沖擊發(fā)電機(jī)基本數(shù)據(jù)與外形

發(fā)電機(jī)基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

沖擊發(fā)電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、座式軸承、空氣冷卻器、座板、刷架等部件組成，外形見(jiàn)圖1。

沖擊發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)

沖擊發(fā)電機(jī)應(yīng)能經(jīng)受突然短路時(shí)的巨大沖擊力。機(jī)座結(jié)構(gòu)應(yīng)比一般發(fā)電機(jī)更為牢固，應(yīng)具有足夠的剛強(qiáng)度以滿足短路運(yùn)行的要求。機(jī)座是用鋼板焊接的，外殼采用優(yōu)質(zhì)鋼板滾制拼焊而成。整個(gè)機(jī)座焊接后經(jīng)過(guò)消除焊接應(yīng)力處理。定子鐵心由經(jīng)絕緣處理的高導(dǎo)磁、低損耗無(wú)取向冷軋硅鋼板沖制扇形片疊裝而成。定位筋為剛性定位筋。這種定位筋結(jié)構(gòu)固定可靠，抗沖擊能力強(qiáng)。定位筋數(shù)量比常規(guī)發(fā)電機(jī)多。定子線棒在直線部分采用羅貝爾換位，可使因集膚效應(yīng)引起的附加損耗和股間環(huán)流損耗，包括端部橫向磁場(chǎng)差異引起的附加損耗大為減少。

定子線棒對(duì)地絕緣采用F級(jí)云母帶連續(xù)纏繞模壓成型。線棒絕緣電壓等級(jí)采用15.75kV等級(jí)。為了消除定子繞組的電暈放電現(xiàn)象，在槽內(nèi)采用低阻結(jié)構(gòu)，端部采用低、中、高阻搭接過(guò)渡防暈結(jié)構(gòu)，同時(shí)一次模壓成型。定子線棒具有良好的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和防暈性能。定子繞組端部結(jié)構(gòu)是大型沖擊發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題，它直接影響發(fā)電機(jī)的可靠性。沖擊發(fā)電機(jī)在短短幾周波內(nèi)流過(guò)的巨大電流，產(chǎn)生電動(dòng)力作用在繞組端部，引起繞組的振動(dòng)和變形。同時(shí)沖擊發(fā)電機(jī)每年要進(jìn)行數(shù)千次短路試驗(yàn)，所以必須把端部繞組牢牢地固定，把變形和振動(dòng)控制在最小數(shù)值，以獲得較長(zhǎng)的使用壽命。因此沖擊發(fā)電機(jī)不能采用常規(guī)發(fā)電機(jī)繞組端部的結(jié)構(gòu)和固定形式。定子端部所有固定件與線圈或引線之間均墊適形材料，以保證線圈絕緣不受損壞。根據(jù)沖擊發(fā)電機(jī)端部電動(dòng)力大這一特點(diǎn)，采用了能滿足該機(jī)械性能要求的新型灌注膠結(jié)構(gòu)。定子內(nèi)壓圈和外壓圈將定子繞組端部整體地固定在一起，內(nèi)部灌環(huán)氧樹(shù)脂。這樣組成了牢固結(jié)構(gòu)以保證槽部線圈及定子繞組端部能夠滿足長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。定子引線由壓板牢固地固定在定子壓圈上，以防突然短路時(shí)變形。固定螺釘及螺母材料均為非磁性材料，螺釘處套絕緣管以增大爬電距離。定子線圈端部外側(cè)用非磁性鑄鋼圈，內(nèi)側(cè)用鑄硅黃銅壓圈將線圈端部固緊。線圈間間隙用云母板和膠填充，以防突然短路時(shí)線圈變形。

沖擊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子軸采用強(qiáng)度高，導(dǎo)磁性能好，脆性轉(zhuǎn)變溫度低的25CrNi3MoV鍛件制造。護(hù)環(huán)采用強(qiáng)度高、耐應(yīng)力腐蝕的18Mn18Cr鍛件制造。由于試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)和線路中的損耗由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能提供，因而在一次試驗(yàn)后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在瞬間急劇下降。這將可能引起護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子本體間有相對(duì)位移，護(hù)環(huán)的熱套緊量應(yīng)考慮在短路試驗(yàn)時(shí)由于配合部分溫升使熱套面的壓力不減小，以及短路試驗(yàn)時(shí)配合部分的溫升和超速時(shí)線圈護(hù)環(huán)的變形不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。為此，護(hù)環(huán)與本體應(yīng)采用足夠大的緊量，其間的摩擦應(yīng)足以防止護(hù)環(huán)移動(dòng)。沖擊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為氣體表面冷卻。銅導(dǎo)體中熱量經(jīng)絕緣傳到轉(zhuǎn)子齒，再由轉(zhuǎn)子表面到氣隙，所以轉(zhuǎn)子線圈結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)子線圈采用含銀銅線。因?yàn)楹y銅線具有比一般銅線較好的抗蠕變性能和較高的屈服點(diǎn)以滿足頻繁起停機(jī)運(yùn)行的要求。

轉(zhuǎn)子槽襯采用有足夠的絕緣性能和機(jī)械性能材料。它應(yīng)能承受不同膨脹系數(shù)的作用而不致變形和開(kāi)裂，而且它還必須承受壓縮和局部應(yīng)力集中彎曲和剪切應(yīng)力，同時(shí)應(yīng)適應(yīng)沖擊發(fā)電機(jī)的反復(fù)強(qiáng)勵(lì)的要求。為了滿足強(qiáng)勵(lì)電壓的要求，轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣、槽襯、引線絕緣、導(dǎo)電桿絕緣等處絕緣均采用特殊高壓絕緣材料以適應(yīng)頻繁起動(dòng)和沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)，厚度應(yīng)高于常規(guī)發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子繞組中的絕緣墊塊、匝間絕緣，護(hù)環(huán)下的扇形絕緣均采用高強(qiáng)度F級(jí)的絕緣材料以適應(yīng)頻繁起動(dòng)和沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子出廠耐壓應(yīng)遠(yuǎn)高于正常電機(jī)。作試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)為兩相負(fù)載，負(fù)序電流大。為了提高發(fā)電機(jī)承受不平衡負(fù)荷能力，有效地削弱負(fù)序電流對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)熱的不利影響，沖擊發(fā)電機(jī)采用全阻尼系統(tǒng)。為了防止不平衡試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)子齒及槽楔過(guò)熱，采取下列特殊結(jié)構(gòu):

1）采用導(dǎo)電性能良好的槽楔以增強(qiáng)阻尼作用；

2） 在槽部槽楔下放4層通長(zhǎng)阻尼條與在護(hù)環(huán)下裝有弧狀扇形件帶有突出的齒，以便插入槽內(nèi)與槽內(nèi)阻尼條搭接；

3） 在大齒上開(kāi)有軸向槽，在槽內(nèi)裝有同正常槽一樣的阻尼繞組和槽楔。這樣由轉(zhuǎn)子本體、槽楔、阻尼繞組形成更有效的阻尼系統(tǒng)。

沖擊發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

沖擊發(fā)電機(jī)瞬時(shí)短路容量很大，損耗也很大，但持續(xù)時(shí)間很短，產(chǎn)生的發(fā)熱量較同體積常規(guī)發(fā)電機(jī)的熱量小。因此，采用封閉空冷系統(tǒng)，定子、轉(zhuǎn)子、繞組和鐵心都采用空氣表面冷卻，以便于使用和維護(hù)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單化。

沖擊發(fā)電機(jī)是高壓斷路器、高壓開(kāi)關(guān)、變壓器等設(shè)備進(jìn)行沖擊性高壓大電流試驗(yàn)檢測(cè)的設(shè)備，對(duì)促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展有著舉足輕重的影響。其設(shè)計(jì)制造技術(shù)難度很高。沖擊發(fā)電機(jī)相當(dāng)于以事故工況運(yùn)行的發(fā)電機(jī)。沖擊發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)就是整個(gè)運(yùn)行工況都是處于突然短路的瞬變過(guò)程。每一次試驗(yàn)都

相當(dāng)于常規(guī)發(fā)電機(jī)出線端口的一次突然短路。常規(guī)發(fā)電機(jī)發(fā)生出線端口的突然短路事故后必須進(jìn)行必要的檢修及加固處理，整個(gè)壽命期內(nèi)不允許超過(guò)三次突然短路事故，而沖擊發(fā)電機(jī)每天都可能進(jìn)行幾十次短路試驗(yàn)。

1）機(jī)殼的安裝工藝。

機(jī)殼安裝時(shí)，具體參考標(biāo)準(zhǔn)如下：機(jī)組設(shè)備的X、Y基準(zhǔn)線是機(jī)殼安裝時(shí)的重要參考，安裝時(shí)，應(yīng)遵循以下規(guī)范：安裝后機(jī)殼與機(jī)組X、Y基準(zhǔn)線的偏差應(yīng)小于±1mm，高度上的偏差應(yīng)小于±2mm，機(jī)殼上法蘭面的水平偏差應(yīng)小于0.05mm/m；任何機(jī)殼安裝時(shí)都應(yīng)該注意密封工作，對(duì)于沒(méi)有采用密封機(jī)殼的設(shè)備，機(jī)殼的組合面表層應(yīng)涂密封膠；特別是對(duì)于立式機(jī)組來(lái)說(shuō)，在機(jī)殼上人工焊接的各噴嘴法蘭，它們的高度應(yīng)保持一致，允許誤差范圍是±1mm，另外，各噴嘴法蘭與機(jī)組X、Y基準(zhǔn)線的距離應(yīng)符合各設(shè)備的不同標(biāo)準(zhǔn)要求，其垂直度必須保證小于0.30mm/m；中心距的確定應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際長(zhǎng)度和它的熱膨脹伸長(zhǎng)值等因素。對(duì)于配置兩個(gè)機(jī)組的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)機(jī)組機(jī)殼的相對(duì)高差應(yīng)保證小于1mm。

2）水輪機(jī)軸的安裝工藝。

法蘭面的平整度，光潔度對(duì)于水輪機(jī)軸的安裝至關(guān)重要，在安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查；相對(duì)于普通機(jī)組，立式機(jī)組的水輪機(jī)軸安裝時(shí)，其上法蘭面的安裝應(yīng)比預(yù)先設(shè)計(jì)好的高程低20mm-25mm；對(duì)于一些發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與水輪機(jī)軸連接的機(jī)組，安裝時(shí)應(yīng)注意保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子法蘭與水輪機(jī)軸法蘭的同軸度、平行度等符合具體安裝標(biāo)準(zhǔn)，此外，水輪機(jī)主軸的水平與垂直偏差應(yīng)小于0.02mm/m；在安裝水導(dǎo)軸承時(shí)，應(yīng)事先與機(jī)組軸線進(jìn)行比對(duì)，如符合設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行安裝。

3）轉(zhuǎn)輪的安裝工藝。

轉(zhuǎn)輪的安裝應(yīng)符合下列要求：轉(zhuǎn)輪水斗分刃旋轉(zhuǎn)平面應(yīng)通過(guò)機(jī)殼上裝噴管的法蘭中心，其偏差確保小于2mm；轉(zhuǎn)輪軸的水平與垂直偏差應(yīng)小于0.02mm/m；轉(zhuǎn)輪端面跳動(dòng)量不應(yīng)大于0.05mm/m；轉(zhuǎn)輪與擋水板間隙，一般為4～10mm；防漏裝置與主軸的間隙應(yīng)大于軸承間隙0.3～0.5mm。安裝后各間隙與實(shí)際平均間隙之差，不應(yīng)超過(guò)實(shí)際平均間隙值的±40%；其排水孔應(yīng)暢通。2.4引水管路的安裝工藝。引水管路安裝時(shí)，其進(jìn)口中心線與機(jī)組X、Y基準(zhǔn)線的距離偏差應(yīng)小于進(jìn)口直徑的±2‰；在配水環(huán)管法蘭與噴嘴法蘭之間應(yīng)設(shè)有一定厚度的調(diào)整墊板，用于修正配水環(huán)管在安裝焊接、澆注混凝土過(guò)程中引起的偏差；焊接分流管法蘭時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制，避免法蘭產(chǎn)生有害的變形，分流管焊接完成后，應(yīng)檢查每一個(gè)法蘭及噴嘴支撐面的高程、每個(gè)法蘭相互之間的距離、垂直度等指標(biāo)，控制其偏差范圍，符合設(shè)計(jì)要求；分流管與叉管焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行，避免發(fā)生滲漏現(xiàn)象，同時(shí)保證叉管法蘭不產(chǎn)生有害變形；

5）控制機(jī)構(gòu)的安裝工藝。

控制機(jī)構(gòu)安裝時(shí)要注意各元件活動(dòng)的靈活性，并保證各元件的中心偏差小于±2mm，高度的偏差小于±1.5mm；調(diào)整折向器與噴針行程的協(xié)聯(lián)關(guān)系，使之符合設(shè)計(jì)要求。保證噴針在任意行程時(shí)，折向器開(kāi)口都大于該行程時(shí)射流半徑3mm，但必須小于6mm。同時(shí)保證折各向器動(dòng)作的同步性，符合設(shè)計(jì)要求。統(tǒng)計(jì)調(diào)速器開(kāi)度與噴針行程和折向器開(kāi)口的關(guān)系；作緊急停機(jī)模擬試驗(yàn)，記錄噴針和折向器自全開(kāi)至全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，其數(shù)值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6）噴嘴及接力器的安裝工藝。

噴嘴、接力器所處的位置決定了它們必須保證耐壓性，所以在安裝前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求要其耐壓能力的試驗(yàn)，如在一定額定壓力下，噴針及接力器的動(dòng)作應(yīng)保持靈活、噴針頭和噴嘴口間應(yīng)保持緊密；冶勒水電站的已有經(jīng)驗(yàn)顯示，6個(gè)噴嘴帶來(lái)很多益處，噴嘴數(shù)量的增多能有效提高機(jī)組的比轉(zhuǎn)速、效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同原有5個(gè)噴嘴相比，效率提高了0.5%，6個(gè)噴嘴同時(shí)優(yōu)化了機(jī)組的剛度和結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性；另外當(dāng)噴針的接力器為內(nèi)置式接力器時(shí)，必須保證排污腔的密封性，不能出現(xiàn)滲漏情況；噴嘴中心線應(yīng)與轉(zhuǎn)輪圓面嚴(yán)格保持相切關(guān)系；緩沖簧應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，其壓縮長(zhǎng)度的偏差應(yīng)小于±1mm。

7）水輪機(jī)軸承的安裝工藝。

相比于普通水輪機(jī)，立式水輪機(jī)軸承的安裝存在一些特殊要求：軸承的位置必須固定，安裝后要檢查軸承法蘭的坐標(biāo)，其高程偏差應(yīng)小于±2mm，水平偏差應(yīng)小于±0.4mm；水導(dǎo)軸承安裝前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，其支架要進(jìn)行預(yù)裝配，水導(dǎo)軸承支架的中心與機(jī)組中心要保持一致，以保證機(jī)組的穩(wěn)定性。預(yù)裝完成后再按要求進(jìn)行實(shí)際安裝。

8）配水環(huán)管的安裝工藝。

以機(jī)組X、Y軸線為基準(zhǔn)，進(jìn)行配水環(huán)管進(jìn)口法蘭的調(diào)整。保證與后面安裝的水輪機(jī)進(jìn)口球閥和壓力鋼管在同一軸線上。進(jìn)水口與噴針?lè)ㄌm的垂直度要按要求嚴(yán)格檢查：每個(gè)法蘭的垂直度要用線墜檢查；在穩(wěn)水柵上自制安裝專用平臺(tái)，用全站儀找出機(jī)組中心點(diǎn)。用以測(cè)量噴嘴法蘭到機(jī)組中心點(diǎn)的距離，保證轉(zhuǎn)輪與噴嘴法蘭同心；在每個(gè)噴嘴法蘭面相平行的100mm的位置，安裝一個(gè)槽鋼架，通過(guò)計(jì)算角度和精密全站儀找出法蘭的中心點(diǎn)并做標(biāo)記，該點(diǎn)作為法蘭調(diào)整測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

沖擊同步發(fā)電機(jī)專門(mén)設(shè)計(jì)的短路容量大、阻抗小、機(jī)械強(qiáng)度高、能反復(fù)承受短路方式的巨型同步發(fā)電機(jī)，其單臺(tái)容t達(dá)100~300MW。為了降低沖擊同步發(fā)電機(jī)的阻抗，其磁通密度設(shè)計(jì)得較低，且氣隙小，結(jié)構(gòu)的精度和強(qiáng)度要求高，因而材料消耗大。例如，日本東芝公司的7400型兩極機(jī)的標(biāo)稱短路容量為740。MV·A，總重464t，德國(guó)的西門(mén)子公司的4350型八極機(jī)標(biāo)稱三相短路容量為4350MV·A，總重達(dá)630t，比同容童普通機(jī)組的重量高出約2倍。沖擊同步發(fā)電機(jī)多為兩極強(qiáng)阻尼型或多極弱阻尼型，運(yùn)行時(shí)，借助于電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，將其定子出線端突然短路以獲得數(shù)百千安的大電流。

有兩種方法：①描述沖擊波形本身的固有特性。可在時(shí)域內(nèi)用波形的形狀、峰值、脈沖寬度（即持續(xù)時(shí)間）等參量描述，這種描述適用于簡(jiǎn)單脈沖型沖擊；也可在頻域內(nèi)用傅里葉譜求出沖擊的主要頻率分量和頻率范圍，這種描述既適用于簡(jiǎn)單脈沖型沖擊也適用于復(fù)雜脈沖型沖擊。圖2為半正弦脈沖及其傅里葉幅值譜。②描述沖擊對(duì)系統(tǒng)的作用效果。可采用沖擊響應(yīng)譜（簡(jiǎn)稱沖擊譜），即無(wú)阻尼的或有阻尼的單自由度系統(tǒng)對(duì)作用在系統(tǒng)基座上的沖擊的響應(yīng)峰值同該系統(tǒng)同有頻率的函數(shù)關(guān)系。沖擊譜又可細(xì)分為：僅在作用期間獲得的沖擊譜稱為初始沖擊譜（簡(jiǎn)稱主譜）；在沖擊作用之后獲得的沖擊譜稱為剩余沖擊譜（簡(jiǎn)稱余譜）；主譜和余譜中取最大值后形成的沖擊譜稱為最大譜。圖3為半正弦脈沖作用于無(wú)阻尼單自由度系統(tǒng)后得到的沖擊譜。

沖擊譜的概念提出較早，由于它比較簡(jiǎn)單，而且很多系統(tǒng)在一定程度上可以當(dāng)作單自由度系統(tǒng)，所以可以通過(guò)沖擊譜了解機(jī)器設(shè)備因受沖擊而破壞的程度，因此沖擊譜至今仍是研究沖擊的重要工具。但它沒(méi)有考慮到相位因素，提供的只是一種不完整的信息。

沖擊同步發(fā)電機(jī)它可以單臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行，也可以多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行以獲得更大的短路容量。兩極機(jī)組的本體及基礎(chǔ)承受的力矩均較小，但端部繞組受力較大.拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般為數(shù)兆瓦的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，將沖擊同步發(fā)電機(jī)帶到額定轉(zhuǎn)速后，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)即行脫離電源，整個(gè)機(jī)組靠自身慣性運(yùn)行，使電力系統(tǒng)免受沖擊負(fù)荷的影響。尾接電抗器安裝在沖擊同步發(fā)電機(jī)各相定子繞組尾部的線性電抗器，借以限制發(fā)電機(jī)的內(nèi)部短路電流。發(fā)展?fàn)顩r1912年德國(guó)AEG公司建成世界第一個(gè)沖擊同步發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站。70年代，沖擊同步發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站發(fā)展迅速，以建于荷蘭電工器材試驗(yàn)有限公司的荷蘭KEMA大功率實(shí)臉站的規(guī)棋最大，它是世界性的權(quán)威機(jī)構(gòu)。能生產(chǎn)沖擊同步發(fā)電機(jī)的公司及制造廠有ABB集團(tuán)公司、意大利的TIBB公司、日本的東芝公司和日立公司、德國(guó)的西門(mén)子公司和AEG公司、蘇聯(lián)的電力工廠以及中國(guó)的哈爾濱電機(jī)廠。