近年来国内燃机电厂发展较快，通过国家组织的燃气轮机电站建设的打捆招标，我公司和日本三菱电机公司合作，成功地取得了北京第三热电厂和广东三个电站共10台配套F级燃气轮的发电机的合同。

　　该发电机系引进三菱电机技术，为全氢冷400MW等级，定子铁心为氢气表面冷却，转子绕组由氢气直接冷却，定子线圈为氢气间接冷却，是世界上最大单机容量氢外冷机组之一，设计难度大，技术要求高。设计上采用了多种新技术、新结构。

　　发电机总体布置方式为：机座采用整体偏心式结构，以便于冷却器的布置；整台机只设有一个冷却器，沿轴顶部；端盖式轴承，结构紧凑；定子出线为6个头，其中出线端和中性点各3个，均布置于励端下方；集电环侧设有隔音罩；采用静止可控硅励磁方式。

　　发电机定子采用径向全出风通风系统：冷却气体由安装于转子两端的单极轴流风扇提供循环动力，经过风扇后的高压冷却气体在定子侧分三路流动，一部分冷却端部磁屏蔽后直接进入铁心背部，一部分冷却定子出线和引线后也直接进入铁心背部，而大部分冷却气体在冷却定子端部线圈后进入气隙，再沿径向冷却定子线棒和铁心经铁心风道流入铁心背部；整个定子铁心背部均为出风区。

　　转子侧的冷却气体从中心环和转轴之间的空隙进入护环下的区域。一部分进入由端部垫块形成的风道，表面冷却转子线圈端部，经大齿甩风槽进入气隙。

　　转子铜线底部设有轴向风道，气体从转子本体两端进入槽底风道后沿轴向向转子中部流动，经铜线径向风孔冷却铜线后进入气隙，再进入定子铁心径向风道。

　　进入铁心背部的高温气体进入沿轴向布置在机座顶部的冷却器，高温气体被冷却后由转轴两端的轴流风扇鼓入发电机内部再次循环。

　　定子铁心沿轴向分成许多段，段间设径向通风沟，氢气流过其中，冷却铁心和线棒；中部铁心风道采用密集布置，段长小于正常段长；边段铁心采用阶梯段布置，其风道宽度大于正常风道。以上措施可保证铁心轴向温升均匀。

　　定子线棒和相间环形连接线为氢气外冷，均通过绝缘表面散热；定子出线采用氢气内冷，冷氢气直接流经中空的导电杆带走热量。

　　环形引出线采用了方形空心铜管内部通氢气冷却，在风路上与出线瓷瓶连为一体。

　　冷氢气从软连接处进风，经出线、引线后通过6只风管引至铁心背部的低压出风区。

　　转子槽形为半梯型，铜线全部位于槽上部的矩形部分，转子绕组槽部采用双排径向风孔直接通风冷却，由槽底的铝制U形风道作为引风副槽进风。径向风孔沿轴向的节距和尺寸完全一致，风量靠转子槽楔上的出风孔大小调节，采用3种不同的风孔尺寸，以使温升沿轴向均匀。

　　端部采用外冷方式，由端部间隔块、铜线底部的绝缘筒形成风道，通过吹拂铜线侧面散热。铜线端部间隔设计成大小不一，越靠本体越小，以调节所需风量。使用该通风结构后，铜线制造变得十分简单，端部不再加工。但另一方面，端部间隔块为形成冷却风路，需加工出S形风道，结构较复杂考究，在大齿区域设置有风区隔板。

　　定子机座由于总体布置上的要求，采用偏心式机座结构，即定子中心和机座中心不在同一水平线上，定子中心向下偏移，以便在机座上部留出布置轴向冷却器的位置。

　　定子机座按可承受0. 7MPa压强设计。

　　定子机座材料采用焊接钢板，并进行超声波探伤，以保证材料无夹渣、裂纹等缺陷。

　　为了使机座具有良好的气密性并且能够承受氢爆产生的压力，机座外皮采用大尺寸的整板下料以减少焊缝，焊接严格按工艺规范执行，机座焊后进行气密试验。

　　转子磁极和定子铁心之间的磁拉力会导致铁心的倍频振动，为防止振动传递到机座和基础上，定子铁心和机座间采用弹性隔振结构。

　　弹性隔振结构在铁心径向具有一定的柔性，在切向具有足够的刚度以支撑铁心的重量和承受短路力矩。弹性隔振系统采用立式弹簧板结构，弹簧板上部与定子铁心上的支撑环间用螺栓把合连接，下部与机座支撑梁间则采用焊接方式，沿轴向布置4块，两侧共8块，弹簧板材质为碳钢。

　　此弹簧板系统结构简单，可以有效地降低由铁心传至机座、基础的振动值。

　　通常立式弹簧板隔振系统除在机座两侧设有数组垂直方向弹簧板外，还设有横向弹簧板或如我公司600MW机采用的横向拉杆，目的是防止事故状态下铁心的异常晃动。本型发电机没有类似结构，而是采用了另外的防晃措施，即在机座弹簧板两侧设有横向顶紧螺栓，运输时顶紧铁心支撑环防止晃动。发电机安装就位后，松开该螺栓，调整到与铁心支撑环间的间隙为1±0. 1mm后锁定。通过此螺栓，同样起到了限制铁心横向位移的作用，与传统方式相比，结构简单。

　　本型发电机铁心采用外装压结构，可以实现机座和铁心的并行生产，大大缩短生产工期。

　　定子铁心采用低损耗硅钢片。扇形片冲制和涂漆后叠压成定子铁心。

　　定子铁心由外圆的定位筋和轭部的穿心螺杆加分块磁极压板压紧成牢固的整体。

　　采用定位筋和穿心螺杆结构，铁心面压24kg/cm 2，外圆部分由定位筋提供压力，其余由穿心螺杆提供压力。

　　铁心支撑由支撑环、辅助箍紧环和定位筋组成，定位筋设计为梯形，与支撑环有较大的接触面，铁心装压完成后将定位筋与支撑环焊接成整体。

　　铁心端部设有磁屏蔽技术，用于分流端部漏磁通，减小端部杂散损耗，降低端部金属结构件温升。磁屏蔽由带有浅槽的硅钢片叠压而成。

　　发电机的定子线圈为单匝线圈，为了降低涡流损耗，线棒由多根股线构成，股线进行罗贝尔换位。定子线棒换位方式为铁心中段1 /2L内单股换位，铁心两端1 /4L内双股换位。股线胶化成形后，表面包主绝缘。

　　采用少胶VPI绝缘系统，20kV额定电压，主绝缘厚度薄，绝缘场强高达3. 2kV / mm，为我公司之最，处于世界领先水平。

　　线棒槽部和端部叠包的绝缘层数一样，进行VPI后，槽部用模压成形，端部采用钢带加收缩带的方式成形。

　　线棒采用漆包玻璃丝包股线，其绝缘强度较普通单玻璃丝包铜线高，即使在玻璃丝包破损后仍有漆膜保护。线圈端部从出槽口部位开始的一段区域涂高阻漆，使定子线棒端部表面电阻逐渐增加，这样端部线棒表面具有较均匀的电位梯度；涂高阻漆的部位向外更接近鼻端的线棒表面涂（1）线棒在槽内，楔下设有波纹板，为使线棒具有较好的防电晕特性，在定子槽壁与线棒之间用半导体垫片塞紧以防止槽内放电；（2）定子端部采用绑绳将线圈、绑环、绝缘支架绑扎成一整体，以便承受突然短路时巨大的电磁力。整个定子线圈端部为悬空结构，端部设有工艺用钢支架，用于线圈装配及端部绑扎过程，装配完成后与绝缘支架脱开。

　　在线棒鼻端，连接块间间隙全部由垫块实配填充，并用绑带绑扎，使整个鼻端形成一体，提高了线圈端部的整体刚度。

　　为了减小单支线棒流过的电流，定子线圈接线采用三支路并联方式，目的是满足定子线圈间接冷却的需要，合理控制定子线棒温升。

　　环形引线有两种，相间连接线采用实心扁铜线，而支路并联后的引出线则采用空心方铜线。空心铜线流过的电流较大，故其内部通冷氢气直接冷却，以保证合理的温升。

　　在机座励端下方有6个出线套管，其中3个出线端，3个中性点。定子出线套管为氢内冷瓷套管。定子电流经出线套管与离相封闭母线连接。每个出线套管上套装供测量、励磁和保护等系统使用的电流互感器。

　　4转子4. 1转轴转轴由Ni-Cr-Mo-V合金钢整体锻造而成。转轴锻件按相关规范进行严格检测，检测项目有：抗拉强度，屈服强度，延伸率，断面收缩率，冲击能量，超声波探伤等。

　　转子槽形为半梯形开口槽，1线圈为浅槽，每个大齿表面有两个通长的弧形浅槽用于转子长期运行后转轴（无中心孔）探伤。大齿上加工横向槽以补偿由于转子表面开槽引起的刚度不均。

　　转子汽端轴伸上设有用于指示转子位置的定位环，这是因为：与常规的与汽轮机配合的发电机不同，配燃气轮机的发电机组在启动时需外接变频启动电源，将发电机作为电动机运行，来带动整个轴系旋转加速，即通常所说的静止变频器（SFC）方式启动，为了给定子电枢绕组施加正确的电流，运行时需靠光学传感器检测定位环来向SFC提供转子位置信号。

　　4. 2转子线圈及槽内装配转子绕组采用具有良好机械性能和抗蠕变性能的含银铜线。

　　转子绕组端部运行时承受很大的离心力，故护环内壁装有在高温下具有良好机械性能和绝缘性能的绝缘筒，端部绕组匝间垫有高机械强度的绝缘垫条。

　　转子绕组在槽内用高强度的不锈钢和铍青铜槽楔固定。

　　由于负荷变化时线圈温度将发生变化，铜线会沿轴向伸长或缩短，故楔下垫条和槽衬均设计成带滑移层的结构。楔下垫条为底面带滑移层（Teflon布）的层压板（转子中部铍青铜槽楔处的楔下垫条无滑移层），滑移层向下与铜线接触；槽衬与铜线接触的内层为滑移布，外面为多层NO2 MEX纸，位于铜线和U形风道与槽壁之间，厚度1mm.

　　匝间垫条材料为0. 25mm厚环氧玻璃层压板，是我公司所有火电机组中最薄的。

　　槽底铝制U形进风道两端各伸出本体30mm，4. 3转子引线和导电杆转子引线为外冷，在引线槽内部分由上下两层含银铜排组合而成外包多胶带模压成型，用槽楔固定在槽内；引线另一端的垂直部分由用螺栓把紧的压块固定在本体端面上的引线槽内，与线圈间通过U形引线相连，形成弹性伸缩结构，防止运行时发热造成的附加应力和变形。

　　导电杆轴向分为两段，中间由多层薄铜板构成的软连接相连，有一定的弹性伸缩性。导电杆上下两半组合后塞入绝缘筒，两半间用通长斜垫板楔紧，两端用堵板封住。引线螺钉的密封面在外包绝缘上，由两层V形氟橡胶密封垫密封。

　　4. 4集电环及离心风扇转子集电环外径<450，侧面把分流环与导电螺钉相连。离心式冷却风扇设在轴伸端头，风路流经集电环、刷架底架、机端风罩至隔音罩出风口，集电环从两侧进风，中间出风。集电环外径较大使轴伸刚度大，故悬伸端未设支撑轴承。

　　集电环材料为碳素工具钢，表面加工有螺旋槽，可使碳刷底面与集电环接触处的空气逸出，防止由于集电环高速旋转而在碳刷下形成“气垫”，保证集电环与碳刷接触良好。侧面有均流环，通过多层薄铜板构成的软连接与引线螺钉相连，两个引线螺钉布置在同一截面上，绝缘筒厚度2. 5mm，内径与转轴配车，集电环内径与热套在轴上的绝缘筒配车。

　　轴端的离心风扇使集电环表面和刷架内部得到通风和冷却。集电环套在转轴上，在两者之间有绝缘套筒。

　　集电环与转子绕组之间通过导电螺钉以及转轴中心孔里的导电杆连接。导电螺钉通过锥形螺纹与导电杆把合，两者接触紧密。导电螺钉处设有密封垫圈，以防止机内气体通过中心孔泄漏。转子励端中心孔用法兰封堵上，法兰上设有一个供气密试验用的孔，可以对导电螺钉处的密封作气密试验。

　　碳刷采用NCC634，刷握采用一把抓形式，每个刷握含6个碳刷；刷架导流环采用钢板制造，表面镀银，可以降低制造成本。刷架上设有抛光台，用于清理附在集电环表面的碳粉等污物。

　　4. 5转子装配采用与转轴同一锻件的整体式联轴器，采用悬挂式护环，护环与转轴搭接面用环键定位，与中心环搭接面用台阶定位；转轴两端设轴流式风扇，风扇环热套在轴上，材料为Ni-Cr-Mo合金钢，风叶由固定环压紧装配在风扇环的环形槽内，风叶材料为锻造铝合金，并按相关规范对风叶作可靠性检测。

　　5端盖、轴承、油密封5. 1端盖端盖采用焊接结构，把合在定子机座上。端盖同时作为轴承的支撑，起支撑轴承的作用。端盖径向焊有筋板，具有较好的刚性。采用整圆端盖，结构简单，减小安装工作量，而且可以避免上下分半端盖装配后出现的错牙问题。

　　端盖中装有轴承，油密封，挡油盖等部件。

　　端盖与机座的把合面上注密封胶以防止机内气体泄漏。

　　5. 2轴承发电机采用可倾瓦轴承，保证运行时轴承具有较高的稳定性和较低的温度。

　　轴瓦下半部分由起支撑作用的瓦块和带球面外圆的瓦套组成，瓦块设置在瓦套内圆垂线中心线两侧45°位置，瓦块内圆浇铸钨金以支撑轴颈。瓦套的外球面使轴承具有自调心功能。轴瓦两侧设有浮动的挡油密封瓦。轴瓦上半部分设有进油孔和油沟，结构与常规椭圆瓦轴承相同。

　　安装轴承时用专用吊具吊装，并加以保护。

　　轴颈表面要求超精加工，可提高轴承承载能力，保证可靠的润滑。

　　轴承油腔设有抽气管，通过外接管路抽气，使油腔内气压略低于外部气压，防止漏油。

　　为了防止轴电流，在轴承顶部与端盖间用镶块绝缘；在轴承底部，轴承和轴承套间装有绝缘板，用绝缘螺栓固定。

　　除此之外，在所有可能导通轴电流的部位都装有绝缘，如密封座与端盖之间，密封座和油管之间。所有部件都有足够的爬电距离，以防止轴电流。

　　5. 3油密封采用单流环式油密封，装在轴承内侧，以防止机内氢气向机外泄漏。当密封油的压力大于机内氢压时，密封油从密封瓦内圆的沟槽处通过密封瓦与转轴间的间隙向两侧分别流到氢侧（机内侧）和空侧（机外侧），在密封瓦与转轴间的间隙处形成压力油膜，这样可防止氢气从机内泄漏。

　　密封瓦设有浮子油系统，目的是使瓦活动灵活，在负荷变化等时，转子不会因为密封瓦的原因而引起振动。在密封瓦的机外侧开有一环形槽，通过径向→轴向孔将密封油引至密封瓦的机外侧与密封座槽之间，用于平衡机内侧氢气压力，使密封瓦侧面不受压力，防止卡塞现象。

　　6氢气冷却器冷却器置于机座顶部，整台发电机只设一台冷却器，因此体积巨大，长度尺寸超过10m，宽度近1. 5m，体积和重量均大大超过现在国内已生产过的发电机冷却器，制造难度较大。冷却器采用整张套片式结构，其上下部分为两组独立的冷却单元，能满足退出一组冷却单元，发电机带80%负荷运行的要求。另外冷却器在前后水箱加装防腐蚀锌板，减缓冷却水对冷却水管的腐蚀。

　　7底板、地脚螺栓和机座定位发电机底板装配与我公司现有产品最大的不同点在于机座与底板间不把合固定，定子靠自身的重量摆放在基础底板上，其纵向、横向中心位置设有定位键，发电机能以定位键为固定点热胀冷缩。固定底板的螺母与机座底脚板上表面间的间隙要求配加工在0. 02～0. 25mm范围内，限制发电机发生短路等事故时机座跳动。

　　8结语全氢冷400MW燃气轮发电机是我公司汽发产品容量和技术水平上台阶的关键新产品，它是目前世界上单机容量最大的氢外冷汽轮发电机之一。它的开发成功使我公司的设计制造技术获得一个大的跨越，并为开发200MW以上的大型空冷及更大容量的氢冷发电机积累了经验和提供有力的技术支持。预计未来20年内，我国每年新增燃机电站装机容量为4000MW～5000MW，燃气轮发电机将成为未来新的利润增长点。