沖擊發(fā)電機是高壓斷路器、高壓開關、變壓器等設備進行沖擊性高壓大電流試驗檢測的設備，對促進電力系統(tǒng)的發(fā)展有著舉足輕重的影響。其設計制造技術難度很高。沖擊發(fā)電機相當于以事故工況運行的發(fā)電機。沖擊發(fā)電機的運行特點就是整個運行工況都是處于突然短路的瞬變過程。每一次試驗都

相當于常規(guī)發(fā)電機出線端口的一次突然短路。常規(guī)發(fā)電機發(fā)生出線端口的突然短路事故后必須進行必要的檢修及加固處理，整個壽命期內(nèi)不允許超過三次突然短路事故，而沖擊發(fā)電機每天都可能進行幾十次短路試驗。

沖擊發(fā)電機基本數(shù)據(jù)與外形

發(fā)電機基本數(shù)據(jù)見表1。

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

沖擊發(fā)電機定子結(jié)構

沖擊發(fā)電機應能經(jīng)受突然短路時的巨大沖擊力。機座結(jié)構應比一般發(fā)電機更為牢固，應具有足夠的剛強度以滿足短路運行的要求。機座是用鋼板焊接的，外殼采用優(yōu)質(zhì)鋼板滾制拼焊而成。整個機座焊接后經(jīng)過消除焊接應力處理。定子鐵心由經(jīng)絕緣處理的高導磁、低損耗無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)構固定可靠，抗沖擊能力強。定位筋數(shù)量比常規(guī)發(fā)電機多。定子線棒在直線部分采用羅貝爾換位，可使因集膚效應引起的附加損耗和股間環(huán)流損耗，包括端部橫向磁場差異引起的附加損耗大為減少。

定子線棒對地絕緣采用F級云母帶連續(xù)纏繞模壓成型。線棒絕緣電壓等級采用15.75kV等級。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，端部采用低、中、高阻搭接過渡防暈結(jié)構，同時一次模壓成型。定子線棒具有良好的絕緣強度、機械強度和防暈性能。定子繞組端部結(jié)構是大型沖擊發(fā)電機的關鍵問題，它直接影響發(fā)電機的可靠性。沖擊發(fā)電機在短短幾周波內(nèi)流過的巨大電流，產(chǎn)生電動力作用在繞組端部，引起繞組的振動和變形。同時沖擊發(fā)電機每年要進行數(shù)千次短路試驗，所以必須把端部繞組牢牢地固定，把變形和振動控制在最小數(shù)值，以獲得較長的使用壽命。因此沖擊發(fā)電機不能采用常規(guī)發(fā)電機繞組端部的結(jié)構和固定形式。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)電機端部電動力大這一特點，采用了能滿足該機械性能要求的新型灌注膠結(jié)構。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)氧樹脂。這樣組成了牢固結(jié)構以保證槽部線圈及定子繞組端部能夠滿足長期可靠運行。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，以防突然短路時線圈變形。

沖擊發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構

轉(zhuǎn)子軸采用強度高，導磁性能好，脆性轉(zhuǎn)變溫度低的25CrNi3MoV鍛件制造。護環(huán)采用強度高、耐應力腐蝕的18Mn18Cr鍛件制造。由于試驗時發(fā)電機和線路中的損耗由發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動能提供，因而在一次試驗后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在瞬間急劇下降。這將可能引起護環(huán)與轉(zhuǎn)子本體間有相對位移，護環(huán)的熱套緊量應考慮在短路試驗時由于配合部分溫升使熱套面的壓力不減小，以及短路試驗時配合部分的溫升和超速時線圈護環(huán)的變形不能超過標準。為此，護環(huán)與本體應采用足夠大的緊量，其間的摩擦應足以防止護環(huán)移動。沖擊發(fā)電機轉(zhuǎn)子為氣體表面冷卻。銅導體中熱量經(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)構較為簡單。轉(zhuǎn)子線圈采用含銀銅線。因為含銀銅線具有比一般銅線較好的抗蠕變性能和較高的屈服點以滿足頻繁起停機運行的要求。

轉(zhuǎn)子槽襯采用有足夠的絕緣性能和機械性能材料。它應能承受不同膨脹系數(shù)的作用而不致變形和開裂，而且它還必須承受壓縮和局部應力集中彎曲和剪切應力，同時應適應沖擊發(fā)電機的反復強勵的要求。為了滿足強勵電壓的要求，轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣、槽襯、引線絕緣、導電桿絕緣等處絕緣均采用特殊高壓絕緣材料以適應頻繁起動和沖擊負荷的特點，厚度應高于常規(guī)發(fā)電機。轉(zhuǎn)子繞組中的絕緣墊塊、匝間絕緣，護環(huán)下的扇形絕緣均采用高強度F級的絕緣材料以適應頻繁起動和沖擊負荷的特點。轉(zhuǎn)子出廠耐壓應遠高于正常電機。作試驗時，有時為兩相負載，負序電流大。為了提高發(fā)電機承受不平衡負荷能力，有效地削弱負序電流對轉(zhuǎn)子發(fā)熱的不利影響，沖擊發(fā)電機采用全阻尼系統(tǒng)。為了防止不平衡試驗時轉(zhuǎn)子齒及槽楔過熱，采取下列特殊結(jié)構:

1）采用導電性能良好的槽楔以增強阻尼作用；

2） 在槽部槽楔下放4層通長阻尼條與在護環(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)電機通風冷卻系統(tǒng)

沖擊發(fā)電機瞬時短路容量很大，損耗也很大，但持續(xù)時間很短，產(chǎn)生的發(fā)熱量較同體積常規(guī)發(fā)電機的熱量小。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，使系統(tǒng)簡單化。

1）機殼的安裝工藝。

機殼安裝時，具體參考標準如下：機組設備的X、Y基準線是機殼安裝時的重要參考，安裝時，應遵循以下規(guī)范：安裝后機殼與機組X、Y基準線的偏差應小于±1mm，高度上的偏差應小于±2mm，機殼上法蘭面的水平偏差應小于0.05mm/m；任何機殼安裝時都應該注意密封工作，對于沒有采用密封機殼的設備，機殼的組合面表層應涂密封膠；特別是對于立式機組來說，在機殼上人工焊接的各噴嘴法蘭，它們的高度應保持一致，允許誤差范圍是±1mm，另外，各噴嘴法蘭與機組X、Y基準線的距離應符合各設備的不同標準要求，其垂直度必須保證小于0.30mm/m；中心距的確定應考慮發(fā)電機轉(zhuǎn)子的實際長度和它的熱膨脹伸長值等因素。對于配置兩個機組的發(fā)電機來說，兩個機組機殼的相對高差應保證小于1mm。

2）水輪機軸的安裝工藝。

法蘭面的平整度，光潔度對于水輪機軸的安裝至關重要，在安裝前應仔細檢查；相對于普通機組，立式機組的水輪機軸安裝時，其上法蘭面的安裝應比預先設計好的高程低20mm-25mm；對于一些發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接與水輪機軸連接的機組，安裝時應注意保持發(fā)電機轉(zhuǎn)子法蘭與水輪機軸法蘭的同軸度、平行度等符合具體安裝標準，此外，水輪機主軸的水平與垂直偏差應小于0.02mm/m；在安裝水導軸承時，應事先與機組軸線進行比對，如符合設計要求，再進行安裝。

3）轉(zhuǎn)輪的安裝工藝。

轉(zhuǎn)輪的安裝應符合下列要求：轉(zhuǎn)輪水斗分刃旋轉(zhuǎn)平面應通過機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小于0.02mm/m；轉(zhuǎn)輪端面跳動量不應大于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大于軸承間隙0.3～0.5mm。安裝后各間隙與實際平均間隙之差，不應超過實際平均間隙值的±40%；其排水孔應暢通。2.4引水管路的安裝工藝。引水管路安裝時，其進口中心線與機組X、Y基準線的距離偏差應小于進口直徑的±2‰；在配水環(huán)管法蘭與噴嘴法蘭之間應設有一定厚度的調(diào)整墊板，用于修正配水環(huán)管在安裝焊接、澆注混凝土過程中引起的偏差；焊接分流管法蘭時，應嚴格控制，避免法蘭產(chǎn)生有害的變形，分流管焊接完成后，應檢查每一個法蘭及噴嘴支撐面的高程、每個法蘭相互之間的距離、垂直度等指標，控制其偏差范圍，符合設計要求；分流管與叉管焊接時應嚴格按要求進行，避免發(fā)生滲漏現(xiàn)象，同時保證叉管法蘭不產(chǎn)生有害變形；

5）控制機構的安裝工藝。

控制機構安裝時要注意各元件活動的靈活性，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)關系，使之符合設計要求。保證噴針在任意行程時，折向器開口都大于該行程時射流半徑3mm，但必須小于6mm。同時保證折各向器動作的同步性，符合設計要求。統(tǒng)計調(diào)速器開度與噴針行程和折向器開口的關系；作緊急停機模擬試驗，記錄噴針和折向器自全開至全關的動作時間，其數(shù)值應符合設計要求。

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，所以在安裝前應按設計要求要其耐壓能力的試驗，如在一定額定壓力下，噴針及接力器的動作應保持靈活、噴針頭和噴嘴口間應保持緊密；冶勒水電站的已有經(jīng)驗顯示，6個噴嘴帶來很多益處，噴嘴數(shù)量的增多能有效提高機組的比轉(zhuǎn)速、效率和技術經(jīng)濟指標，同原有5個噴嘴相比，效率提高了0.5%，6個噴嘴同時優(yōu)化了機組的剛度和結(jié)構，提高了機組的可靠性和穩(wěn)定性；另外當噴針的接力器為內(nèi)置式接力器時，必須保證排污腔的密封性，不能出現(xiàn)滲漏情況；噴嘴中心線應與轉(zhuǎn)輪圓面嚴格保持相切關系；緩沖簧應符合設計要求，其壓縮長度的偏差應小于±1mm。

7）水輪機軸承的安裝工藝。

相比于普通水輪機，立式水輪機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，其高程偏差應小于±2mm，水平偏差應小于±0.4mm；水導軸承安裝前應做好準備工作，其支架要進行預裝配，水導軸承支架的中心與機組中心要保持一致，以保證機組的穩(wěn)定性。預裝完成后再按要求進行實際安裝。

8）配水環(huán)管的安裝工藝。

以機組X、Y軸線為基準，進行配水環(huán)管進口法蘭的調(diào)整。保證與后面安裝的水輪機進口球閥和壓力鋼管在同一軸線上。進水口與噴針法蘭的垂直度要按要求嚴格檢查：每個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，用全站儀找出機組中心點。用以測量噴嘴法蘭到機組中心點的距離，保證轉(zhuǎn)輪與噴嘴法蘭同心；在每個噴嘴法蘭面相平行的100mm的位置，安裝一個槽鋼架，通過計算角度和精密全站儀找出法蘭的中心點并做標記，該點作為法蘭調(diào)整測量的基準點。

沖擊同步發(fā)電機專門設計的短路容量大、阻抗小、機械強度高、能反復承受短路方式的巨型同步發(fā)電機，其單臺容t達100~300MW。為了降低沖擊同步發(fā)電機的阻抗，其磁通密度設計得較低，且氣隙小，結(jié)構的精度和強度要求高，因而材料消耗大。例如，日本東芝公司的7400型兩極機的標稱短路容量為740。MV·A，總重464t，德國的西門子公司的4350型八極機標稱三相短路容量為4350MV·A，總重達630t，比同容童普通機組的重量高出約2倍。沖擊同步發(fā)電機多為兩極強阻尼型或多極弱阻尼型，運行時，借助于電動機拖動，待達到額定轉(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?？稍跁r域內(nèi)用波形的形狀、峰值、脈沖寬度（即持續(xù)時間）等參量描述，這種描述適用于簡單脈沖型沖擊；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單脈沖型沖擊也適用于復雜脈沖型沖擊。圖2為半正弦脈沖及其傅里葉幅值譜。②描述沖擊對系統(tǒng)的作用效果?？刹捎脹_擊響應譜（簡稱沖擊譜），即無阻尼的或有阻尼的單自由度系統(tǒng)對作用在系統(tǒng)基座上的沖擊的響應峰值同該系統(tǒng)同有頻率的函數(shù)關系。沖擊譜又可細分為：僅在作用期間獲得的沖擊譜稱為初始沖擊譜（簡稱主譜）；在沖擊作用之后獲得的沖擊譜稱為剩余沖擊譜（簡稱余譜）；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，由于它比較簡單，而且很多系統(tǒng)在一定程度上可以當作單自由度系統(tǒng)，所以可以通過沖擊譜了解機器設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)電機它可以單臺獨立運行，也可以多臺并聯(lián)運行以獲得更大的短路容量。兩極機組的本體及基礎承受的力矩均較小，但端部繞組受力較大.拖動電動機一般為數(shù)兆瓦的感應電動機，將沖擊同步發(fā)電機帶到額定轉(zhuǎn)速后，拖動電動機即行脫離電源，整個機組靠自身慣性運行，使電力系統(tǒng)免受沖擊負荷的影響。尾接電抗器安裝在沖擊同步發(fā)電機各相定子繞組尾部的線性電抗器，借以限制發(fā)電機的內(nèi)部短路電流。發(fā)展狀況1912年德國AEG公司建成世界第一個沖擊同步發(fā)電機試驗站。70年代，沖擊同步發(fā)電機試驗站發(fā)展迅速，以建于荷蘭電工器材試驗有限公司的荷蘭KEMA大功率實臉站的規(guī)棋最大，它是世界性的權威機構。能生產(chǎn)沖擊同步發(fā)電機的公司及制造廠有ABB集團公司、意大利的TIBB公司、日本的東芝公司和日立公司、德國的西門子公司和AEG公司、蘇聯(lián)的電力工廠以及中國的哈爾濱電機廠。