摘要：国内首台1000MW超超临界燃煤机组正式投产运行，标志着我国设计制造水平和电力工业技术等级已达到世界先进水平。我国电力建设有了飞速发展，近75%的发电机组是国产的，而且其中大部分发电机是我国自行研制或是在国外技术基础上结合中国国情优化设计的。无论在发电设备制造技术或者在电厂建设上，我国是已经达到或者接近达到世界先进水平。本文主要分析了大容量汽轮发电机制造的趋向。
关键词：大容量汽轮；发电机制造；趋向
为满足21世纪国民经济发展对电力的需求，从电机制造看，需发展高效率的发电设备以及新能源发展所需的发电设备、开发新材料、新结构、新工艺，并制造出新的电机品种。
一、需求分析
预计在21世纪（至少2050年前）电力仍然是最现代化的动力，是现代化技术、人民生活和新产业发展的重要物质基础。2004年底我国人均发电装机容量只有0.00033 MW，世界排名在第80名以后；年人均用电量1.682 MW•h，仍远低于世界人均用电量2.4 MW•h的平均水平，还有大约1000余万人口仍旧没有用上电。即在21世纪前50年，我们需要制造150~200万MW发电设备，才能达到目前世界上中等发达国家或地区水平。到目前为止，世界各国发电设备和发电量主要还是由火力发电（包括燃煤、燃油、天然气）、核电和水电组成，近年来正在积极开展利用风能、太阳能等其他能源的发电设备工作。电力的发展建筑在能源供应的基础上，我国水利资源居世界第一位，能用于发电的在30~37.8万MW；中国大陆火力发电将来主要依靠煤炭和天然气供应。我国电力发展除了加快煤炭开采和开发天然气、发展核电和开发风力、太阳能、地热等其他能源外，还需要大力节能和减少环境污染。为满足21世纪我国国民经济发展和人民生活提高所需的电力和电力的应用，从电机制造来讲需要发展高效率的发电设备和用电设备，还需要发展新能源所需的发电设备，需要开发新材料、新结构、新工艺，制造出新品种的电机。
二、大容量汽轮发电机制造的趋向
1.冷却系统。定子绕组采用间接冷却方式，热流经槽壁，从绕组绝缘传至铁心。对中等长度以上的发电机，机座作为定子通风风道，使空气不仅通过气隙而且通过铁心外圆进入各段铁心，以使轴向温度均匀分布。转子绕组采用直接冷却方式，绕组导线为空心导线，冷却空气直接进入导线冷却。冷却系统有两套对称回路，与转子本体两端风扇相对应，与冷却器的位置无关。转子冷却空气由护环与转轴间风道进入转子线圈端部区域，通过槽口处的铜线风口进入空心铜线后分成两路气流。一路气流经过槽部空心铜线抵达转子中部，然后由铜线和槽楔上的径向通风孔排出。另一路气流对定子端部线圈冷却后沿轴向风道进入机座第二室，经铁心叠片进入气隙，并再次分流。一半沿进方向折回第一气室；另一半与来自机组中部的转子冷却空气汇合，再沿叠片，经第三气室和第二冷却器返回风扇。补气过滤器安装在静压力最低点。
2.定子结构特点。定子机座采用薄钢板焊接的上下水平剖分两半结构。因空气冷却无特殊气密要求，机座焊接后所有面不再加工，以节约成本。因此对机座焊接工艺、控制焊接变形的要求较严。定子冲片每层均由6片组成。定子铁心外压装，冲片外圆呈多边形，铁心每叠500mm，用6个油压千斤压一次。冲片叠装后在压力下将冲片与背部12根定位筋焊接。外压装使得观察叠压情况非常直观。调节也极为方便，可使铁心各部分的叠压紧疏相同，两个端面平行度保持在1mm以内，全长的弯曲不超过0.4mm，保证了铁心叠压的高质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆定子铁心压圈采用非磁性的铝合金制成，除具有良好的机械性能外，压圈在铁心端部形成了良好的屏蔽，降低了发电机的端部损耗。另外，定子压圈加工有一定的斜度，使铁心压装后有自锁作用。采用一种特殊的悬吊装置，使铁心与机座间机械上隔离。图+为该类空冷发电机上使用的结构。铁心外周焊接一组圆环。圆环两侧各有一连接板，其作用相当于弹簧板。在铁心装入下半机座后，弹簧板利用短管与机座连接。铁心振动通过机座板削弱后传至基础，隔振效果明显。采用外压装铁心的另一个优点是，定子铁心尺寸小，便于整浸，定子铁心与机座可平行作业，缩短了生产周期，适合于批量生产的需要。
3.无刷励磁系统。悬挂式同轴励磁机，其轴向尺寸较小，采用单整流环全波整流，旋转整流器的二极管采用阻容保护。励磁机磁场回路中装有二极管磁场继电器，间接地监视整流桥，以便在二极管万一阻断或击穿时，使发电机迅速跳闸，以保护其他二极管自动电压调节系统。AVR有双通道，其性能可满足发电机独立运行和并网运行多种工况较高的需求。其双通道励磁系统由两个独立的通道系统组成。一个通道通常处于运行状态，它完成发电机的电压调节，称主通道。另一通道除输出极被阻塞外也全部投入，称备用通道。备用通道装有控制和跟踪系统，在励磁过程中，主通道的工作一直被监视，并且自动跟踪备用通道，随主通道工作点调整，保证主通道从测量到输出之间发生故障时，主通道能平滑地，无扰动地向备用通道切换，整个系统不但具有较高的自动化水平，而且具有良好可靠性。
4.绝缘材料。21世纪初期我们制造大型汽轮发电机定子线棒就需要用粘结强度好的少胶粉云母带包扎经真空无溶剂浸渍（VPI）制造。电网用电峰谷差很大，要求发电机定子、转子绕组绝缘都经过1万次冷热循环试验验证。空气、氢冷表面冷却汽轮发电机对绝缘的导热性能还要求有大幅度提高，这就需要改进云母带材料组成的漆等的导热性能。大型汽轮发电机定子绕组端部固定，还需要有符合设计要求的机械强度、热膨胀系数的玻璃纤维交织绕成的大锥环，无气隙高强度阻燃层压板制成的支撑件，另外还需各种耐温等级高、机械强度、电气强度好的薄膜、绑带绝缘制品。利用金属氧化物的纳米微粒提高和改造合成涂料、纤维和薄膜的性能已有报导和应用。某公司最新研制的Kaplon CR薄膜，就是一种含有纳米无机粉料的聚酰亚胺薄膜，它大大提高了PI薄膜的耐电晕性能，可以用于耐电晕薄膜绕包线，制造大功率变频电机。运用纳米技术，可以在低温、低压下生产质地精密且具有显著超塑性的纳米陶瓷，预计可能制造成陶瓷绝缘线。总之绝缘材料及绝缘工艺的改进，是使21世纪汽轮发电机发展的一个重要方面。
三、提高汽轮发电机制造效率
在借鉴国内外汽轮发电机制造工艺的基础上，总结我们的工艺、制造经验，通过试验，对某些工艺进行了改进，主要有采用循环水压的方法取代发电机机座的焊接后消应力热处理。将机座吊攀座板的金加工由机座焊接完成后加工，改为吊攀座板先单件加工后装配焊接，避免了吊攀座板加工占用大型锉床。机座环板等返焊件通过数控下料等工艺措施取消金加工，降低6.3 m 立车的负荷，避免了部件加工及转运，大大缩短了生产制造周期，提高了生产效率。半自动混合气体保护焊代替手工电弧焊等优化工艺的实施，降低了大型加工设备负荷，节省了加工及部件转运时间，大大缩短了生产制造周期，提高了生产效率，降低了生产成本。
在不断发展的大机组、高参数、高度自动化的大电网中，对大型汽轮发电机的设计制造，还会有新的问题需要研究，新能源所用的发电机，也有许多问题等待研究。随着我国电网容量的不断增大，大型超超临界火电机组已成为我国火电机组的发展方向。
参考文献：
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[2]黄迪南.中国能源工业的挑战与新发电技术[R].上海电机工程学会学术报告，2015.
[3]刘大力.非晶态合金铁心配电变压器及应用[J].电气技术，2015（12）.
论文作者:原公正
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
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