核电1 000 MW半速发电机结构特点与安装关键技术

王洪栋，谢彦军，徐庆怀

（山东电力建设第三工程公司，山东青岛266100）

核电1 000 MW半速发电机结构特点与安装关键技术

王洪栋，谢彦军，徐庆怀

（山东电力建设第三工程公司，山东青岛266100）

宁德核电站（CPR1000压水堆）一期工程发电机为核电1 000 MW半速发电机，是常规岛重要主机设备之一。对半速发电机的结构特点、安装关键技术进行了阐述，通过现场安装关键技术的实施及有效质量控制，发电机轴承的轴振、轴瓦振动速度指标均优良，保证了发电机的安装质量和机组的稳定运行。

核电半速发电机；结构特点；安装关键技术

0 引言

福建宁德核电站一期工程建设4台CPR1000压水堆1 000 MW核电机组，发电机为TA1100－78型同步半速发电机，额定转速1 500 r／min，4磁极、单定子结构，采用水—氢—氢冷却方式；发电机转子为整锻式，在消化吸收了ALSTOM技术的基础上由东方电机有限公司制造。其结构和安装技术均与常规发电机组有较大差异，通过对其结构特点的分析，提出安装关键技术和工艺方案，现场实施效果显著，保证了发电机组的整体安装质量和机组的稳定运行。

1 核电半速发电机结构特点

核电半速发电机定子整体总重量488 t，4磁极结构，外形几何尺寸为17 091 mm×5 656 mm×4 830 mm，属于超大超重设备。

1.1 基础台板支撑方式

半速发电机基础共有8块台板支撑，台板采用可调式楔板支撑结构，每块楔板有3个调整螺钉作支撑，整个发电机的载荷通过台板、楔板、楔板灌浆层传递至设备基础。每块台板均设计1根带锚墩的地脚螺栓，锚墩用于固定地脚螺栓，防止地脚螺栓在基础套管内移动引起台板滑动，保证了台板安装精度。

1.2 发电机定子

发电机定子为三段式结构，由定子中段、汽端端罩、励端端罩三段组合后焊接而成，定子整体直接座落在基础台板上，通过地脚螺栓与基础固定；定子顶部设置4个通风罩作为氢气循环冷却的通风道；励端端罩下方的出线罩通过螺栓与定子和端罩连接；定子各组合部件接合面处均设计密封焊，保证定子的整体严密性。

1.3 发电机转子

发电机转子为4磁极转子结构，长度为15371mm，转子护环最大直径为2 037 mm、净重233 t，远大于常规火电机组；在转子端部各安装36个铝质风叶，和转子同步旋转以实现氢气的强制流动循环，用于冷却发电机转子和定子铁心。

1.4 氢气冷却器

半速发电机设计有4台氢气冷却器，为立式结构，分别布置在定子汽端、励端的端罩两侧，垂直穿入氢气冷却器腔室内；氢气冷却器上下压盖均由圆形密封条和T形密封条进行密封，同时各个氢气冷却器的热氢侧均设计可安装临时滤网位置和密封压盖，以此在通风回路吹扫时充当靶板。

1.5 发电机支持轴承

发电机两端的支持轴承为端盖式三瓦块可倾轴承，转子的全部重量由端盖承载，轴承与轴承座为球面接触，利于轴承平行度的自行调整。支持轴承水平中分面与端盖水平中分面呈逆时针方向旋转15°布置，三个瓦块的球面座来保证瓦块具有一定的自动调节功能，避免瓦块承力不均；同时顶部瓦块背弧设有碟形弹簧以满足瓦块与转子的有效接触，提高转子的运转稳定性。

在支持轴承的支撑瓦块上设计5个顶轴油孔，与垂直方向夹角为20°逆时针方向布置，保证了转子的顶轴高度；在侧瓦上设计2个顶轴油孔，与水平方向呈5°夹角，以保证转子运转时偏心的稳定性。

1.6 发电机定位装置

发电机基础的汽端、励端各设置一个横向定位键，定位键通过螺栓固定在土建预埋板上，与定子汽端、励端端盖上设计的定位键槽配合，定位键与键槽两侧间隙现场实配，以保证定子横向定位尺寸；同时汽端、励端定位键与键槽在轴向方向均预留8～12 mm的间隙，以满足发电机定子整体轴向自由膨胀。

1.7 发电机基础

核电半速汽轮发电机基础采用弹性基础结构。在发电机基座立柱与基础砼平台支撑板之间加装弹簧隔振器［1］，既有效地避开高转速下发生共振，又可通过对弹簧隔震器的调整实现轴系中心的微调。

2 半速发电机安装关键技术

由于核电半速发电机与常规全速发电机安装技术有较大差异，现场安装主要进行了以下关键技术控制。

2.1 发电机台板及楔板的安装调整

核电半速发电机由于采用楔板支撑结构，因此发电机台板标高、水平度的调整均通过支撑楔板下的三颗调整螺钉来实现；在楔板调整螺钉对应的基础位置上，使用高强度混凝土砂浆粘接牢支撑小钢板（30 mm×30 mm），待混凝土砂浆达到强度后进行楔板的安装和调整，使台板的纵横中心位置、标高和水平度满足设计要求，且各楔板与台板接触密实，0.03 mm塞尺不入；且将台板安装标高进行预调整，控制在0～3 mm范围内，以满足定子整体中心位置后续调整的需求，对楔板厚度三分之二以下的位置进行二次灌浆，紧固台板地脚螺栓［2］。节省了常规机组基础垫铁位置处理、垫铁配置等工序，方便、快捷，施工效率高。

2.2 发电机定子吊装就位

核电半速发电机的定子几何尺寸和重量远大于同容量的常规机组，定子中段就位重量达400 t，现场吊装就位采用2台200／30 t的桥式起重机联合抬吊方式。定子吊装前将两台行车进行机械联锁、电气联锁，并在两台行车的主钩上安装联合抬吊专用梁进行发电机定子吊装，通过大车、小车行走调整直接将定子一次就位于基础台板上，整个吊装过程安全可靠、高效。

2.3 定子组合安装及焊接

发电机定子分为定子中段、汽端端罩、励端端罩3部分供货。发电机定子中段就位于基础台板上，先将汽端、励端端罩与定子中段进行预组合，其结合面间隙符合要求后再正式打入定位销并紧固所有连接螺栓至设计力矩值，最后进行密封焊接。为防止焊缝出现裂纹，提前预热至120℃左右进行焊接，采用渗透检测技术全部检测合格［3］，以保证接合面的严密性。

2.4 定子绝缘引水管的现场安装和气密试验

核电半速发电机为了便于定子中段运输、防护及定子的现场组合安装，减少定子中段在基础坑中占据的长度，满足汽、励端罩直接吊装组合的要求，定子冷却水绝缘引水管由制造厂内安装改为现场安装，并进行气密试验［4］。

定子水侧绝缘引水管气密性试验要求水侧冷却回路全部连接完毕，气密试验分三次进行：第一次是上半过渡引线安装完成后进行；第二次是出线部分完成后进行；第三次是上下过渡引线导电片焊接和绝缘引水管安装全部完成后进行。每次试验时需充氮气或干燥空气进行气密试验，充气压力为0.33 MPa，用发泡剂检查定子水回路各焊缝及连接处是否泄漏，标准规定24 h压降应小于起始试验压力的1%为合格。

2.5 定子冷却水流量分配试验

核电半速发电机转子穿装前要求定子冷却水系统冲洗合格，且定子冷却水流量分配试验合格。定子冷却水系统的总流量由管道入口节流孔板进行调节。定子的绝缘引水管现场安装完成气密试验合格后，需对每根绝缘引水管进行流量分配试验，确认系统压力和流量达到设计值，将冷却水调整到44.5℃，在发电机内循环运行大于4 h，配备合适的传感器探头，使用超声波流量计测量所有流经定子线棒和出线端子的引水管流量，记录在线测量结果，确认符合设计要求。如个别绝缘引水管的流量不满足设计要求，需重新更换绝缘引水管。

2.6 支持轴承安装

发电机的支持轴承为端盖式可倾瓦轴承，且正式安装后其上下半中分面与轴承座水平中分面呈15°的夹角，因此在安装时先将支持轴承下半按轴承中分面与轴承座中分面齐平的方式安装就位，待转子落入轴承内受力之前，使用手拉葫芦调整支持轴承下半水平中分面与轴承座水平中分面成15°夹角时，再将转子就位。

发电机支持轴承的可倾瓦块背弧为球面接触，在安装过程中为了控制轴承平行度误差小于0.06 mm，使用专用的内径百分表，测量转子轴颈和轴承背弧（指定位置）的间距，在轴承的前、后两端分别测量顶部、上半左侧、上半右侧共6个部位，比较前、后端对应位置的差值在要求范围内，以保持轴承前后、左右方向均与转子轴颈保持平行［5］。

运行状态模式下配准轴承紧力。发电机两端支持轴承左、右两侧的中分面部位各设计一个调整垫片，现场通过实配调整垫片厚度来配准轴承紧力。轴承紧力配准与发电机整体气密试验同时进行，即在定子膛内的气体压力与机组运行时压力一致时，投用顶轴油系统，转子抬轴量符合设计要求，采用压铅丝法［6］，依据测量的铅丝厚度，计算出调整垫片厚度理论值，实际垫片的厚度还应综合考虑中分面涂抹密封胶的厚度（一般取0.1 mm）。

2.7 发电机中心调整

发电机磁力中心调整。设计要求现场安装转子中心相对于定子铁心中心的安装定位尺寸偏移16 mm，以满足轴系热膨胀要求；为了测量方便，以发电机转子汽端靠背轮端面与汽端支持轴承的中心线距离为1 640 mm作为基准值；磁力中心的调整须在低压转子定位后进行，通过定子整体轴向位置的前后移动调整磁力中心位置。

空气间隙调整。空气间隙设计值为（96±1）mm，由于发电机支持轴承设计为球面结构形式，因此空气间隙的调整现场只能通过调整汽端、励端的端盖来实现，必要时需对定位销重新铰孔定位。

发电机转子与汽机低压转子靠背轮中心调整。两对轮中心要求外圆左右偏差不大于0.02 mm、上下偏差为0，且发电机侧正偏差不大于0.02 mm，对轮张口值不大于0.05 mm。两对轮找正时盘动转子须投入顶轴油系统，以确保转子和轴承的安全，且待投运的顶轴油泵停泵10 min、油膜释放后读取测量表计数值；由于支持轴承结构的特点现场无法调整，仅可通过发电机整体左、右移动和加减底板与台板间的垫片厚度使发电机整体抬高或降低来进行对轮中心调整。

2.8 发电机定子气密试验

定子气密试验分3个阶段进行，以检验其严密性。

发电机穿转子前。定子的汽端和励端端罩、通风罩、氢气冷却器、出线罩、端盖等全部组合安装及相应焊缝焊接完成，在发电机前、后端盖内油挡处安装专用气密试验堵板并封堵与定子气侧相连的接管口及人孔门，对定子部分进行气密试验，以检验全部焊缝和连接处的密封性。试验介质为干燥压缩空气，对定子内部进行充压升至试验压力0.33 MPa（表压）的三分之二时充入适量氦气（一般升压0.05 MPa即可），达到试验压力时用氦素检漏仪检漏，试验过程中如有漏点应排掉全部气体处理合格后再次进行试验。要求压力稳定2 h后，每隔1 h记录一次定子膛内气体温度和压力、当地大气环境温度和压力，标准要求24 h压降应小于起始试验压力的1%，即可接受标准要求的压降为24 h内小于0.002 MPa。

泄漏压降为

式中：ΔP为24h泄漏压降，MPa；Pi为试验初始发电机内气体压力（表压），MPa；Pf为试验结束发电机内相对压力（表压），MPa；ti试验初始机内气体的平均温度，℃；tf试验结束机内气体的平均温度，℃；Patmi为试验初始时当地大气绝对压力，MPa；Patmf为试验结束时当地大气绝对压力，MPa；D为试验连续进行时间，h。此为计算气体压降值即控制压降率，而我国电力行业标准中规定计算值为气体的泄漏量。

发电机全部安装完毕整体气密试验。发电机整体气密试验主要是检验发电机整体以及端部密封瓦气体泄漏量是否能够满足设计要求，配合密封油系统进行差压调节以及再次检查发电机各密封焊缝、结合面的密封性能。整体气密试验时要求顶轴油和密封油系统正常投入，转子的抬轴量符合设计要求，并向发电机内充仪用压缩空气和适量氦气，升压至0.1 MPa使用氦素检漏仪进行系统查漏待确认无泄漏点后，继续充至设计额定压力0.33 MPa再次查漏确认无泄漏时，稳压2 h正式开始试验，持续进行至少24 h。

发电机定子通风回路吹扫后气密试验。发电机定子通风回路吹扫试验合格后再次对发电机进行气密试验，重点检查氢气冷却器压盖因通风回路吹扫重新安装的密封面，以及机组在启、停状态变换后各密封焊缝和结合面是否有泄露，最终合格后方可进行系统正式充氢。

2.9 定子通风回路吹扫

发电机定子通风回路吹扫包括定子铁心、定子顶部和底部通风道、端罩及出线罩以及转子通风孔等，主要清除定子膛内的灰尘和微残留物，保证定子膛内、通风孔、风道等的清洁，消除铁磁性杂物对发电机定子铁心、转子的损伤和氢气冷却器的堵塞。

发电机定子通风回路吹扫与机组冲转同时配合进行，定子通风回路吹扫前，在定子四个氢气冷却器热氢侧的设计位置安装临时白色无纺布滤网、两面用铁丝网固定牢作为靶板，吹扫合格后抽出不再复装。吹扫时停运定子冷却水系统，定子膛内充仪用压缩空气50～80 kPa，控制好密封油系统的压差。机组首次冲转转速大于750 r／min时开始计时，保证有效吹扫时间累计大于7 h，待机组打闸停机后排空定子内空气，抽出并检查白色无纺布靶板清洁度，要求表面清洁且无大于1 mm铁磁性颗粒即为合格。吹扫的次数根据吹扫后靶板的清洁状况确定，一般不少于两次，如清洁度不能满足要求，则换装干净的白色无纺布重新进行吹扫至合格。

2.10 发电机地脚螺栓套管填充处理

核电半速发电机地脚螺栓两种规格共60根：M68－4的地脚螺栓最大长度为5 856 mm，M42－4.5的地脚螺栓长度为4 526 mm；预埋地脚螺栓套管规格为D140 mm×5 mm。由于地脚螺栓与预埋套管间隙大且地脚螺栓超长，因此所有地脚螺栓安装完毕后在其套管内填装聚四氟乙烯颗粒至密实，以防止机组运行时螺栓震动，提高了螺栓的安全性和使用寿命。

2.11 定子膛内温、湿度的维护

发电机设备储存及安装阶段保养和维护要求严格，设备储时定子内充氮压力不得低于0.3 MPa，否则补充；在安装阶段要求定子膛内的温度不得低于5℃，湿度应小于45%。通过向定子膛内通入干燥压缩空气或使用干燥除湿设备来维持定子膛内的温度和湿度，保证定子及转子绝缘性能。

2.12 基础弹簧释放控制

核电半速汽轮发电机组为弹性基础结构装设的弹簧隔震器，在弹簧释放前均处于预压缩状态，其弹簧隔震器的释放须在汽轮发电机组安装工作基本完成，且整个弹性基础上未安装的零部件和管道总载荷小于100 t时方可进行弹簧释放，弹簧释放的全过程需密切监测整个汽机岛的标高变化，控制在0.5 mm之内；且机组的轴系中心变化应在0.10 mm内［7］，如超出要求范围则通过加、减隔震器弹簧组底部垫片的厚度进行调整。

3 结语

核电1000MW半速发电机现场安装基于对关键技术应用的有效控制，发电机满负荷运行状态下轴振最大为41.3 μm、轴瓦振动速度最大为1.17 mm／s，指标优良，运行稳定。同时安装过程中顶轴油系统需具备投用条件、定子冷却水系统冲洗合格、基础弹簧隔震器释放安装工作基本完成等，给现场的施工计划安排等提出了更高的要求。

参考文献

［1］杨璋，杨汉英.大型核电汽轮发电机组弹簧基础及其减震特性研究［J］.发电设备，2010（2）：85-88.

［2］DL 5190.3—2012电力建设施工技术规范（第3部分汽轮发电机组）［S］.

［3］DL／T 869—2012火力发电厂焊接技术规程［S］.

［4］宋清松，何以君，李锋，等.150 MW核能发电机现场绝缘引水管装配及绝缘处理［J］.东方电机，2013（4）：22-26.

［5］王洪栋.1 000 MW核电机组首台国产化半速汽轮机设备特点及振动控制［J］.电力建设，2013，34（9）：92-95.

［6］DL／T 5210.3—2009电力建设施工质量验收及评价规程（第3部分汽轮发电机组）［S］.

［7］周向群，吴建军，宋远齐.AP1000核电厂汽轮机基础结构选型的探讨［J］.武汉大学学报，2010（8）：160-164.

Structural Characteristics and Installation Key Technology of 1000MW Nuclear Half Speed Generator

WANG Hongdong，XIE Yanjun，XU Qinghuai
（Shandong Electric Power Construction No.3 Engineering Corporation，Qingdao 266100，China）

The first phase of Ningde nuclear power station（CPR1000 pressurized water reactor）has a nuclear power half speed generator with a capacity of 1 000 MW.It is one of the most important main machines in conversional island.A detailed explanation is given to the structure feature and installation key technology of the generator.During the period of installation，advanced technology was adopted and effective quality control was carried out.As a result，speed index of shaft vibration and bearing vibration are up to standard，indicating high quality of the generator installation and ensuring steady operation of the unit.

nuclear power half speed generator；structure feature；installation key technology

TK266

A

1007－9904（2015）05－0033－05

2014-12-26

王洪栋（1966），男，高级工程师，主要从事电力建设工程的安装和项目管理工作；

谢彦军（1984），男，工程师，主要从事电力建设工程的汽轮发电机安装和管理工作；

徐庆怀（1968），男，技师，主要从事电力建设工程的汽轮发电机安装和管理工作。