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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

（七）大机组应具备吸收无功功率的能力20

（六）汽轮发电机组的快关问题20

（五）汽轮发电机组的频率变化能力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

（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

四、中国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

（一）设计准备95

二、汽轮发电机设计的过程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

（九）空载特性曲线133

（八）空载总磁通势和空载励磁电流的计算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Xp139

（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

（一）定子铁心的作用189

（二）定子铁心冲片材料189

二、定子铁心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

（一）铁心振动的危害及防振措施212

三、机座和铁心的隔振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

（一）转子绕组的材料和种类291

二、转子绕组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

（一）护环和中心环的作用329

四、护环、中心环和滑环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

一、概述371

第七章 励磁系统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

三、励磁系统主要性能指标380

（二）主要动态指标380

（一）主要静态指标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

（四）对发电机进行灭磁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

（一）励磁变压器393

六、自并励静止励磁系统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

（三）自动励磁调节装置辅助功能397

（二）主要功能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

（一）概述444

三、水一氢冷发电机定子线圈冷却水系统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

（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

一、汽轮发电机的产品试验453

第九章 试验及监测仪表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

一、概述489

第十章 转子系统的振动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

（二）轴系的扭转振动的动力特性及控制506

（一）轴系的扭转振动的设计要求（某些外国公司标准）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

（一）概述515

三、汽轮发电机失磁异步运行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

二、我国核电站1000MWe级发电机容量和转速的选择525

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

一、问题的提出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）1000MWe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

（三）超临界1000MW级机组容量的选择543

（二）超临界机组发电机的特点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++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

附录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GDP578

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

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

附录四 汽轮发电机温升限值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