挪威新KK水电站水轮发电机定子设计分析报告

挪威新KK水电站水轮发电机定子设计分析报告

梁艺萍

（南宁广发重工发电设备有限责任公司广西南宁530031）

摘要：介绍挪威新KK水电站定子波绕组及条形线棒的设计特点，以及为满足发电机稳定运行在设计定子零部件时所采取的一些技术措施，并对定子、转子、的整体设计作了总结。

关键词：水轮发电机；设计分析；报告

一、项目介绍

挪威新KK水电站单机容量为40MW，发电机型号为SF40-44/8200，发电机形式为立轴伞式、三相、密闭自循环空冷。由于发电机容量大额定电流大，额定电流为2749.3安，所以定子绕组采用波绕组条形线棒。

二、定子绕组数据

1.绕组型式双层条形波绕组

2.槽数Z=492

3.极数2p=44

4.每极每相槽数q=3+8/11

5.并联支路数a=2

6.节距Y=1—10—23

7.绕组循环数序44344434443，44344434443，。。。。。。。

三、分数槽双层波绕组接线

画绕组接线图首先要画方块图，根据绕组循环数序等基本数值画方块图。方块图中同相同极性下的线圈电势方向一致，直接连接。同相不同极性的线圈用极间连接线连接，但由于极性不同，电势方向相反，故必须采用同层线圈边（上层与上层、下层与下层）的相互连接。方块图中任一纵行的线圈（相距Y个槽距）用普通的直并头套连接，相邻两纵行的两个斜对着的线圈（相距Y±1个槽距）采用斜并头套连接。画绕组接线图时，从接线方便、布置方便、节省材料的角度出发，选择了极间连接线数量少，长度短，又互不交叉的接线方案。为了使铜环最短、数量最少，选择了三相绕组各支路的引出线从邻近的槽号引出。

四、线棒换位

为减少漏磁场引起的股间环流产生附加损耗，必须对线绑股线进行编织换位。但由于定子铁心长1150毫米，计算出来的换位节距为45毫米，360度换位的话，换位长度会超过线棒直线长度。经过对同行业同类型产品的结构分析和反复论证，在考虑工艺制造可行性的基础上，反复计算调整相关数值，选择出综合指标最优的方案，最终取换位节距为40，合理解决了发电机定子线棒换位存在的问题。

五、铜环引线

由于业主要求主引出线三个点，中性点引出线为六个点，而绕组支路数为2支路，而且铜环布置的空间又非常的有限，因此，铜环布置存在一定的问题。经过反复修改绕组接线方块图及绕组接线图，从简化结构、布置方便、节省材料的角度出发，最终选择出综合指标最优的方案，采取铜环沿圆周两边走线的方式引出。这样，即解决了空间不足的问题，又节省了材料，降低了设计成本。为工厂创造了良好的经济效益。

六、定子铁心

铁心由扇形片，通风槽片、鸽尾筋、齿压板等组成。扇形片用0.5厚的高硅冷轧取向电工刚带冲制。扇形片分为主扇形片和辅助扇形片，主扇形片占90%，辅助扇形片就其面积或中心角来说，是主扇形冲片的一半。为减少端部磁场引起的损耗和发热，上下两边段铁心也制成阶梯形。为减少端区的损耗和改善贴心的冷却，尤其是大齿的冷却，在大齿上开有5—8mm宽的切口，阶梯形的边段铁心能缩短压板上的压指，从而提高起刚度和整个铁心的压紧质量。此外，为使铁心具有良好的整体性，边段铁心是由特殊绝缘漆粘接的扇形片经叠装、热压与烘焙制成的。为减少端部涡流损耗引起的发热，齿压片及端箍均采用无磁性材料40MnCr72。

七、槽口垫块及斜边垫块

为防止线绑受电磁振动而磨损绝缘，在线绑出槽口处放置双斜式垫块。槽口垫块用酚醛玻璃纤维压塑料4330-1压制。与线棒接触的两侧面压有2毫米，边长为8毫米的正方形凹坑。这种槽口垫块不用与线棒帮扎，而是用2—4mm厚的适形材料放在线棒间，然后将槽口垫块打下，适形材料中的粘合胶被挤入凹坑，致使线棒与槽口垫块粘合。粘合胶固化后，槽口垫块与线棒将牢固地连为一体。

八、线棒端部固定及端部接头连接

为使定子绕组能承受电动力及震动的作用，特别是在突然短路的工况下不致于产生有害的位移和变形，造成绝缘损伤、匝间短路等故障，确保发电机长期安全运行，绕组应很好地固定。槽部紧固件为槽楔，端部固定结构包括端箍（端箍及支架）、槽口垫块、斜边垫块、端部绑扎及防下沉支撑等。

线棒端部采用玻璃丝绳或无纬玻璃丝带将绕组与槽口垫块、斜边垫块和端箍等绑牢。或采用浸渍环氧树脂的适形涤纶毡，使固定件与绕组粘合成牢固的整体，以保证绕组端部具有足够的强度和刚度。波绕组端部接头采用锡焊的并头套结构，或钎焊的股线对接结构，或者铜板搭接结构。并头套应与股线紧密接触，以保证焊接质量，否则将因接触不良而导致局部发热与烧伤绝缘。钎焊结构采用中频感应加热时，股线连接比较牢靠，生产率也比较高。

九、定子结构特点

定子由机座、铁芯、绕组、端箍、铜排引出线及其它结构支承件等构成。由于运输条件的限制，定子机座分为四瓣，在工地组焊成整体。定子铁心在电站工地叠压，然后进行下线等其余的装配工作。发电机下机架和水轮机的可拆部件能够通过定子铁心内径吊出。

定子机座为钢板焊接结构，承担定子本体重量、机组额定扭矩和定子绕组短路时短路扭矩产生的切向力以及单边磁拉力。机座底环通过基础板固定在混凝土基础上，将作用在定子上的各种载荷传入水泥机墩。机座壁上开有与空气冷却器相连的出风口（共8处）。对应机座壁的各个出风口处有焊于机座内的吊柱以及起吊钢管，分别供分瓣定子及定子铁心整体起吊用。

定了铁心由0.5mm厚的高导磁、低损耗优质硅钢扇形冲片叠压而成，通过两端的压板、拉紧螺杆和鸽尾筋固定在定子机座上。铁心为轴向分段结构，每两段铁心之间为6mm高的径向通风沟。

定子采用双层波绕组，Y连接。定子线棒为条式模压线圈，绝缘等级为F级，并采用了本厂成熟的防晕结构。定子绕组所有的接头和连接采用银铜焊。

定子槽内埋设有足够数量的测温电阻，用以测量定子线圈和定子铁心的温度。定子由机座、铁心、线圈、端箍、铜环、定子基础板及螺杆等部件组成。由于受运输条件的限制，定子机座分为4瓣。机座各层环板通过盒型筋连接组合，盒型筋由20毫米厚的Q235-A钢板制成，盒型筋有利于通风，并且刚度大。机座上环板以上位置采用无机座壁结构，此结构通风效果好。为了减小定子铁心振动和变形，机座工地组圆叠装定子。分瓣机座装焊成整圆后，整圆叠片，在安装间下线。下线完毕后，整体吊装。

十、转子结构特点

转动部分为三段轴结构，即分为顶轴、转子和主轴。转子由转子中心体、支架、叠片磁轭、磁极等部件组成。

1、顶轴和主轴

发电机顶轴与转子中心体上端面联接，采用止口定位、螺栓联接。主轴与转子中心体下端面联接，采用止口和精配螺栓定位联接。顶轴和主轴与转子均通过严格的公差配合，保证转子部分的摆度。顶轴和主轴均由20SiMn钢整锻并经精加工而成，采用中空结构，经精心设计计算和严格检验，保证其有足够的安全裕度和加工精度，能满足机组长期可靠运行的需要。

2、转子支架和中心体

转子支架为圆盘式焊接结构，由辐板、立筋等组成。由于运输条件的限制，转子支架在制造厂内焊接加工时，转子中心体与转子支架间的焊缝不焊，而是采用小合缝板连接，转子支架也分为三瓣，采用小合缝板联接。转子中心体与转子支架在工地组焊成整体。

3、磁轭

磁轭由3mm厚的高强度钢板叠压而成，通过切向磁轭键与转子支架联接。磁轭在工地叠压。

4、磁极

发电机采用凸极结构。磁极设纵横阻尼绕组。磁极由扁绕线圈和叠片铁心组成，通过T尾和斜键固定在磁轭上。磁极铁心由高强度冲片叠压而成。磁极线圈采用七边形铜排扁绕，匝间垫以F级玻璃坯布，上下托板与线圈整体热压成形。磁极挂装在工地进行。

5、其它结构

发电机采用无风扇结构，在磁极两端各有一圈挡风盖板。在磁轭的下端设有分块式制动环。励磁引线铜排通过顶轴上的线槽引至装于顶轴上端的集电环装置。

结束语

水电站定子波绕组及条形线棒的设计好坏对水电站发电机的工作效率有直接影响。通过对挪威新KK水电站水轮发电机定子设计的深入分析，相信此发电机组一定能正常稳定的运行。

参考文献：

[1]水电站水轮发电机定子线圈嵌装[J].富喜明.科技创新与应用.2013（29）

[2]金安桥水电站水轮发电机转子的结构特点分析[J].韩展鹏.水力发电.2011（01）