漏氢又不漏水。出线瓷套端子共有6个。其中3个主出线端子通过金具引出；另外三个斜装的为中性出线端子，由中性点母板及编织铜排连接起来形成中性点；出线瓷套端子和中性点母板均为水内冷。出线瓷套端子对机座和对水路都是气密的。以每个出线瓷套端子为中心，从出线盒向下吊装着4个同心的电流互感器提供给仪表测量或继电保护用。
出线盒外形像长筒形压力容器由不锈钢板拼焊而成，既“耐爆”又有足够的刚度，可安全地支撑着定子出线瓷套端子及套装在瓷套管外的电流互感器。每个出线盒亦要通过与机座相同等级的水压及气密试验的严格考核，具有良好的强度、刚度和气密性能。不锈钢板．为反磁性，故大大减少了主出线导电杆上大电流在其周围的钢板上所产生的涡流损耗。见图3-14. 在出线盒上与机座结合的大平面上开有T型密封槽，用以加压注入液态密封胶，杜绝氢从合面上的缝隙中渗漏出来的可能性。
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6 定子水路
6.1 总进出水汇流管
总进、出水汇流管分别装在励端和汽端的机座内，对地设有绝缘，运行时需接地。盯住
它们的进、出水口及排气管分别放在汇流管上方，这是为了防止绕组在断水情况下失水的措施。但它们的法兰设在机座的上侧面，便于和机座外部总进出水管相联接。排放水管口分别放在机座两端的下方，具有特殊设计的结构；它对机座是密封的但能适应温度变化而产生的变形，对机座和相连接的外部管道都是可靠地绝缘的。在外部
总进、出水管上装有测温及报警元件。在用水冷专用摇表测量定于绕组绝缘电阻时，要求总进、出水汇流管对地有一定的绝缘电阻，而在做绕组耐电压试验时又要求把它们接地；为了试验时方便，“在接线端子板上各设有接地接线柱，专为变更总进、出水汇流管及出线盒内出水小汇流管对地绝缘或接地之用。
6.2 定子绕组水路与水电接头
发电机内设有进水母管和出水母管。按每匝线圈进出水方式及其两半匝线棒的水流方向，定子绕组的水路连接可分两种形式：串联双流水路和并联单流水路。两种水路连接形式如图3－15所示。
600MW汽轮发电机都采后一种方案。并联单流水路即一个线圈二条水路，每半匝线棒为一条水路，故又称为半匝水路。由于这种水路的进水和出水母管分别布置在电机内的励磁侧和汽轮机侧，故又称这种水路为双边进出方式。这种方案水路短、水压降小、进水压力低（与方案1比较）。上层和下层线棒内的水流方向相同，进水侧线棒温升较出水侧低。这种方案适用于容量大和铁芯长的发电机。
岱电600MW发电机冷却水从励端或集电环端的总进水汇流管通过连接的聚四氟乙烯绝缘引水管流入定子线棒，再从线棒出水接头通过绝缘引水管流入总出水汇流管。每根上层或下层线棒各自形成一个独立的水支路，共有84个并联的线棒水支路。每一个独立的水支路单独进入总进、出水汇流管。与图3－15b所示水路不同之处是每一个独立的水支路进入汇流管前不并列。另有六路冷却水从励磁机端或集电环端的总进水汇流管进入，也通过绝缘引水管流经绕组引线，即线圈端部连接线，主引线及出线瓷套端子或中性点母线后，进入出线盒中的小汇流管，再从外部管道流入汽端总出水汇流管，然后一起引出到外部总出水管，流回定子水箱。
在水内冷的定子绕组中既通电又通水，它必须有一个可靠的水电接头，使定子绕组按电路接通，又让水方便地引入和排出。因此水电接头是水冷发电机中关键的部件。绕组鼻端上下层两线棒间的水电联结必须十分可靠，若发生渗水或漏水，则会严重影响电机安全可靠运行，甚至造成重大事故。
目前，国内外一些水冷定子绕组的水电接头不尽相同，主要可分为三种类型。
第一种类型如图3－16所示。一个绕组的上层、下层线棒端的鼻部，将两线棒的多股实心导线分别弯曲，用银焊焊在一起，构成两线棒实心导线电的通路。鼻端两线棒的空心导线抽出向同一方向弯曲，各自焊在一起后，放入各自的水接头盒内封焊，然后将两个水接头通过一段铜管连至三通接头，构成空心导线电的通路，三通接头再经绝缘引水管接至水母管。这类水电联结(水电合一水接头)的特点是，结构简单可靠、易于装配
和检修。我国目前水电接头以及美国西屋公司等有与此类似结构。
第二种类型如图3－17所示。绕组上层、下层线棒鼻端通过导电并头套把两线棒的空心与实心导线一起套住，套内线棒间用导电的斜楔楔紧，保持电的良好通路。每根线棒的端头伸出并头套外，伸进各自的水接头盒（导水并头套）进行封焊。两个线棒的水接头各自经绝缘引水管接至进或出水母管。这种水电联结的特点是：水、电完全分家，水接头完全不导电，
接头部位的股线不会发生不填实问题，运行中断股的可能性基本不存在。岱电一期600MW发电机与之类似 不同的是电接头部分 它的上、下线棒之间是靠L形紫铜块用螺丝在线棒端头压紧(5排12层截面为2.5×8mm已挂锡)实心扁铜线 中频加热锡料灌焊。
德国Siemens公司KWU厂生产类似的水、电接头（水接头与电接头分家），如图3－18所示。这种结构的水、电接头在KWU厂已有长期的生产和运行经验，其与图3－17的不同之处，是电接头部分，它的上、下线棒之间是靠间隔垫块的接触导电，由上、下压板、螺杆和弹簧可保证接触压力，对两个接触面不作特殊的加工要求，间隔垫块可以随线棒间隔的大小进行调整。这种结构在运行中需要解开上、下线棒时，十分简便，易于维修。
这类水接头亦可通过三通接头将上、下线棒的水接头连接后，再经绝缘引水管接至进或出水母管，此时水接头和三通接头都成了通电的部分，较易受电化腐蚀。
第三种类型如图3－19所示。水电并头套（水套）上除焊有与引水管连接的接头外，还焊有一组长短依次排列的导电片。每根线棒空心和实心导线分成两排，中间填放一块斜楔，并排放进水电并头套内，楔紧后焊封。焊在水电并头套上的导电片，经弯曲与另一根线棒端的并头套上的导电片逐一焊接成电的通路这种水电接头具有轴向长度短、焊接简单、嵌线后装配方便等优点。但水接头焊接工艺要求高，加热后用银或锡焊接，严防内孔堵塞。法国阿尔斯通600MW发电机与此相同。
7 岱电600MW发电机氢气漏入定子水路问题
由于氢压大于水压，在管道、绝缘引水管、水接头或空心铜线内如存在微细裂纹或毛细小孔，一般情况下定子水路不会漏水，但氢气会从小孔细纹处漏入定子水系统。漏入水系统的氢气积蓄在储水箱的顶部，通过安全阀设定在0．03 5兆帕压力下释放，排人大气。岱电600MW发电机在储水箱的排气管上装有一只氢气流量表。可以测定氢气漏量。安装表时，不能让凝结在排气管内的冷凝水流进氢气流量表。决不能忽视氢气漏入定于水路问题，每星期至少检查并记录一次氢气漏量。由于氢气对塑料管壁的渗透作用，预期经常性的漏氢量每天会有0.14立方米。如果经常性的漏氢量每天超过0．57立方米，则是一个明确的漏氢的信息，要安排在下次有合适的停机期间找漏并予以修复。
8 岱电600MW发电机的氢冷却器及其外罩
发电机的氢冷却器卧放在机座顶部的氢冷却器外罩内。在汽、励两端的氢冷却器外罩内各有一组氢冷却器，每组分成二个独立的水支路。当停运一个水支路时，冷却器能带80％的负荷运行。
氢冷却器外罩为钢板焊接的圆拱形结构，横向对称布置安装在发电机机座的两端顶部。这样既可减少发电机轴向长度，运输时另行包装，又可减少定子运输尺寸和重量。
外罩是用螺钉把合在机座上，并在结合面的密封槽内充胶密封，连接成为整体。外罩热风侧的进风口跨接在铁芯边端的热风出风区的机座顶部，其冷风侧的出风口座落于机座边端冷风进风区的上部，由机座边端第一隔板和与其结合在一起的内端盖和导风环构成设在转子上的风扇前后的低、高压冷风区。外罩的顶部处于发电机的最高位置，故在该处内部设置了充、排氢管道，在励端外罩顶部内还设有氢气纯度风扇的两根取样管，在汽端则有一根气体分析取样管，这些管道的进出口都设在发电机机座的底部。
冷却器在出厂前要承受1.4兆帕的水压试验，在现场的工作压力或验收试验压力不得大于0.8兆帕。为了防漏，采用耐腐蚀能力极好的B10镍铜管以防管材腐蚀，并对冷却管逐根进行涡流探伤，确保其材质。管板用防腐蚀的海军铜板制成。采用了胀管工艺，严格控制铜管与管板配合尺寸并精心胀管，确保质量。在冷却器结构上则充分考虑了热膨胀、排污、密封、安装、检修等问题。
冷却器的前水室端是用螺栓刚性地固定在（发电机机座顶部的）氢冷却器外罩右侧边框上，进出水管都连接在前水室前部的进出水管口上。在前水室顶邹设有四个排气孔，底部设有两个排水孔。在冷却器后端的后水室则用不锈钢垫片支撑在氢冷却器外罩左侧边框上，该垫片使冷却器能随温度变化而自由胀箱。后水室的外端用框形隔板及钢板顶盖密封，在这个空间设有一个放气阀。为了确保安全，在拆顶盖之前必须先打开放气阀，释放盖内压力。在拆卸了顶盖和后水室的盖板之后，才能检查冷却器内的翅片管。此外在冷却器后水室端面的外罩框口上侧，有一个通孔接有一个旁路阀通往后水宝顶盖内的空间，在正常运行时用以平衡不锈钢薄垫片两侧氢气压力。当发电机充氢升高压力时，应打开平衡阀，关闭排气阀使不锈钢垫片的两侧压力均等。在气密盖板上有一专用的注意事项标牌，在铭牌上刻有安全操作的说明。冷却器结构见图3-20。
为了防止冷却水直接漏入机内，在冷却器与机座之间采用迷宫式挡水隔皈，并在前、后水室二端的冷却器外罩底部设有ZG1/2〃螺孔，可接出浮子式液泣控制器（检漏报警仪）的排放管道供检测冷却器有无漏水情况。
三 转子
发电机转子由转轴、转子绕组、转子绕组的电气连接件、护环、中心环、风扇、联轴器和阻尼系统等部件构成，各部分的详细结构特点见以下说明。
1 转轴
1.1 转子本体（转轴）
大容量发电机的转子铁芯采用导磁性能好和机械强度高的优质含金钢锻件，如镍铬钼钒（NiCrMoV）、镍铬钒、铬镍钼等合金钢的单一锻成体，经校验合格后，加工制成。汽轮发电机转子直径最大已达1.25m ，其中心孔的切向应力已接近目前锻件允许应力的极限。我国引进考核型600MW汽轮发电机转子外径为1.0922m ，本体长5.893m 。国产优化型600MW汽轮机转子直径为1.13m，本体长6.25m，总长12.025m，重量为72T，转轴材料为26Cr2Ni4MoV合金钢锻件。岱电600MW发电机转子技术数据详见本章第二节。
转子上沿转轴轴向全长铣有安放转子绕组的槽。转子槽形有矩形槽、梯形槽、阶梯形槽，这三种槽形在大容量发电机上都有采用。有的转子为了削弱电机运行时气隙磁通和转子轭部磁通在近磁极中心部分的局部饱和，在靠近大齿两侧的两个槽铣成较宽较浅的槽，见图3－21槽中导线数也比其他槽的少。
若转子上装设阻尼绕组，大齿极面上铣有和转子槽距相等的浅形阻尼绕组槽，如装全阻尼，极面上浅槽长和转子本体长相等；如装半阻尼，浅槽只在转子本体两端沿轴向向中心铣几公分长。
二极转子表面铣出嵌线槽后，磁极轴线上的大齿部分刚度比极间开槽区内的大，当转子旋转时，受自重和惯性转矩影响，依转子位置的不同，转轴弯曲程度（挠度）也不相同。转子每转一周，弯曲程度的大小要变化两个周期，将产生双倍频振动。对大型的细长转子，为此常在大齿表面上沿轴铣出一定数量的圆弧形横向月牙槽，使大齿区域和小齿区域两个方向的刚度接近相等，降低转子双倍频振动，见图3－22。
国产优化型600MW发电机转子本体上共有32个线圈槽，大齿附近两个槽比其他线槽宽，但较浅，在转子本体每一磁极的大齿部分，各开有22个横向月牙槽以均衡转子d轴和q轴的刚度。从而降低倍频振动。
2 氢内冷转子
氢内冷转子是指氢气对转子绕组导体进行直接冷却的转子。按氢气流通方式，广泛应用的主要有：分段气隙取气斜流通风式（属自通式）和两侧高压强迫轴向通风式两种。
2.1气隙取气斜流通风式转子
这是一种最广泛应用于大容量电机的氢内冷转子，美GE、法A－A、瑞典ASEA、日东芝、日立、ASGIN、哈尔滨电机、上海汽轮发电机厂、东方电机厂等都有采用。岱电一期600MW发电机、北仑港电厂#1机和邹县电厂的600MW水氢氢冷汽轮发电机也采用这种通风方式转子。
分段气隙取气斜流通风式的转子，槽内导体用扁铜线，每根扁铜线上铣有两排相互错开而倾斜方向相反的长方形孔。沿槽高每根导线上孔的位置是按一定尺寸错开，在槽内形成两条具有一定倾斜角的V形风道，见图3－23（a）。冷却介质从转子槽楔上的进风斗进入，经槽楔下绝缘垫条上相应孔道，分两路方向不同的斜流流过导体，至槽底拐弯后，分别斜流至各自的出风斗。进风斗迎向转子旋转方向。当转子高速转动时，形成V形风道的通风动力。槽楔上的每个进风或出风斗都连通两个风道，形成“一风斗、二风道”结构，即“一斗两路”。
这种在导体内铣有两排通风孔的气隙取气斜流通风转子，其风路系统如图3－24所示。转子沿长度和定子铁芯一样也分成若干段，每段为一个风区，转子两端的两个风区为出风区，中间相互交替地排有进风区和出风区，和定子铁芯各进、出风区是对应的。
这种转子的端部冷却方式与槽内绕组不同。端部导线用两根槽形导线合成一根中空的矩形导线，和槽内导线用银焊连接成匝。端部各线匝上都有进出风口。
转子绕组端部的冷却，有的采用单路内部冷却，见图3－25（a）；也有采用双路内部冷却，一路冷却端部直线部分，一路冷却端部圆弧部分，见图3－25（b）。大容量电机转子绕组多采用双路内部冷却。
山东邹县电厂600MW水氢氢汽轮发电机的氢内冷转子（日立公司产品）见图3－26和岱电一期600MW发电机见图3－27采用的是双路内部冷却。
2.2 两端高压强迫轴向通风式转子（半轴向通风式）
这种通氢内冷转子也是一种大容量电机中较广泛采用的一种转子（美WH、美ABB、德国KWU、三菱、马列利等都采用），我国平圩电厂、石洞口二电厂的600MW水氢氢冷汽轮发电机的转子都采用这种通风冷却方式。
半轴向通风内冷转子，气流方向从两端进入转子励磁绕组内沿轴向流动，在转子中间部位径向排出。励磁绕组各线匝导体是由两根一侧铣有一条或两条凹槽的导体，相向合成一根空心的导线。下面介绍平圩电厂和石洞口二电厂的半轴向通风转子的通风结构。
平圩电厂600MW汽轮发电机转子（引进西屋技术）
转子风路分为端部和槽部，此外，转子的磁极引线及极间连接线也采用氢内冷。转子绕组槽部（直线部分）和端部（拐弯部分）的气流路径，如图3－28所示。氢气是从靠近转子本体端部导线侧面的进风口流入，然后分成两路，一路流向槽部，由槽部中央的出风口流出另一路流向端部，由端部线匝中间的出风口流出。
转子绕组直线部分的截面及风路如图3－29所示。图中每层导线尺寸不一样，但截面相等，每匝线圈的直线部分由两端进风，在中间部分径向经绝缘垫块和槽楔的孔排到气隙。
这种转子的端部结构及风路如图3－30所示。绕组端部由风区挡板和中心环下的绝缘挡块隔成四个风区：位于两个磁极中心处风区为绕组端部的出风区，而其他两个风区则为转子绕组端部和槽部导线的进风区。
冷氢自位于进风区的靠近转子本体的导线侧面进风孔分别进入绕组端部和槽部的各匝导线后，端部的冷却气体流至磁极中心处沿轴向出风口流出导线进入出风区，然后通过本体上靠近护环的通风槽排往气隙，再被高压风扇抽出。磁极引线的冷氢自励端导电螺钉处附近的进风孔进入磁极引线，然后在位于转子绕组端部出风区的出风孔排出，再经转子本体的通风槽进入气隙。
3 转子护环及阻尼措施
3.1 转子护环
护环对转子端部绕组起着固定、保护、防止变形、位移和偏心作用。护环承受转子绕组端部及本身的巨大离心力、弯曲应力及热套应力等，通常用非磁性高合金奥氏体钢制成，所用钢种大多属Mn－Cr系列（鉴于18Mn5Cr、18Mn4Cr这类Mn－Cr系列钢护环在实际运用中易于萌生应力，腐蚀裂纹并在潮湿环境中易于扩展，目前国际上一致推荐采用18Mn18Cr（18︰18）材料代替原护环材料）。前苏联用密度较轻的钛合金护环，已成功地用在800MW发电机上。
护环的嵌装有三种基本形式：
（1）护环只通过中心环嵌装，护环端头与转子本体脱离，叫分离式嵌装。
（2）护环同时嵌装在转子本体和中心环上，叫两端固定式嵌装。
（3）护环只嵌装在转子本体上，叫悬挂式嵌装。
分离式嵌装的护环边端与绕组之间有相对位移，只适用于小容量电机。两端固定式嵌装的护环，采用弹性中心环后，如图3－31（a）所示，可用于较大容量电机。大容量汽轮发电机常采用悬挂式嵌装的护环，见图3－31（b）。
进口和国产600MW汽轮发电机的转子护环都是悬挂式嵌装结构。图3－32所示为山东邹县电厂600MW汽轮发电机（日立造）端部图，从中可见其悬挂式嵌装的护环结构。
3.2 阻尼措施
为了提高汽轮发电机承受不对称负荷的能力，提高阻尼作用和有效地削弱负序电流对转子发热等不利影响，发电机转子上都采取了一定的阻尼措施（阻尼绕组）。
阻尼绕组有全阻尼和半阻尼之分。全阻尼绕组是指在转子各槽的槽楔下都压着一根全长铜制阻尼条，大齿上若干浅槽内也放有阻尼条，所有阻尼条在端部用铜导体连接在一起，构成形似鼠笼的短路环。半阻尼绕组是指只在转子两端装梳齿状的阻尼环，其梳齿伸进每个槽及大齿上阻尼槽的槽楔下，由槽楔压紧。护环有直接压在短路环上的，也有压在端面镀银的短路环上的，也有的利用电气上良好连接的槽楔结构或利用转子本体与护环套装处的镀银处理来达到一定的阻尼效果。在600～700MW以下的发电机上多采用局部阻尼（半阻尼）绕组，容量更大的发电机上则多采用全阻尼绕组。
WH公司600MW汽轮发电机转子，为了对感应的负序电流起阻尼作用，在槽楔下面装有阻尼条，阻尼电流通路是护环、铍青铜槽楔、阻尼铜条和槽的中间部位槽楔（黄铜材料制作），形成阻尼系统。
国产600MW汽轮发电机转子采用全阻尼绕组结构，槽楔下放置整根的阻尼铜条。每个大齿极面也设置4个全长槽来放阻尼铜条（这是与WH公司的不同之处〉，两端利用护环与本体的搭接面形成短路环，以满足发电机承担不平衡负荷的能力。
4 岱电600MW发电机转子转子护环及阻尼措施
岱电600MW发电机转子槽楔、护环、中心环、风扇环、联轴器、风扇叶片的强度和寿命均按起停机1万次要求设计，因此在寿命罪间具有足够的可靠性和调峰能力：
转子槽楔由铝合金制成，在径向开通风道，并在顶部按科研成果所优选的形状及尺寸加工成风斗形，具有气隙取气进、出风斗的作用，槽楔上的风斗结合楔下垫条中特殊风孔型式形成一斗二路，并具有两路流量均匀分配的通风方式。护环下端头槽楔则由铍钴锆铜合金制成。
转子线圈端部由具有良好的耐应力腐蚀能力的18 Mn18Cr整体锻制的高强度反磁合金钢护环来支撑，护环热套在转子本体端部的配合面上为悬挂式结构。中心环、风扇环、联轴器均为合金钢锻件，风扇叶片为铝合金锻件。单级螺浆式风扇对称布置在转子两端向定子铁芯背部及转子护环内部送风。
转子本体大齿上月牙槽边缘处的负序涡流发热的温度最高，而发电机负序能力的大小主要取决于这个部位的温升。故岱电600MW发电机参照了西屋900兆瓦发电机的阻尼系统，并为此专门与上海工业大学共同完成了上海市重点攻关项目“汽轮发电机转子负序温度场计算分析”。开发了三维计算软件，经过系统地进行三维线性稳态负序转子涡流场和三维瞬态负序转子温度场的分析计算，以解决月牙槽两端的过热问题，提出了大齿上开阻尼槽方案，并对其负序能力作了实测，证明其负序能力为I22t=10s和I2=10%。，验证了计算程序和论证60O兆瓦级发电机所采用的阻尼系统是能满足设计规范所提出的负序能力I22t=10s和I2=10%。，而新产品出厂前的工程试验结果则验证了这个大齿阻尼槽方案。
故岱电600MW发电机大齿上的阻尼：在发电机转子本体大齿部分每极开了三个阻尼槽。槽内放置高导电率、高强度的铍钴锆铜槽楔，可以分流较多的负序电流；但如各段槽楔间连接不好，电流势必从一根槽楔经过齿部流向另一根，导致在槽楔连结处的齿部电流集中而局部过热。因此还要在两根阻尼槽楔的连接处设置一个镀银的铍钴锆铜搭接块，并在搭接块底部的凹槽内放入两个弹簧以顶住槽楔，保证搭接块和两极增楔之间有良好的电连接。嵌线槽内的阻尼：发电机转子嵌线槽的槽楔材料为LY12高强度铝合金（除大齿旁的槽楔材料为铍钴锆铜外）。在每两根槽楔的连接处也设置镀银的搭接块，以保证槽楔之间有良好的电连接。
5 转子绕组
转子绕组由线圈、槽内绝缘及固定、端部绝缘及固定、引出线等组成。下面以岱海电厂600MW发电机为例，介绍大型国产发电机的转子绕组。
5.1 转子线圈
转子线圈由冷拉含银无氧铜线加工而成，因此既抗蠕变，又防氢脆。每一磁极有8组转子线圈，每匝线圈由上下两根铜线组成，其中＃l线圈6匝，＃2～＃8各为8匝。每圈导线由两个直线部分、四个弯角和端部圆弧所组成。直线部分有8种规格，端部有12种规格总共有20种规格。这些零件都是采用精密加工成形的舌畴接头用中频钎焊拼接而成形，在出厂前还要测转子绕组在不同转速下的交流阻抗以检查转子有无匝间短路，以保证质量。加工过程中用工具来控制通风孔加工，在嵌线过程中又用塞棒检查风道的深度，以防缺孔或堵孔。嵌线以后还要按国标规定的方法在套护环前和超速后各进行一次通风道检验，以检验转子通风道有无堵塞现象，防止运行中发生热不平衡事故。
5.2 转子线圈槽内绝缘及固定
转子绕组在槽内的对地绝缘为高强度F级复合箔热压成形槽衬厚为1.30mm，匝间绝缘为按国外引进技术生产的特殊F级绝缘带状玻璃布板，粘贴在每匝导线的底部。护环下的绝缘由绝缘漆浸渍的玻璃布卷成的绝缘玻璃布筒加工而成。在转子铜线与糟绝缘、护环绝缘和楔下垫条间均各压粘有聚四氟乙烯滑移层，使铜线在离心力高压下能自由热涨冷缩，避免永久性残余变形，以适应调峰运行工况的需要。
转子线圈槽内固定由槽楔、楔下垫条和槽底垫条构成。槽底垫条置放在槽衬底部，防止在径向压紧线圈时槽衬受机械损伤。楔下垫条置放在槽楔和转子线圈顶匝之间，使槽楔与线圈径向夹紧。
5.3 转子线圈端部绝缘及固定
转子线圈端部用高强度F级环氧玻璃布制成的横、顺轴垫块使线圈端部相互间绝缘并固定。为适应发电机调峰运行，护环下绝缘套筒（F级绝缘）与线圈端部铜排接触面粘有滑移层。同时，在绝缘端环上设置了轴向弹性结构，可使线圈端部能轴向伸缩。
5.4 转子引出线
转子绕组的电气连接件的设计充分考虑了减少循环应力以及密封可靠性的要求：
转子绕组的极间连接线由弯成两半圆的对扣凹型导线构成。两半圆之间的联结由高强度含银铜箔构成柔性联接，这种结构有利于转子两极的重量均衡，具有良好的变形能力从而减少应力。
转子磁极引线由开有凹槽的两半J型导线和Ω型的柔性连接线组成。引线的一端通过含银铜片组成Ω型柔性连接线与转子励端一号线圈底匝相连接，另一端与径向导电螺杆相连接。引线放置在线圈端部下的引线槽内，用槽楔和压板加以固定。引线采用柔性连接，使其具有良好的热变形能力和抗弯能力。
轴向导电杆，径向导电螺杆采用了高强度的锆铜合金等材料，使其能承受结构件离心力所产生的高应力。导电螺钉外表面热滚包环氧玻璃布绝缘，导电螺钉与转轴之间的密封采用人字型特制橡胶密封圈的压紧螺帽结构，密封效果良好，可经受1.4兆帕气密试验。轴向导电杆在励端轴端处形成L型由含银铜片钎焊接成的柔性连接板，与集电环L型引线构成电气联结。在导电杆中部分段处也采用柔性联接结构，以吸收由于温度变化引起的变形，保护密封，在其L型端面联结螺孔内设置不锈钢衬圈，以防止损伤基本金属。
端部线圈为轴向氢内冷，由二根冷拉成形的П形铜线上下对叠而成，中间形成冷却风道，迎风侧开有进风孔，为了降低端部统组的最高温度采用缩短风路的办法，将冷氢从迎风侧吸入风道后分成两路；其中一路沿轴间流问槽部的斜向出风道，再从槽楔经过甩风风斗排入边端出风区气隙：另一路沿端部横向弧形风道流问磁极中心；从极心圆弧段上侧面的出风孔排入端部的低压热风区，然后从大齿两端的月牙形通风槽甩入边端出风区的气隙。这种端部两路通风结构有效地降低了端部大号线圈的最高温度，使整个转子绕组温差较小而且温度较低。转子引出线结构详见图3－33。
第四节 水氢氢600MW汽轮发电机的通风系统
前面两节已分别介绍了汽轮发电机定子铁芯和转子绕组典型的通风（氢）冷却系统。在此基础上，介绍几种典型的600MW水氢氢冷汽轮发电机整体的通风冷却系统。
一 半轴向通风的冷却系统
定子铁芯和转子绕组都采用半轴向通风的冷却系统。此种通风系统如图3－34所示。冷却器5置于电机中部，经冷却器冷却后的冷氢，由汽端（即汽轮机侧的发电机端部）风扇4迫使其分成两路。其中一路直接进入汽端铁芯2和转子绕组轴向冷却风道，另一路经机壳上的风道送至励端（即发电机的励磁机侧）进入铁芯和转子绕组的另一半轴向冷却风道。汽励两端进入铁芯和转子绕组的氢气都从铁芯中段径向风道排出。排出的热氢再进入冷却器，这就完成了机内氢气的循环冷却功效。
这种发电机冷却结构在石洞口二电厂的进口机组美国ABB公司生产的600MW发
电机上采用，意大利ANSADO公司等厂家也采用。
二 定子铁芯轴向通风和转子绕组半轴向通风的冷却系统
平圩电厂600MW水氢氢冷汽轮发电机（引进美国WH公司技术）采用这种冷却系统。其通风冷却结构类似图3－35所示（平圩电厂发电机的两组立式氢气冷却器布置在发电机汽端两侧）。风路由转子护环6外汽端的五级轴流式高压头风扇5抽的热氢，首先进
入设置在汽端的冷却器4，冷却器出来的冷风分为两路：一路经铁芯背部流到励端水母管2 ，一部分进入定子铁芯3的全轴向通风道，在汽端排出，另一部分进入转子绕组1的端部和轴向风道，分别在转子本体端部排气槽和转子中部径向排至气隙；另一路冷风转弯经风路隔板和汽端端盖间的风路进入汽端转子绕组端部和轴向风道，分别在转子本体端排气槽和转子中部径向排至气隙。铁芯的轴向出风和转子的气隙出风（热氢）都被高压头风扇抽出再进入冷却器，完成氢气的机内循环冷却功效。为防止励端风路短路，在励端铁芯端部的气隙处设有气隙隔环。
三 定子铁芯径向通风和转子绕组气隙取气斜流通风的冷却系统
这种通风系统也称为定、转子耦合的径向多流式通风系统。
哈尔滨电机有限公司生产的600MW水氢氢冷汽轮发电机的通风系统如图3－36所示(内蒙古岱海电厂一期由上海汽轮发电机有限公司引进美国西乌技术生产的QFSN－600－2型水氢氢冷汽轮发电机与之相同)。定子铁芯径向通风冷却，转子绕组采用气隙取气双排斜流通风（一风斗二路）冷却方式。定子铁芯和转子绕组采用“五进六出”相对应的通风结构，即沿发电机轴向长度分为五个进风区和六个出风区，进出风区交替布置。机座内设有四个冷却器，分别布置在励端和汽端两侧。经冷却器冷却后出来的冷氢，由汽端和励端的风扇送到各个进风区，冷却定子铁芯和转子绕组后都经铁芯的径向风道排向出风区，再进入冷却器，完成机内氢气循环冷却功效。
采用这种通风冷却方式的发电机，为了防止风路的短路，常在定转子之间气隙中冷热风区间的定子铁芯上（或定、转子上）加装气隙隔环，以避免由转子抛出的热风吸入转子再循环。图3－37为一种具有气隙隔环的转子斜流内冷通风结构。
四 岱海电厂通风冷却系统
内蒙古岱海电厂(上海汽轮发电机有限公司引进美国西乌技术生产的)QFSN－600－2型水氢氢冷汽轮发电机，定、转子沿轴向有11个风区，为带有气隙隔环的“五进六出”的定、转子径向耦合的多路（流）通风系统见图3－38。转子本体采用了气隙取气斜流通风方式。线圈在槽内的直线部分沿轴向分成十一个进、出风区相间的区段，在宽度方向各为二排反方向斜流的径向风孔，是用铣刀加工而成的。在转子线圈的槽楔上加工形成风斗，风斗有两种形式：放在进风区的为吸风风斗，在出风区的为甩风风斗。来自定于铁芯径向风道的氢气，被转子进风区的吸风风斗从气隙吸入转子线圈中两条反问的斜流风道（称为一斗两路），再从线圈底部进入左右两侧反向的斜流风道，进入出风区，热风则从左右两条对称的斜流风路出来，相遇于一个甩风风斗后被甩出槽楔，排入气隙的转子出风区，再进入定于铁芯的径向风道；这样就形成了与定子相对应的进、出风区相间的气隙取气斜流通风系统。国内实践证明气隙取气通风的转子绕组在槽内的温度分布较均匀，平均温度与最高温度都较低。特别适用于大容量、长转子的发电机通风系统。东方电机厂生产的（采用GE技术）和北仑港电厂的（日东芝产－GE技术）600MW汽轮发电机，则是采用带有气隙隔环的“六进七出”的多路通风结构，定、转子沿轴向共有13个风区。
第五节 发电机的密封油系统
汽轮发电机转轴和端盖之间的密封装置叫轴封，它的作用是防止外界气体进入电机内部或阻止氢气从机内漏出，以保证电机内部气体的纯度和压力不变。氢冷发电机都采用油封，为此需要一套供油系统称为密封油系统。
采用油进行密封的原理是，在高速旋转的轴与静止的密封瓦之间注入一连续的油流，形成一层油膜来封住气体，使机内的氢气不外泄，外面的空气不能侵入机内。为此，油压必须高于氢压，才能维持连续的油膜，一般只要使密封油压比机内氢压高出0.015MPa就可以封住氢气。从运行安全上考虑，一般要求油压比氢压高0.03～0.08MPa。为了防止轴电流破坏油膜、烧伤密封瓦和减少定子漏磁通在轴封装置内产生附加损耗，轴封装置与端盖和外部油管法兰盘接触处都需加绝缘垫片。目前应用的油密封结构足以使机内氢压达0.4～0.6MPa。
油密封从结构上可分为盘式（径向轴封）和环式（轴向轴封）两种。600MW机组都采用环式油密封。
环式油密封主要有三种：单流环式、双流环式和三流环式。每一种又有不同的具体结构。下面结合进口和国产600MW汽轮发电机上的油密封装置进行介绍。
一 单流环式油密封
北仑港电厂和邹县电厂的600MW发电机（分别为日本东芝公司和日立公司产）采用单流环式密封，其密封装置如图3－39所示。轴封系统为环型，每个轴封装置的密封瓦1含有各为四段（扇形）的两个环。环的内径比转轴的直径大百分之几毫米。每段由自紧弹簧2径向固定。自紧弹簧的作用是轴向把两排环分开。环的四段可径向扩大，但顶部有制动件防止环转动。压力油进入两环之间后分为两路，一路流向机外空气侧，另一路流向氢气侧。电机转轴和密封瓦间的间隙中产生油膜，防止机内氢气沿该轴外泄，并防止机外空气沿该轴进入机内影响氢气纯度。
北仑港电厂#1机的密封油系统如图3－40所示。密封油从真空油箱6经两台100％互为备用的主密封油泵7，经冷油器8进入自动压差调节阀9，使油压高于氢压0.05MPa，然后通过滤网10分别向发电机两侧的密封瓦2进油。密封瓦排油则有两路：氢侧排油和空气侧排油。
氢侧排油与氢气接触，吸收氢气达到饱和，进入密封回油扩大箱（又称氢气分离箱或油气分离箱）3进行油氢分离，析出的氢气可沿扩大箱的进油管回到发电机内，仍含氢的油再通过浮子阀4流入回油母管。密封瓦2空气侧回油与部分轴承润滑油混合后，进入空气析出箱5，被析出的空气通过排气管排到外面，油流入回油母管。
从浮子阀和空气析出箱汇入回油母管后进入真空油箱6喷雾脱气。真空油箱由一台真空泵13将析出的氢气和空气排至大气。
氢侧回油扩大箱3中间隔开分成两个间隔，通过底下的一段U形管将两间隔再连通，其目的是：当发电机两端的轴流风机之间产生压差时，防止油气通过扩大箱和发电机两端之间在电机内循环。扩大箱油经浮子阀输出的主要作用是，保证当油经扩大箱输出时不允许氢
气通过空气析出箱进入轴承油排泄口，特别是在扩大箱内油位过低时（邹县电厂的浮子阀油箱压力为5kPa工作时，油位正常并使浮子阀完全打开，但当箱内的氢气压力升高并导致油位下降时，浮子阀降低并关闭阀门）。
这个密封油系统共有四台油泵：两台互为备用的主密封油泵7、一台直流应急（事故）油泵11和一台为真空油箱析出油中气体（空气和氢气）用的再循环油泵12 。
这个密封油系统 正常运行下油的流向可表示为:
当交流电源失电时，真空泵13停机，应急油泵11启动。由轴承油总管14和密封回油通过应急油泵供给密封油，此时应通过氢侧回油扩大箱及浮子阀油箱上部的排气管排析出的氢气。
单流环式密封与其他环式密封相比，单流环式密封的氢侧回油量较大，溶于油中被带走的氢气也较多，因此必须设置真空净油装置才能保证供给极少含气的密封油，以免影响密封油膜的连续性。日立公司的单流环式密封系统中，其真空油箱内总是保持1.33kpa的绝对压力。
二 双流环式油密封
平圩电厂和国产600MW汽轮发电机都采用双流环式油密封系统。平圩电厂的是单环、双流环式密封瓦（西屋技术），而国产机上用的是西屋公司的改进型即双环、双流环式密封瓦（双环式对轴挠度影响较单环式密封瓦小）。平圩电厂发电机的密封装置即密封瓦的结构如图3－41所示，密封油系统如图3－42所示。
密封瓦为单环双流环式结构，有两股压力油分别进入瓦中的两道环形油腔5、6 ，一路经瓦与轴颈间的间隙轴向流至空侧，另一路由另一腔室经瓦与轴颈间的间隙轴向流至氢侧。如果两股压力油相等，则两个环形油腔之间的间隙无油流，两股油各自成回路。此外，还有一股压力油进至空侧密封瓦侧面，对密封瓦产生轴向推力以平衡氢侧密封瓦的轴向推力。
这种密封油系统的特点是：
（1）有两个独立的油路系统，即氢侧与空侧的油系统彼此相对独立。氢侧油由氢侧密封油泵3经冷油器4、滤网5、压力平衡阀6、密封瓦氢侧油道流入氢侧回油箱7，再至氢侧密封油泵3。而空侧油路，则由空侧密封油泵10（两台）、冷油器12、滤网13、压差调节阀15、密封瓦氢侧油道，在空侧与轴承润滑油1混合后流入空侧回油箱14经油气分离后，再至空侧密封油泵10。
（2）为保证密封油压大于机内氢压以封住氢气，其差值应大于0.084MPa，由压差调节阀5或16来完成。它是一个装设在空侧密封油泵10出口处的旁路阀，利用压差控制调节旁路流量可改变油泵出口油压，以达到所要求的压差值。
（3）为了保持氢侧与空侧密封油压相等，在氢侧密封油进口处装有压力平衡阀6，用于调节氢侧油压跟踪空侧油压，其调整精度可达±0.5kPa。
（4）氢侧只设一台油泵，当氢侧油泵故障时，能自成为单流环式运行，仍能封住氢气。但空侧密封油必须保证供给，且油压必须高于氢压。本系统有三个备用油源：第一备用油源来自汽轮机同轴主油泵出口7经减压后提供的油路，当油对氢的压差小于0.056MPa时起动，通过备用压差调节阀16进入空侧密封油系统。第二备用油源来自汽轮机主油箱上交流备用密封油泵18，定值与第一备用油源相同，当汽轮机起动前后转速未达到其轴上的主油泵出油以前使用。第三备用油源为直流电机拖动的空侧备用直流密封油泵11，当油对氢的压差降到0.035MPa时起动，本油源是在全厂停电时使用。
三 三流环式油密封
石洞口二电厂600MW汽轮发电机的密封瓦为美国ABB公司的三流环式结构。密封瓦中有三道环形油腔，其结构及其油系统原理如图3－43所示。密封瓦的供油分氢侧进油（含氢气）、空侧进油（含空气），在两侧油流中间又加进一股经排气处理的、不含气的压力油（degassed oil）。氢侧与空侧的密封油压力相等，而中间的进油压力略高于空侧和氢侧油压，
其主要目的是迫使密封环（瓦）在大轴上“浮起”，并使中间进油在密封间隙中向两侧流动，隔开了两侧不同含气油在密封处的油流交换，也阻止了含气油中的空气进入机内，从而保证了机内氢气的高纯度（一般高于98％），同时还消除了双流环式结构中两侧油压相等时中间出现的死油区。瑞士BBC公司的一台1330MVA、氢压0.42～0.5MPa发电机密封也用此类似结构（中间进油是经过真空排气处理的油）。
四 岱海电厂600MW发电机端盖、轴承、油密封
1 端盖轴承
岱电发电机采用引进技术的端盖轴承先进设计，即轴承与密封支座都装在端盖上。这样可以缩短转轴长度并具有良好的支承刚度，由于轴承中心线距机座端面较近，使端盖在支承重量和承受机内氢压时变形最小，以保证可靠的气密性。
端盖与机座、出线盒和氢冷却器外罩一起组成“耐爆”压力容器。端盖为厚钢板拼焊而成，为气密性焊缝，焊后就要进行焊缝的气密试验和退火处理；并要承受水压试验的考验。对每台端盖及其各种管道和消泡箱都要做气密试验以确保发电机整机的气密性能指标。上、下半端盖的合缝面的密封及端盖与机座把合面的密封均采用密封槽填充密封胶的结构。为提高端盖合缝面连接刚度，端盖合缝面采用双排连接螺钉。
发电机的轴承为分块式可倾瓦轴承，其上半部为圆柱瓦，下半部轴瓦则为二块纯铜瓦基体的可倾瓦，其抗油膜扰动能力强，具有良好的运行稳定性。分块瓦下有瓦托（倾斜式轴瓦托块），瓦块与瓦托的支承点在45º的中心线上作为轴瓦的摆动支点。轴瓦与其定位销均与下半轴承座绝缘；上半轴瓦与端盖之间亦加设轴承绝缘顶块。在冷态时上半轴瓦与绝缘顶块间留有0.125～0.38毫米间隙，为轴瓦热态膨胀留有余地。下瓦的两块可倾瓦均设有供启动用的对地绝缘的高压进油管及顶轴油楔，以降低盘车启动功率和防止在低速盘车启动时在轴颈处造成条状痕迹。发电机的轴承见图3－44。
为防止轴电流，除轴瓦对端盖绝缘外，密封支座和端盖之间，端盖与轴承外挡油盖之间都设有绝缘；外挡油盖上的油封环用超高分子聚乙烯制成，可避免在轴上磨出沟槽，同时亦具有绝缘性能。本型发电机的励端端盖轴承、油密封及外挡油盖均为双重绝缘，即上半轴瓦顶部绝缘轴承顶块及下半轴承座的绝缘轴承座块和轴承外挡油盖均为双层式绝缘结构，并在密封支座与端盖之间增设
一个对地绝缘的中间环，这样就加强了励端转轴对机座端盖的绝缘，又便于在运行过程中对转轴和轴承与油密封的绝缘电阻进行监测，有利于防止轴电流损伤转轴、轴承和密封瓦等。
在各轴承的外挡油盖上均设有可测轴振的传感器。在轴瓦上离钨金表面3毫米处埋有E分度镍铬一康钢热电偶，可测钨金温度。
在下半端盖轴承腔之下设有一个消泡箱。氢侧密封回油从密封支座的迷宫式挡油腔中向下先流入消泡箱；在此箱内油与泡沫分离后流回氢侧回油箱，而泡沫中的氢则向上流回机内。
消泡箱内的油位必须适当控制，既不能让氢气进入氢侧回油箱，亦不能让油位过高、倒灌溢入机内。箱内回油管伸出箱底的高度保证了箱内最低油位，而最高油位则依靠一个浮子继电器来控制，它将在油位过高时发出警报，以便运行人员及时处理。
2 油密封装配及密封供油装置
本发电机采用西屋引进技术双环双流环式油密封系统的先进设计。油密封及轴承端盖装配见图3-45，其作用是通过轴颈与环式密封瓦氢气侧与空气侧之间的油流阻止了氢气外逸。双流即密封瓦的氢气侧与空气侧各有独立的油路。当两路密封油经过密封支座上各自的油道、进入双流密封瓦中各自的油槽时，平衡阀控制着氢侧进油系统使氢侧油压与空侧油压维持均衡，于是两路密封油就互不相让；各自从轴颈表面分别流向氢侧与空侧，充分发挥了密封氢气的作用。平衡阀的精密度严格控制了两路密封油的互相串流，从而大大减少了氢气的流失和空气对机内氢气的污染，使氢气的消耗量少于单流环式；又因省掉了真空泵系统，简化了维护工作。环式密封瓦采用青铜合金瓦体以利于消除端部漏磁的影响。双环是将密封瓦一分为二，每个瓦的厚度减少了很多，瓦环与轴颈径向间隙为0.28～0.33毫米。在轴颈上可以更加随意浮动，从而减少了对轴径的扰动。另一方面由于油压大于氢压，使氢侧的瓦环更贴近支座油槽的内壁，从而进一步减少氢侧的回油量，故可适当放大瓦在支座内的轴向间隙。双环的正常轴向间隙为0.31～0.38毫米，而单环只有0.19～0.23毫米，因此减少了碰磨轴颈的机会，有助于安全运行。为了防止其随轴转动；在瓦的外径上装有止转方键，定位于密封支座内。由于密封瓦的装配间隙很小，不能让它成为‘碰磨’源，引起振动的飘移.在密封瓦的空侧进油系统中差压阀跟踪机内氢压，从而控制着空侧油压，保证油压大于氢压，严格地维持着0.084兆帕的油氢压差。如前所述，在氢侧进油系统中是由平衡阀跟踪空侧油压，控制着氢侧油压，使两者保持平衡。从密封瓦流出的氢气侧回油汇集在密封支座下方，位于下半端盖外侧的消泡箱内。流入消泡箱内的油中释放出来的氢气泡沫被隔离在箱内、而氢气则回到机内，氢侧油则流回密封油供油装置上的氢气侧回油箱，通过氢侧油泵及冷油器或加热器和过滤器再进入氢气侧油路中循环。而从轴上流出的空气侧回油则流入轴承座与轴承回油一起流回主油箱、在途中先流经空气侧回油箱，油中带有的微量氢气在此被U型油封管堵住，而被抽
油烟风机排出回油箱，使回到主油箱的轴承油不含氢气，保证了主油箱的运行安全。空侧油泵则将一部分回油从空侧回油箱抽出，通过冷油器或加热器及过滤器送回密封瓦。密封油系统为空侧油泵设有三个备用油源，用来保证
密封油的供应，确保运行安全。见图3－46和图3-47
图3-47 发电机密封油系统原理示意图
密封瓦跨着轴颈，座落在密封支座的瓦槽中，而支座是安装在端盖上的，但与端盖既是绝缘的又是密封的；在励端密封支座与端盖之间加装了一个绝缘的中间环，使之成为双重绝缘，能在运行中连续监测它的对地绝缘电阻。见图3－48、图3－49
第六节 发电机的氢气系统
一 氢气系统的主要特性
大容量水氢氢冷汽轮发电机，为冷却定子铁芯和转子绕组，要求建立一套专门的供气系统。这种系统应能保证给发电机充氢和补漏氢，自动地监视和保持电机内氢气的额定压力、规定的纯度以及冷却器冷端的氢温。
各种不同型号的汽轮发电机，供气系统基本上相同，其主要特性如下。
（1）氢气由中央制氢站或储氢罐提供。
（2）输氢管道上设置有自动氢压调节阀保持机内为额定氢压。当机内氢气溶于密封回油被带走而使氢压下降或机内氢气纯度下降需要进行排污换气时，可通过调节阀自动补氢。
（3）设置一只氢气干燥器，以除去机内氢气中的水分，保持机内氢气干燥和纯度。
（4）设置一套气体纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度。有的系统中可能专设一套换气分析仪和换气纯度计，专门用于监视换气的完成情况。
（5）在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳（或氮气）作为中间介质，用间接方法完成，以防止机内形成空气与氢气混合的易爆炸气体。
图3－50为邹县电厂600MW水氢氢冷汽轮发电机（日立公司产品）的供气系统简图。氢气系统的设计参数为：
机内氢压（调节阀出口压力）为414kpa（表压）；
机内氢气纯度为98％；
机内冷端温度为46℃；
发电机壳容积为117m3；
漏氢量（19m3／d，预期13 m3／d）。
如图3－50所示，从中央氢气罐来的氢气经减压至650KPa，通过压力调节阀使压力保持在414kPa后进入发电机。氢气干燥器4接在发电机的通风回路中，一侧与机内高压风区相连接，另一侧与机内低压风区相连接，利用风扇压差连续不断地将小流量氢通过干燥器干躁。干燥剂采用硅胶，受潮后呈粉红色，加热去潮后又恢复呈蓝色。干燥器有体内再生功能，干燥剂吸潮失效后，可通过干燥器内的电热元件对其进行加温排湿。再生时先进行阀门切换，关闭H2的进出通道，开启至真空泵（在油密封系统中）阀门排除湿气，投入加热器，电热元件自动控制强度在130～150℃范围之内。借风扇两侧压力差使机内全部气体在一天内能通过干燥器3～4次为宜。
氢气纯度分析仪5是利用每一种气体有其独自的导热性（在单位时间内通过单位空间的热量）来测量气体纯度的。当一种气体与另一种气体混合时，混合气体的导热性与气体混合比成正比变化。再按热电变化原理可测量气体的纯度。它由一个检测器（分析仪）和一个指示仪表组成，用以指示氢气的纯度（仪表指示的是氢气占的百分数，指示范围为85％～100％），并在氢气纯度低至90％时发出报警。分析仪入口经滤网接至发电机内高压风区，其出口经用于分析仪的流量计接至发电机内低压风区，靠出入口间压差使气体连续通过检测分析仪，并迅速显示氢气纯度的变化。
进入和排出发电机的氢气管道（H2母管2）装在发电机上部。进入和排出二氧化碳的管道（CO2母管3）装在机壳内下部。为了防止氢气和空气混合成易爆炸的气体，置换过程中采用二氧化碳作为中间过渡气体。本系统在排气通道上专设换气分析仪13及换气纯度计14。纯度计为双读数指示，分别指示CO2中的空气纯度和CO2中的H2纯度，指示范围为0％～100％，用以监视置换的完成情况。
充氢时，先将二氧化碳从机壳下部管道（CO2母管3）送入机内，迫使空气从机壳上部H2母管2经排气控制阀12及换气分析仪13排向厂外大气，用换气分析仪监视二氧化碳的含量，当二氧化碳含量超过85％以上时，可认为置换空气结束。然后，再通过机内上部H2母管向机内充氢，使二氧化碳从机内下部（CO2母管）经排气控制阀及换气分析仪排向大气，监视H2的含量，当H2的含量达到90％时便可停止充氢，开机达到额定转速时，换气分析仪上指示氢的含量将会升至96.5％，运行后可自动维持到98％以上。
驱氢时，先将氢气压力降到0.01～0.04MPa，再向机内充二氧化碳，待二氧化碳含量达95％以上时停止。所有与发电机连接的氢气管道阀门都应关闭，以防氢气漏入机内。然后再用干燥的空气从电机一端吹入，从另一端吹出，两小时后方可打开端盖。
平圩电厂、北仑港电厂广机、石洞口M电厂是华东地区较早装设600MW水氢氢冷汽轮电机的电厂。三个电厂的氢气系统以及前面所述邹县电厂的氢气系统都基本自。图3－51为平圩电厂的氢气系统图，可与前图3－50对比，两图中的主要差别是平圩电厂系统中多一个电机工况监视仪13并示出了检漏水管路及液位继电器17。
这几个电厂的氢气系统的在线监测仪表，除了常规的压力表、温度表、流量表外，尚有下列特殊仪表，并各电厂有所不同：1.置换气体过程的监视仪表；2.氢气纯度表；3.露点仪——测氢气温度；4.氢气干燥器；5.补氢装置。
二 QK－600－2YH氢气控制系统
QK－600－2YH型氢气控制系统是为QFSN－600－2YH型汽轮发电机配套而设计制造的。该型控制系统可为发电机提供持续恒定压力的氢气并对发电机进行监控和保护。
QFSN－600－2YH型汽轮发电机是采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水冷却，转子绕组、转子铁芯为氢气冷却。发电机所需的氢气和气体置换所用的二氧化碳均由氢气控制系统集中操作控制，并自动维持氢压恒定。发电机所需的氢气压力、氢气纯度、氢气湿度均由氢气控制系统来保证或监视。
1 氢气控制系统说明
氢气控制系统的作用：安设计压力值，自动维持发电机内氢气压力。提供二氧化碳或氮气作为中间介质进行氢气置换。始终测量并显示发电机内气体压力、湿度、密度和纯度。干燥气体，除去从发电机密封油吸收的水分。给定子冷却水系统水箱提供恒定的氢压，减缓定子冷却水水质下降。
2 氢气控制系统的组成
本系统由下列部件组成：氢气减压器、氢气过滤器、氢气干燥器、氢气分析器、密封阀、氢气控制柜等。
3 氢气控制系统的控制方式和设计参数
本系统提供的氢气来自制氢站。氢气首先经过滤器过滤后再通过氢气减压阀最后进入发电机。氢气母管上装有压力表，以监视氢气压力。
设计参数：额定氢气压力：0.4MPa（表压）；氢气纯度：≥97%正常，≤90%报警； 氢气湿度：≤15克／米3，（额定氢压）。
4 发电机气体置换采用中间介质置换法
充氢气前用中间介质（二氧化碳或氮气）排除发电机及系统管路内的空气。当中间气体的含量超过95%（CO2，或N2的容积比）时，才可充入氢气，排除中间气体，最后置换到氢气状态。这一过程所需的中间气体约为发电机和管道容积的2～2.5倍，所需氢气约为2.5～3倍。发电机由充氢状态置换到空气状态时，其过程与上述类似。即先向发电机引入中间气体排除氢气，使中间气体含量超过95%CO2或97%N2后，方可引进空气，排除中间气体。当中间气体含量低于15%以后，可停止排气，此过程所需的中间气体为发电机和管道容积的1.5～2倍。
三 主要设备性能和调试
1 冷凝式氢气自动干燥器
冷凝式氢气自动干燥器是一种取代老吸附式干燥器的新产品。其特点是：除水效率高。不需要更换或处理吸附的分子筛、硅胶等。
冷凝式氢气自动干燥器是通过制冷方式除去氢气中所含水分，即氢气在装有蒸发器的容器内流动，氢气中的水分遇到－30℃蒸发器时，就凝结在蒸发器表面，然后再经过热循环冲霜排出溶解水，达到除去氢气中水分的目的。
冷凝式氢气自动干燥器是由压缩机、蒸发器、冷凝器、热交换器、膨胀阀等部件组成。安装前要进行紧固和密封检查，做1.2Mpa压力试验，保持24小时，不许泄漏。安装地点要选在没有严重振动的地方，并且后部离墙距离要大于0.4米。
操作时，应先将自动、手动转换开关打到自动档，然后按下起动按钮，即进入装置除湿工作状态。
2 氢气减压器
在制氢站装有YQQC－140型氢气减压器，保持机内氢气压力恒定，氢气减压器装于供氢管道上，相当于减压阀，使用时将氢器减压器出口压力整定在0.4MPa。
3 氢气过滤器
氢气过滤器的主要作用是滤除氢气中的杂质。由于过滤元件是多空粉沫冶金材料，强度低，在正常使用情况下，过滤元件两端压差值一般不超过0.2MPa，否则可能损坏过元件。
4 纯度分析器
在发电机里，氢气的纯度由纯度风机，氢气纯度差压变送器，氢气压力变送器测量组件测定。
用一个负荷非常小，以至运转速度几乎不变的同步发电机驱动纯度风机，使从发电机里抽出的气体循环流动。因此，纯度风机产生的压力直接反映出取样气体的密度。氢气纯度差压变送器测出纯度风机产生的压力。气体密度取决于环境压力、温度和纯度。
氢气纯度分析器综合纯度风机差压信号和机内气体压力信号，给出可反映机内氢气纯度准确读数的经过补偿的密度信号。
纯度指示器刻度分成三段。刻度中心附近一点标着“100%空气”。这一点用来校准没有从发电机排出气体时的指示器的指示。刻度盘右端范围内的刻度显示出二氧化碳和空气的混合气体中二氧化碳所占的百分比。在二氧化碳充入发电机置换气体期间可看这部分刻度。刻度盘左端范围内的刻度指示出氢气和空气的混合气体中氢气所占的百分比。在正常运行期间判断发电机里氢气的纯度可看这部分刻度。
氢气纯度分析器设有两个组件开关，当纯度下降或超过规定的极限时，开关动作，发出“氢气纯度高或低”的报警信号。
氢气纯度分析器将氢气纯度风机差压信号传送到发电机氢控柜上的指示器，这是一个无补偿的密度值――机内氢气密度的直接读数。
发电机风扇差压变送器直接连接到发电机机壳，并通过安装在发电机转子风扇变送出变化的压力，由纯度分析器输出发电机风扇差压信号到氢控柜里的指示器。
氢气压力变送器直接连到发电机机壳，并变送出发电机里的压力。氢气纯度分析器不仅把经变送的压力信号用在纯度检测中的密度补偿，而且还将氢气柜里的氢气压力高或低的报警开关及氢气压力指示提供电气信号。
纯度计风扇附带三相交流电机一台、功率125W，进出风差压变送器整定0～76cm水柱、压差4～20mA直流输出。
5 油水探测器
油水探测器是指装在发电机机壳、主出线盒、冷却器罩下面的浮子控制开关。它可指示出发电机内可能存在的冷却器漏出或凝成的油水。在机壳底部，每端机壳环上设有开口，将收集起的油水排到油水检测器。每一个检测器装有一根回气管通到机壳，使来自发电机机壳排水管不能通有空气。回气管和排水管都装有截止阀。另外，为了能排除积聚的油水，油水检测器底部还装有排放阀。
6 氢气控制柜
包括装有32个点的信号报警装置、风扇压力指示器、氢气纯度指示器、离子交换器、水导电率指示器、发电机水导电率指示器、报警组件、信号转换器、模拟除法器、直流稳压电源等。各元件的型号和规格为：
1）直流稳压电源24V／220V。
2）模拟除法器ADB－1，电源单相交流115V，输出1～5V，直流4～20mA输入。
3）信号转换器SCT－1，电源单相交流115V，输出4～20mA。
4）纯度报警组件DCA－1，电源单相交流115V 4～20ｍＡ，50欧姆。
5）压力报警组件DCA－2，电源单相交流115V，额定功率5W。
6）毫安指示表（氢压、氢气纯度、气体密度、风扇压差）：0～20mA。
7）氢气柜外型尺寸：2280×1000×610（MM）
四 安装
1 安装说明
为了使氢气控制系统气密度良好，正确地装好所有的密封垫接口和其它联接部件是重要的。发电机和氢气系统各部件之间气体管道要固定在适当地支座或座架上以防止振动。所有的管道都在其最低点位置装有排气口。
2 氢控系统的气密试验
氢控系统安装完毕后，在进行调试之前，要对氢气系统做气密试验。气密试验期间，密封油系统必须投入正常，气密试验用的气体应保证干燥且无杂质。
3 漏点检测
如果泄露量超过规定的限值，应用肥皂液、BX－渗透剂溶液（粗检）或卤素检测仪（精检）进行系统检查。
五 氢控系统的运行
1 发电机内气体的置换
气体置换应在发电机静止或盘车时进行。同时应保持轴密封瓦处的密封压力。如出现紧急情况，可在发电机加速或减速时进行气体置换，但不允许发电机充CO2气体时在额定转速下运行。
2 排除发电机内的空气
气体在爆炸范围的上限时，混合气体中氢占70%，空气占30%，而空气中的氧占21%，所以在爆炸上限的混合气体中，氧的含量为：6.3%。因此在充氢前，必须用惰性气体排除空气，使气体中的含氧量小于6.3%。因此要求进行气体置换，保证发电机内不存在爆炸性的混合气体。经过计算，将1.5～2倍的CO2气体充入发电机内期间，由于CO2气体较空气重，顶部CO2纯度较差，所以应从发电机汇流管采样。要求CO2纯度应为95%以上。
3 发电机充氢
氢冷发电机在正常运行时，氢气纯度应在95%以上。在发电机正常运行时，把3.5倍发电机容积的氢气充入发电机，则发电机内的氢气纯度将达到95%。但在发电机静止或盘车情况下，从发电机顶部汇流管充氢。只需加入2.5倍发电机容积的氢气，发电机内就能达到95%的氢气纯度。
4 发电机运行时补氢
氢冷发电机在正常运行期间，当氢侧密封油泵运行时，氢气纯度通常保持在95%以上，当氢侧密封油泵退出工作状态时，氢气纯度只保持在90%以上。必须补氢的原因是：
1）由于存在氢气泄露，必须补氢以维持压力。
2）由于密封油里溶解有空气，致使积内氢气中溶空，氢气纯度下降，需排污补氢，以保证氢气纯度。
3）正常运行时氢气减压器整定值为0.4MPa，发电机运行时，当机内氢气压力下降到0.38MPa时压力开关动作，报警，手动调节减压器补氢，当机内氢压升至0.42MPa时，打开排气阀门使机内氢气压力降低至0.4MPa。
5 发电机排氢
发电机排氢是通过在机座底部的汇流母管充入CO2气体，使氢气从机座顶部汇流管排除出去，为了使机内混合气体中氢气含量降到5%，应充入足够的CO2。排氢应在发电机静止或盘车时进行，充CO2时，纯度风机与发电机机座顶部汇流管接通。在充入的CO2达到要求的浓度后，CO2纯度读数应为95%，氢气排出后，发电机可打开，而且密封油泵关闭。
6 氢气纯度的确定：用纯度分析器确定纯度；用多级风扇差压指示计确定纯度。
7 正常运行时的氢气纯度和湿度
在发电机空侧和氢侧密封油泵都正常投入运行期间，氢气纯度应保持在95%以上。如发电机在氢侧密封油泵停止情况下运行，氢气纯度应保持在90%，避免过量地耗用氢气。在正常情况下，输入发电机的氢气湿度应不超过0.5g／m3（在一个大气压下），机内循环的氢气湿度不应超过2g／m3（在一个大气压下）。
8 氢气纯度降低的原因：
1）压力平衡阀整定不正确
2）氢侧回油箱故障
3） 氢气系统排污不好。
六 控制系统信号表
表3－4 氢控系统信号表
| 序号 | 信号名称 | 整定值 | 保护 | 信号种类 | 操作 | 备注 |
| 1 | 机壳内氢压低 | ≤0.38MPa | 差压开关动作 | 闪光报警 | 打开手动阀补氢 | |
| 2 | 机壳内氢压高 | ＞0.42 MPa | 差压开关动作 | 闪光报警 | 打开手动阀排氢 | |
| 3 | 机壳内氢气纯度低 | ≤90% | 差压变送器动作 | 闪光报警 | 排污、补氢 | |
| 4 | 机壳内出现油水 | 油水探测器 | 闪光音响 | 排除液体查明原因 |
七氢气纯度与分析仪
1 氢气纯度要求
氢气是易燃易爆性气体。在密闭容器中，当氢气与空气混合，氢的含量为4％～75％，即形成易爆炸的混合气体。
我国发电机运行规程规定：“一般要求发电机内氢气纯度保持在96％以上，低于此值时，应进行排污”。国外大容量氢冷（包括水氢氢冷〉发电机，如600MW水氢氢冷汽轮发电机要求机内的氢气纯度不低于97％或98％。
大容量氢冷发电机内要求保持高纯度的氢气，其主要目的是提高发电的效率，从经济方面考虑。因为氢气混入空气或纯度下降时，混合气体的密度随氢气纯度的下降而增大，使发电机的通风摩擦损耗也随着氢气纯度的下降而上升。据美国G·E公司介绍，一台运行氢压为0.5MPa、容量为907MW的氢冷发电机，其氢气纯度从98％降到95％时，摩擦和通风损耗大约增加32％，即相当于损失685KW。一般情况下，当机壳内的氢气压力不变时，氢气纯度每降低1％，其通风摩擦损耗约增加11％。
我国发电机运行规程又规定：“当氢气纯度降低到92％或者气体系统中的氧气超过2％时，必须立即进行排污”。这说明运行的氢气纯度在92％～96％之间时，除对效率有所影响外，并无严重危害。当然，长期运行在这个氢气纯度范围是不经济的，所以又规定了一个必须立即排污的下限。
发电机运行中氢气纯度下降的主要原因，是密封瓦的氢侧回油带入溶解于油的空气，或密封油箱的油位过低时又从主油箱的补充油中混入空气。
氢气纯度降低，其中的有害杂质主要是水分和空气的氧。在干燥的氢气中，含氧量的多少也可反映氢气的纯度。故有的发电机氢气系统中，通过对含氧量的监视来监视氢气的纯度，一般要求氢气中的含氧量低于2％。对于大容量发电机，由于氢气纯度要求更高，故要求其氢气中的含氧量更低，小于1％。
2 AH－H2型H2气体分析仪
AH－Hz型Hz气体分析仪，是日立公司600MW汽轮发电机氢气系统中配置的，用于测量气体纯度（与CO2或空气混合的氧气纯度），其精确度在±1.5％以内。
测量气体纯度的原理是：每一种气体有其独自的导热性，当一种气体与另一种气体混合时，混合气体的导热性按混合比成正比变化，再利用热电变化原理即可测量气体的浓度。
H2气体分析仪结构原理如图3－52所示，电桥由测量室、标准室、固定电阻A和B及平衡调节电阻C组成。测量室元件的内侧是用导热性能很好的金属（铜）制造的，在其中央有热丝（铂丝），热丝用绝缘材料固定。标准室与测量室的结构相同，标准气体封闭在标准室内。
使用时，先向测量室送入与封闭在标准室内的气体相同的气体，使电桥平衡。然后，当受测量气体被引入测量室时，热丝的温度改变，这便破坏了电桥的平衡，产生不平衡电压，由指示器示出。由于此不平衡电压是与受测量气体中氢气的混合比成正比，那么，通过观察指示器便能确定混合比。
3 氢气中含氧量的监测
含氧量的监测方法有：燃烧法、吸收法、热化学式分析器测定法、铜氨溶液比色法、黄磷发光法、泵电池法、色谱法等。前三种方法适用于常量分析，分析洗涤器出口的氢气纯度；后几种方法用于氧的微量分析，测定经过纯化处理后氢气中的微量氧。下面介绍两种较常用的方法。
（1）热化学式氧气分析器测定法
H2气体中含氧时，在触媒（活性钯）的催化作用下，会发生化学反应，并放出482.34kJ的热量。在氢气中含少量氧的情况下，以恒定测量供气时，单位时间内反应产生的热量与含氧量成正比，通过反应热量（温度）的测定，即可知道气体中的含氧量。
含氧量监测仪采用两个通气容器（玻璃管）上绕有铂丝的热电阻元件和两个固定电阻组成的电桥，来测量反应所产生的热量（温度）。其结构原理见图3－53。工作臂RG管内装有颗粒状的活性钯触媒，而另一管RB内却装有同样体积的非活性颗粒作为电桥的参比臂。当被测气体含有氧时，在活性钯触媒作用下，氢氧反应放出热量，工作臂的温度将随着氧含量的变化而变化，电桥中的铂丝电阻也随着变化，使电桥产生新的不平衡电位，用电位差计指出，即可测出气体中的含氧量。
热化学式氧气分析器为固定式，可连续自动分析、指示和记录电解氢中的含氧量，测量范围为0％～1％和0％～0.5％，精度等级分别为5％和10％。
（2）原电池式微量氧分析器
工作原理：选择具有较大电极电位差的两种不同金属做电极，放在水溶液中，组成一个简单的原电池。氧在正极上还原为羟基（OH －1）并从外电路取得电子，负极在产生氧化的过程中向外电路输出电子。接通外电路后，低值负载电阻上便有电流流通，电流的大小随氧浓度变化。在氧浓度很低时，电流与含氧量（浓度）成正比，故测出原电池回路中的电流值，即可知气样中的含氧量（浓度）。
用于测量气体中微量氧的仪器，其测量元件是一只对氧敏感的银－铅碱性原电池。它是将正电极（Ag）和负电极（Pb）放在KOH溶液中构成。
原电池式微量氧分析器，检测气体中微量氧含量的最小量程可达0～l0ppm。精度一般为2.5级。
八 氢气的湿度要求和监测
1 湿度的表示方法
湿度是表示气体中水蒸气含量的一个物理量。氢气湿度的表示方法主要有以下三种。
（1）绝对湿度：是指单位体积气体中所含水蒸气的质量，单位为g／m3。
（2）相对湿度：是指在某一温度下，每立方米气体所含水蒸气的质量与同温度下每立方米气体所能含有的最大水蒸气质量（即饱和水蒸气的质量）之比。相对湿度常用％表示。
（3）露点：是指气体在水蒸气含量和气压不变条件下，冷却到水汽饱和（出现结露）时的温度。气体中的水蒸气含量愈少，使其饱和而结露所要求的温度越低。反之，水蒸气含量愈多，降温不多就可出现结露。因此，露点的高低是衡量气体中水蒸气含量的一个尺度。
2 对机内氢气温度的要求
氢冷发电机不仅对机内氢气的纯度有规定要求，而且对机内氢气的湿度也有规定要求。湿度过高，不仅影响绕组绝缘的电气强度，而且还会加速转子护环的应力腐蚀，以致出现裂纹，并很快的扩展。我国早期颁发的《发电机运行规程》规定，发电机运行时必须监视湿度，机内绝对温度不得超过15g／m3，而其相对湿度不得超过85％（这近似与机内风温不低于20℃相对应）。
随着湿度影响研究的深入和大容量发电机投入运行，我国对氢冷发电机氢气湿度规定了新的技术要求。根据国家标准GB／T7064－1996《透平型同步电机技术要求》，发电机内的氢气湿度不应超过4g／m3。它是以停机时不排氢状态下且最低环境温度为5℃时要求机内保持相对湿度为50％定作标准的。这一标准远高于原先的湿度要求（15g／m3，相对湿度85％）。
最近，在GB／T7064－1996基础上，又颁发了适用于国产200MW及以上氢冷发电机的我国电力行业标准DL／T651－1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》，规定机内氢气湿度和供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气温度均以露点温度表示。氢气湿度的标准如下。
（1）发电机在运行氢压下的氢气允许湿度高限，应按发电机内的最低湿度由表3－5查得；允许湿度的低限为露点温度td
表3－5 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 |
| 发电机运行氢压下露点温度td（℃） | －5 | 0 |
（2）供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度：对新建、扩建电厂（站），露点温度td≤－50℃；对己建电厂（站），露点温度td≤一25℃。
对进口的发电机，应按制造厂规定的氢气湿度标准掌握，如制造厂无明确规定时，应按本标准执行。对200MW以下氢冷发电机的氢气湿度允许值，可参照此标准确定。
在新的湿度标准中，不但规定了机内允许湿度的高限，而且规定了机内允许湿度的低限。规定低限，主要是怕气体太干燥引起绝缘材料收缩，造成固定结构松弛，甚至会使绝缘垫块产生裂纹。
表3－4中，机内最低温度为5℃时，允许湿度高限为露点温度td＝－5℃。允许温度td＝－5℃时的饱和水蒸气含量为3.254g／m3，而机内温度为5℃时的饱和水蒸气含量为6.81g／m3，可求得相应的相对程度为3.254／6.81＝47.7％，接近50％。同样，可求得机内温度为10℃ 其允许温度td＝0℃时，相应的相对湿度为51.3％，也接近50%。显然，新的机内湿度标准也是以相对温度不超过50％为原则定出的。
3 氢气湿度过高的影响
机内氢气湿度过高时，一方面会降低氢气纯度，使通风摩擦损耗增大，效率降低；另一面，不仅会降低绕组绝缘的电气强度（特别是达到结露时），而且还会加速转子护环的应力腐蚀，特别是在较高的工作温度下，湿度又很大时，应力腐蚀会使转子护环出现裂纹，而且会很快地发展。某厂一台TBC－30型氢冷发电机，运行中曾几次发现机内湿度高达20.7g／m3以后出现了转子一点接地信号，最后导致发生两点金属性接地事故。其事故起因，一方面是护环下的绝缘瓦在长期运行中受压变形，可能已有裂纹和局部破损，使护环内表面严重局部过热；另一方面就是冷却器铜管渗水时间较长。1973年，一台由BBC公司制造、装在Sherbeck、容量330MW、转子绕组为水内冷的发电机，发生护环断裂，其原因就是漏水造成的应力腐蚀裂纹。1979年，一台装在瑞典Barsebec且由ASEA公司制造的容量580MW、转子绕组为水内冷的发电机，发生护环断裂，其原因是运行时出现过几次漏水，使转子护环产生应力腐蚀裂纹。
机内氢气湿度过高的主要原因有以下几种：
（1）可能是制氢站出口的氢气湿度过高。
（2）可能是氢气冷却器漏水，对于水氢氢冷却方式或水水氢冷却方式的发电机，还有可能是定、转子绕组的直接冷却系统漏水。
（3）密封油的含水量过大或氢侧回油量过大。如果轴封系统中氢侧回油量大，再加上油中含水量大（要求含水量控制在500ppm以下），从密封瓦的氢侧回油中出来的水蒸气就会严重影响机壳内氢气的湿度。
（4）机旁的连续干燥器（循环干燥器）工作不正常（一般会发出报警信号）。
4 湿度的监测仪表
氢气中含水量的监测方法很多，有湿度计法、重量法、露点法、色谱法、卡尔一费休法、五氧化二磷电量法、电容法等。下面主要介绍较常用的湿度计法和露点法测量仪。
（1）湿度计法（干、湿球温度计法）
在气体取样点处安装一个湿度计，其中的湿球温度计的指示值随湿度而变化，只要读出干球温度计和湿球温度计的指示值，代入下式即可算出氢气的绝对湿度。
湿度计法的特点是设备简单，但测量精度较低。
（2）光电式镜面露点仪
其原理是，在压力不变的情况下，测定气体中所含的水蒸气达到饱和结露时的温度。将被测气体与一金属反射镜表面相接触，借助致冷器降低金属镜的温度，当温度降至露点时，镜面即开始结露。自动测量露点的仪器，采用光电自动控制装置来控制制冷器，以调节金属镜的温度。该自动控制装置，由光源产生的光束射在已凝露的镜面时，受凝露的反射作用而减弱了反射光束的强度；用光敏元件收集反射光而产生的电信号，去控制加热或制冷装置，使反射镜温度自动控制在露点温度；用电阻温度计测量反射镜表面温度，即为被测气体的露点。
第七节 发电机定子绕组的水冷系统
对大容量水氢氢冷汽轮发电机定子绕组水冷系统有如下基本要求：
（1）满足供给额定的定子绕组冷却水流量。
（2）控制进入定子绕组的冷却水温度达到要求值。
（3）控制进入定子绕组的冷却水压力达到要求值。
（4）保持高质量的冷却水质（除盐水，又称凝结水）。一般要求冷却水的电导率低于5μS／cm（μS为微西门子），最高不大于10μS／cm（25℃时），否则应停机。
水氢氢冷发电机定子绕组的水冷系统都大同小异。其基本组成是：一只水箱、两台100％互为备用的冷却水泵、两只100％的冷却器、两只过滤器、一至两台离子交换树脂混床（除盐混床）、进入定子绕组的冷却水的温度调节器以及一些常规阀门和监测仪表。
一 一个典型的定子绕组水冷系统
QFSN－600－2型水氢氢冷发电机定子绕组水冷系统，其原理如图3－54所示。
定子水冷系统的有关参数如下：
冷却水压为0.392Mpa；
冷却水流量为80m3／h；
电机内的水容积为0.38m3
冷却水导电率为0.5～1.5μS／cm；
进入定子的水温为45～50℃（60℃报警）；
定子出水温度为75～80℃（90℃报警）；
水泵出口压力为0.8MPa。
定子绕组冷却水系统有以下特点：
（l）对冷却水质要求高。正常运行时，水的电导率为0.5～1.5μS／cm，高报警值5μS／cm ，高高报警值为9.5μS／cm 。为了达到高的冷却水质要求，系统中设置了连续运行的除盐混床11，约有水泵2的5％～10％的输出水量从冷却器3出口经节流孔板14、气体流量计9、除盐混床11，出口电导率表12回到水箱1。除盐装置出口的电导率要求达到0.1～0.4μS／cm 。（电导率：西门子每米，单位代号为S／m ，而1S＝lA／V）。
当系统中水箱水位降至要求补水时，由化学除盐系统来的除盐水，经减压阀和调节阀先进入本系统的除盐装置后，再进入水箱。
每台除盐装置装0.14m3H－OH非再生树脂，阴阳树脂比为1∶10离子交换器所使用的树脂寿命较长，可使用一年以上，在整个寿命期间可吸附3888g总溶解固态物。除盐混床中最大流量为11.4t／h ，水温不得超过60℃。正常运行中的冷却水质较好，除盐流量可调到非常小仍能满足要求。
（2）为了防止运行中冷却水质被污染，冷却水系统中的所有设备和管道阀门均由防锈材料制成。此外在水箱上部空间充以氢气，使水与氧气隔绝，防止发电机定子绕组空心导线内壁和管道内璧被氧气及渗入的CO2腐蚀。
水箱充氢后，冷却水中有饱和的溶解氢，这样使发电机机壳内的分子直径较小的氢气通过分子直径较大的聚四氟乙烯绝缘引水管的渗透量大为减小，从而降低了机壳内氢气的损耗，提高了氢气的纯度。
水箱上部的氢气压力维持在14kPa ，其气源是由氢气系统母管经过一级减压阀通过氢气自动调压阀10保持在14kPa ，调压阀后设有安全门8 ，当氢压高至35kPa时安全门动作，安全门排气管通过一只气体流量计9排至室外。
（3）正常运行时，发电机机壳内的氢压大于定子绕组冷却水的水压，其压差降低到35kPa时，有一只压差继电器发出报警。其目的是万一机壳的水系统（汇流母管、绝缘引水管、空心导线）泄漏时，冷却水不致漏出引起对地绝缘损坏，而只是氢气漏入水系统。此时水箱的氢压会逐渐升高，直至安全门动作。连接在安全门排气口的气体流量计会累计逸出的氢气量。
如果在关闭水箱充氢阀门后，气体流量计继续走动，就可判断机内水系统泄漏。西屋公司规定在24h内流量计读数超过14kPa时就必须停机。
（4）发电机在主厂房13m标高处，而水冷系统布置在主厂房的0m层，高差相差13m。因此在发电机定子出水汇水母管7回流至水箱时，可能产生虹吸作用，致使出水汇水母管处产生负压，80℃的水温下可能发生汽化，造成线棒内气塞。为了消除这种危险现象，系统中设计了一根防虹吸管道15。该管一端接至出水汇水母管7的上部，另一端接至水箱1的顶部（充氢空间），使母管经常保持14kPa的正压，防止虹吸发生。
（5）系统中主水路上不设流量计，也无自动调节阀门，因系统中的流量只决定于系统的阻力，只要调整绕组进水压力到规定值，就确保了正常状态下的流量。断水保护是根据绕组进出口压差来监视的。发电机断水时，只允许在100％额定电流下运行5s，如果在5s内不能恢复，则由计算机控制系统自动将负荷降到15％再运行1h。
（6）发电机共有42个上层线棒和42个下层线棒，每个线棒是一个水的分支路，设在励磁侧的进水母管5上引出84根绝缘引水管，分别接到42个上层和42个下层线棒。在汽机侧42个上层线棒和42个下层线棒共84根绝缘引水管接至出水汇水母管7。在出水的绝缘引水管中共装设84个热电偶，监测每一水支路的出水温度。西屋公司规定42个上层线棒出水温度的相互温差不得超过7.9℃。同样，42个下层线棒出水温差亦不得超过7.9℃。84个热电偶温度测点全部接入计算机，当温差大于7.9℃时发出报警，此时应停机检查。这是监视水内冷导线各部阻塞的措施。
（7）整个水内冷系统自动化水平较高。冷却水系统的温度调节是由计算机控制系统的一个子系统来完成，调节量是进入发电机的冷却水温，调节对象是冷却器的冷却水的出口阀门。发电机定子绕组冷却水，即除盐水的热量是靠冷却器的冷却水带走的，调节冷却器的冷却水的流量，就改变了冷却器的冷却能力，从而调节了发电机定子绕组的冷却水温。
此外，冷却水系统中设有进水温度高、出水温度高、氢与水压差低、进出水压差低／高、水箱压力高／低、滤网压降高、进水导电率高、水箱水位高／低等报警装置。还有两台水泵互相自投的功能和水箱水位自动补水功能。
二 几个电厂的定子绕组冷却水系统的特点
平圩、北仑港、石洞口、岱海电厂各电厂的600MW水氢氢冷汽轮发电机及其水、氢、油系统，分别由美国西屋公司、日本东芝公司、美国ABB公司、上海发电机厂供货。四个厂的定子绕组冷却水系统基本办员，亦各有某些特点，见图与3－54、图3－55（a）和（b）及图3－56。
1．系统水箱与管道布置
北仑港电厂配有反冲洗管道系统，检修时可以通过阀门切换将发电机定子绕组进出口母管互相倒换，以便冲走堵塞在定子绕组空心导线中的杂质。石洞口二电厂的定子绕组冷却水系统中设有缓冲水箱（一般布置在0m层），但在发电机外壳的顶部纵向装设一只细长的园柱形容器（膨胀水箱），其两端分别接到进、出水母管上，利用进出口压差通过高压力侧管路上的节流孔板控制，使容器中具有一定的水位和水流量。容器上部空间充0.05MPa压力的氢气。因该容器的位置在整个冷却水系统的最高位置，故它既作为水的膨胀箱，又可作为整个冷却水系统（包括定子绕组空心导线）的排气。
2．冷却水流量及水温调节
定子绕组冷却水流量：平圩电厂冷却水系统未设流量计，也无进水压力自动调节装置；北仑港电厂冷却水系统有流量监测，还有进水压力自动调节装置；石洞口二电厂冷却水系统有流量监测，但无进水压力自动调节装置。
三个电厂都设有冷却水温自动调节装置，但直接调节对象有所不同。平圩电厂冷却水系
统的直接调节对象是调节冷却器的冷却水（循环水）流量，而北仑港电厂和石洞口二厂冷却水系统的直接调节对象是用比例阀来混合冷却器出来的冷水和水泵输出来经冷却的热水。所以，即使发电机负载变化，定子冷却水的入口温度也可保持在恒定值。
3．高品质的冷却水质
三个电厂的机内冷却水系统中均设有连续运行的除盐1混床。通过混床的流量：平圩电厂为4～8t／h ，北仑港电厂为6t／h ，石洞口二电厂为2～3t／h。由于连续除盐去除杂质。内冷水的电导率：平圩电厂为0.5～1.5μS／cm ，石洞口二电厂达0.3μS／cm。为了防止系统的氧腐蚀，平圩电厂的冷却水箱上部空间充氢，保持14kpa的氢压；北仑港电厂的水箱充氮；石洞口二电厂的膨胀箱上部也充氢，保持50KPa氢压。
4．防止冷却水汽化措施
大型发电机运转层标高均在10m以上，而定子冷却水设备均在0m层。当发电机高温出水从运转层下流时会造成虹吸作用。由于虹吸压力低于大气压力，容易造成空心导线出水端冷却水汽化，形成汽阻塞，影响冷却效果。平圩电厂和北仑港电厂的冷却水系统中配有破坏虹吸的管道，即从水箱上部空间接一管道联结到发电机出水母管或母管出来后的一小段扩大管（处于水系统最高处）。由于水箱上部是充压的（所充H2或N2的压力），使发电机出水母管保持同样的正压，可防止虹吸作用。石洞口二电厂没有0m层水箱，但由于其膨胀箱置于整个冷却水系统的最高位置，并充有50KPa氢压，所以发电机定子绕组出水母管处不会出现负压，在出水温度下不会产生水的汽化。
5．防漏报警
水氢氢冷发电机一般是氢压高于水压，发生渗漏时，水难于渗出，而氢则会渗入水系统。当水中溶解的氢达到饱和时，会在扩大水箱上部空间释放氢气，使水箱压力逐渐升高。为了监测机内的渗漏，平圩电厂的水箱排空管道上装有气体流量计，当一天的排空流量达到14.15m3／h时，须停机检查泄漏部位；北仑港电厂的排空管道上装有气敏元件，当氢气浓度达到某一设定值时发出报警信号；石洞口二电厂侧于膨胀箱的压力超过50KPa发出报警信号。
6．断水保护
平圩电厂以发电机进出水母管的压力差为整定值，当达到整定值时，将负荷在2s内降到15％额定出力，如l h以内仍不能恢复，则自动跳闸（停发电机）。北仑港电厂以进入定子绕组流量来监视，当达到整定值时，将负荷降至190MW，如lh不能恢复，则跳闸。石洞口二电厂则以水泵出力来监视。当水泵流量降低时，则第二台水泵自起动；如水泵流量仍小于80m3／h（80％额定流量）时，则跳闸停发电机。
第八节 SKG－600－2YH定子冷却水控制系统
一 概述
SKG－600－2YH定子冷却水控制系统是QFSN－600－2YH型发电机配套产品，它向发电机定子绕组提供源源不断的冷却水，并对其进行监控和保护。发电机所需冷却水的水质、水量、水压、水温等均由本系统来保证。
二 工作原理
定子冷却水控制系统采用闭式循环，连续的高纯水流通过定子线圈空心导线，带走线圈损耗。进入发电机定子的水是合格的化学除盐水。经过电磁阀，过滤器，进入水箱，然后，通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器，过滤器，最后进入发电机定子线圈的汇流管，完成一个闭式循环。为改善水质，将发电机总水量的3－5%的水不断经过离子交换器进行处理，然后回到水箱。
三 定子冷却水控制系统的组成
两台100%互为备用的冷却水泵： P=0.75MPa Q=93T／H
三台50%的水冷却器：冷却面积S=40M2／台 两台工作，一台备用。
水箱一个：V=2M3 P=1.6MPa
两台100%水过滤器： D=100mm P=0.8MPa
交换柱过滤器一台： D=25mm P=0.8MPa
离子交换器一台： D=400mm H=1200mm P=0.8MPa
导电率仪三台： 其中0～20μS／cm两台，0～2μS／cm一台
电磁阀一台：D=25mm P=1.6MPa
压差开关14件，减压器一台，安全阀一台，水温调节器一套，
温度计4件（0～100℃），压力表11件（0～1.6MPa）
四 设计参数
定子水量（除盐水）=93T／H P=0.36MPa
进水温度45～50℃（60℃报警） 出水温度75～80℃（90℃报警）
冷却水导电率为0.5～1.5μS／cm
二次冷却水量（普通水）＝170T／H P＜0.3MPa 进水温度≤33℃
五 运行说明
两台水泵为不锈钢交流电动离心泵，正常是一台工作，一台备用，工作故障时，通过进出管路上装设的差压开关互为联锁。化学除盐水通过电磁阀自动或手动进入水箱，水箱内充有氢气，通过氢气减压器自动补入，正常压力维持在0.014MPa，水箱上设有安全阀，当压力为0.035MPa时，自动开启放气，当压力低到0.007MPa时，自动补气。必须保持发电机内氢气压力比内冷水的压力高，预防水渗漏到定子绝缘间隙的现象发生。发电机额定氢压是0.4MPa，所以内冷水额定压力维持在0.36MPa 。定子冷却水的进水温度由水温调节器来维持恒定值50±1℃。
当定子线圈断水时，允许满载100%额定电流运行5秒，备用泵立即投入。如果在5秒内不能投入，发电机必须选择跳闸或自动减负荷。如果在2min内以每分钟50%额定电流速率降低到15%额定电流，则发电机可带15%额定电流运行1小时。运行时导电率要低于1.5μS／cm ，如果初始状态时导电率高于1.5μs／cm ，则负荷必须降到零，且断水2.5min后发电机跳闸，励磁断开。如果这期间恢复泵供水，在增加负荷之前，泵必须运行5min 。发电机按汽轮机速率增加。自动减负荷信号取自两个流量压差开关和一个导电率仪信号。
水箱上还有水位信号器，当水位高或低时都报警，底部有排污阀，上部有排气阀。水过滤器装在总管路上，一台工作，一台备用，当过滤器出口压力低于正常压力0.05MPa或压降增加到0.021MPa时，应清洗或更换过滤器芯子，并投入备用过滤器。交换柱过滤器装于水处理管路上，当离子交换器不锈钢丝网破损，可捕捉树脂，免的树脂进入发电机定子线圈造成堵塞。
测量定子导电率用三个传感器：一只装在电机进口，一只装在水集箱上，一只装于离子交换器出口处。离子交换器出口处导电率计还指示离子交换器树脂的状态。离子交换器的比例循环是3－5% ，运行周期3600小时。表3－5列出了该型定子冷却水控制系统的报警保护信号表：
表3－5 定子冷却水控制系统的报警保护信号表：
| 序号 | 信号名称 | 整定值 | 保护 | 信号种类 | 操作 | 备注 |
| 1 | 泵1B停止 | 0.14MPa | 开关SW20动作 | 延时3－5秒启动1A泵 | 按额定流量整定压力值 | |
| 2 | 泵1A停止 | 0.14MPa | 开关SW21动作 | 延时3－5秒启动1B泵 | 按额定流量整定压力值 | |
| 3 | 定子线圈进水压力高 | 0.4Mpa | 压差开关动作 | 闪光音响 | 手动旁路阀门 | |
| 4 | 定子线圈进水温度高 | ＞50℃ | 热电偶发信号 | 闪光音响 | ||
| 5 | 定子线圈出水温度高 | ＞90℃ | 热电偶发信号 | 闪光音响 | ||
| 6 | 定子线圈进水导电率高 | ＞5mS／cm | 导电率仪动作 | 闪光音响 | 报警 | |
| 7 | 定子线圈进水导电率过高 | ＞9.5mS／cm | 导电率仪动作 | 闪光音响 | 甩负荷或打闸停机 | |
| 8 | 水箱水位低 | 液位信号器接点450mm | 液位信号器动作 | 闪光音响 | 补水电磁阀打开 | 正常水位550mm |
| 9 | 水箱水位高 | 液位信号器接点650mm | 液位信号器动作 | 闪光音响 | 查明原因手动调整水位 | |
| 10 | 水箱氢压低 | 0.007MPa | 接点压力表动作 | 闪光音响 | 减压器补氢 | |
| 11 | 水箱氢压高 | 0.042MPa | 接点压力表动作 | 闪光音响 | 安全门自动排氢 | |
| 12 | 定子流量低 | ＜1／2额定 | 流量信号动作 | 闪光音响 | 报警 | |
| 13 | 定子流量很低 | ＜1／3额定 | 流量信号动作 | 闪光音响 | 延时30秒减负荷 | |
| 14 | 交换器出水导电率高 | ＞1.5mS／cm | 导电率仪动作 | 闪光音响 | 换树脂 | |
| 15 | 发电机氢与水的压差低 | ＜0.03MPa | 压差开关动作 | 闪光音响 | 手调旁路门 | |
| 16 | 过滤器压力损失升高 | 比正常压差高0.021MPa | 压差开关动作 | 闪光音响 |
当压差减小到0.056MPa，低于正常运行压力时闭合，并发出报警：定子线圈流量低。当减小到0.084MPa，低于正常运行压力时闭合，并发出报警：定子线圈流量很低。如果导电率太高，达20mS／cm时，将会使每个线圈绝缘管过热，最后引起对地闪络。
六 异常情况预防与说明
1．泄漏的预防
为防止氢气和二氧化碳泄漏进入供水系统，氢气和二氧化碳的供给系统与发电机必须分开。如果某线圈有较大渗漏，因为氢压高于水压，水难以渗出，而氢气则会进入水系统，当水中溶解的氢达到饱和时，会在水箱上部空间释放氢气，使水箱中的氢气压力逐渐升高，为监测发电机的这种渗漏，可以在水箱排空管道上装气体流量计或气敏元件，也可以监测膨胀箱压力，超过定值发报警信号。平圩电厂是气体流量计，定值是14.15M3／h。北仑港电厂是气敏元件，石洞口的压力定值是50KPa ，发报警信号。
2．冷却水汽化的预防
大型发电机的运转层标高均在10m以上，而定子冷却水设备均在0m层，当发电机高温出水从运转层下流时会造成虹吸作用。由于虹吸压力低于大气压力，容易造成空心导线出水端冷却水汽化，形成汽阻塞，影响冷却效果。可以在冷却系统中装设破坏虹吸的管道，即从水箱上部空间接一管道连接到发电机出水母管或母管出来后的一小段扩大管（处于水系统最高处）使发电机出水母管保持同样的正压，可以防止虹吸作用。
3．断水保护
平圩电厂以发电机进出水母管压力差为整定值，当达到整定值时，将负荷在2秒内降到15%额定出力，如果1小时内不能恢复，则自动跳闸。北仑港电厂以进入定子绕组流量来监视，当达到整定值时，将负荷降到190MW，如果1小时内不能恢复，则自动跳闸。石洞口电厂则以水泵压力来监视，当水泵流量降低时，则第二台泵自启动，如水泵流量仍小于80 M3／h（80%额定流量）时，发电机跳闸。
4．导电率增加
造成导电率增加的污染源可能有两个，一是氢气漏入水中，二是不纯的冷却水进入高纯的冷却水，氢气本身不增加导电率，但其中所含的少量的二氧化碳会使导电率增加。只有当内冷水压力比不纯水压力低时，才会出现这种泄漏。如果没有异常污染源出现，导电率仍很高，那么一定是离子交换器中的树脂已接近使用寿命终点，这时离子交换器的导电率必然上升，当超过1.5mS／cm时，必须置换离子交换器中的树脂，再重新投入使用。
第九节 发电机监测系统
发电机的监测包括温度测量、振动测量，对地绝缘电阻测量、漏水测量。氢气湿度测量和机内放电无线电射频监测和发电机局部过热监测等。
一 发电机测温元件的配置
为监视发电机的运行状态，必须有完善的温度监测装置，以测量定子绕组温度、定子铁芯温度和冷、热氢温度、冷却绕组的冷却水温度、氢气冷却器的冷却水温度、密封油和轴承油的温度。
测温元件是发电机运行中一个重要的耳目。监测发电机内部温度的测温元件分两大类即电阻测温元件及热电偶两种。它们既可通过温度巡测仪自动显示并记录温度亦有一小部分可与其他参数如氢压、氢气纯度、轴振和出力曲线的监控一起接到汽轮机自动控制ATC，通过电液调速装置DEH自动监测或监控汽轮发电机组运行情况。氢、油、水系统的一些开关量则从氢油水系统监测柜的端子引出，由ATC报警。此外，励磁系统的一些开关量参数也通过DEH显示或报警。这里以内蒙古岱海发电有限责任公司一期国产QFSN－600－2型汽轮发电机为例，介绍测温元件的配置。
1 定子铁芯测温
在定子边段铁心的齿顶和轭中、压指及磁屏蔽上设置热电偶，汽励侧两端各6个。在定子铁芯中部两个热风区的齿部和轭部各埋设2个热电偶，两个热风区共4个热电偶。总计为16个铜一康铜T分度热电偶监测铁芯温度。
2 定子绕组及主引线测温
在近汽端定于槽部上下层线棒之间埋置电阻测温元件，每槽1个，共42个Cu5O铜电阻或Pt100铂电阻测温元件、监测线棒层间温度。
在汽端总出水汇流管的上下层线棒出水接头上各装有测温热电偶1个，共有84个铜-康铜T分度热电偶监测回水温度。
在出线盒内出水汇流管的水接头上各装1个热电偶，共有6个铜-康铜T分度热电偶元件监测主引线及六个出线瓷套端子的回水温度。
3 定子绕组冷却水汇流管测温
在励端总进水管和汽端总出水管上各设1个双支式镍铬一康铜E分度热电偶元件（共 2个），其中各有1支接 ATC。
4监测氢冷却器的氢温
在汽端和励端冷却器罩内冷风侧和热风侧各设置l个双支式铂电阻测温元件，一支显示、另一支可接 ATC，两端共4件双支式三线Pt l00铂电阻测温元件。故共有4支接ATC。在两端的上半端盖上冷氢进风区各有一个温度控制器用于冷氢温度高于上限时报警，温控器有一组触点可直接通往ATC。发电机两端热氢出口处，各有一个单支电阻测温元件监测热氢温度（显示）。
5监测轴承温度
在汽励两端的下半轴承可倾瓦块内各设1个双支式热电偶，其中1支是接到ATC去的。两端轴承共有2个双支式镍铬一康铜E分度热电偶测温元件。
在汽、励两端的轴承回油管及滑环端轴承回油管上各设1个双支式镍铬一康铜E分度热电偶监测回油温度，其中1支接ATC
6监测轴系振动
在汽励两端和滑环端的轴承外挡油盖上各设一个非接触式拾振器，测量转子轴颈振动，两端共3只均接至ATC。
7 监测轴承座、轴承止动销、上半轴瓦绝缘整块、下半轴瓦绝缘衬块、密封支座、中间环、高压进油管及外档油盖的绝缘电阻
在发电机励端轴承座、轴承止动销、上半轴瓦绝缘垫块、下半轴瓦绝缘衬块、密封支座、中间环、高压进油管及外挡油盖处均设双重绝缘，在这些部件上均接有引出到机外的测量引线，供在发电机运行期间监测其绝缘电阻。这些测量引线先接到励端下半外档油盖上的接线端子板上。在现场应设法超越装饰外罩壳，把他们接到合适的地方以便定期监测这些绝缘电阻。
8 发电机漏水监测
在发电机出线盒、机座中部、下部、机座顶部冷却器外罩的底部及中性点外罩处，均装设法兰或螺孔，用管道与装设在机外的浮子式液位控制器即发电机漏水探测器相连接，以便检测漏水情况，也可从那里排污。
9 监测机内氢气的含湿量
本型发电机增设了一套在线氢气湿度仪，可直观地反映机内氢气的含湿量，因此可以有效地控制发电机机内氢气的湿度。
二 无线电频率监视仪
内蒙古岱海发电有限责任公司国产QFSN－600－2型汽轮发电机装有无线电频率监视仪。该装置通过设置在发电机中性点接地线上的频率变送器来监视发电机线圈或其它带电部件的机内局部电弧放电事故。
无线电频率监视仪是一台对氢冷发电机的在线局部放电监视仪其原理是:当发束机构部发生局部放电时就有高频电流通过发电机中性点的回路、在中性点接地回路中设置十只高频贯穿式电流亘感器 其二次测送至本监测仪，经放大、滤波、限频后，接收其中心频率为1MHz频宽为5kHz的高频信号，提供指示仪表与报警。当信号达到更高的整定值时。发出停机报警。本仪器能辨别区外电气设备的放电及机器内部的高频噪音，正确测出发电机本身的局部放电。
无线电频率监视仪原理接线图如图3－56所示。第一级放大器设在晶体滤波器之前，作用是将来自高频TA的微弱信号放大，并使与晶体滤波器的输入阻抗相匹配。晶体滤波器是本机的首级频带限制元件，其目的是降低频外信号的影响（如放大器噪声和低频电源的暂态效接应），并提高增益进入第二级放大器。晶体滤波器的中心频率为1MHZ，具有3dB、5kHz的频带宽。第二级放大器提供适当的信号幅度使对数放大器能正确的工作。对数放大器有七级等增益的放大器，从输入到输出逐级放大，总增益大于3160，送入下一级电平放大器，然后通过比较器和延时器，发出报警信号和停机信号。
三发电机绝缘工况监视仪
在平圩电厂600MW汽轮发电机的氢气系统中设有一台工况监视仪（Condition Monitor），用于监视发电机内绝缘材料的局部过热。其工作原理如下：
发电机铁芯表面和绕组表面的绝缘涂层如果受到局部过热，当温度升高到150～200℃时，即能从涂层的热分解中产生一些热解粒子，这些粒子的直径1nm～1μm ，并扩散到氢气中。仪器的关键部件是一个离子小室，发电机内从氢气的高压区和低压区分别接两根管道到离子小室，有一个可调节流量的装置使离子室中通过一股恒定流量的氢气。离子小室中有以钍232元素作为微量离子源，气流将离子带入有－10V电极的离子收集室形成一离子电流，其数量级为10－12A，经放大后将信号送到仪表和报警元件。当氢气中有热解粒子时，由于粒子直径大于离子，室中电荷／质量比约下降1000倍，因而使原有离子电流大幅度下降（约下降50％），利用离子流的变化发出报警信号和跳闸信号。仪器的氢气入口处有一试验用的热解粒子发生器，它是一个涂以热解物质的电热元件，当电热元件通电加温时即能产生热解粒子，以便观察本仪器是否正确动作。
工况监视仪灵敏度高，能测出半径为16nm、密度为10μg／M3的粒子，以及半径为1μm ，密度为0.1g／M3的粒子。当发电机内有面积大于600mm2、温度高于200℃的局部过热即能反映。所以，工况监视仪实际是一台氢冷发电机局部过热早期故障探测器。
