的通风损耗比方案2小452kW。其铁耗比方案2大207kW。方案3的额定工况为900MW，功率因数为0.85，相对于功率因数为0.90，其转子励磁损耗、定子铜耗、附加损耗分别增加456kW、191kW、316kW，使得其效率降为98.77%。 4)方案4 (STGC)
方案4和方案3相比，转子取消副槽，因而其转子额定励磁电流减小，转子铜耗减小，提高效率。
5.4 通风系统计算说明
通风冷却方式是大型汽轮发电机设计的主要问题之一，发电机单机容量增加是依靠材料进步和电磁负荷密度提高来实现的。有效材料主要是转子锻件受机械性能和轴系动力特性的限制，是有限度的。电磁负荷密度的提高导致单位体积发热的增加，需要通过改进冷却方式来解决。
综观世界各主要发电设备制造厂家的情况，在百万千瓦容量等级，无论是两极或是四极机组，冷却方式主流是水氢氢，定子线圈水内冷是比较普遍的。各家公司的技术特点主要是转子线圈的氢内冷方法。在从50年代开始起的半个世纪内，一些具有创新的公司各自发展了自己独特的转子通风系统，并随着单机容量的增加，积累了大量的研究、试验、设计、运行数据，可以说都已趋于成熟阶段，每种通风方式都有许多台机组成功的运行。只要充分掌握每种通风系统的特点和局限，哪一种方式都是可行的。 气隙取气斜流通风
这是一种自通风方式,维持气体在导体内循环的压力主要来自转子自身的泵压作用,转子槽楔进风斗和出风斗合理的空气动力形状是保证导体内有足够气体流量的关键因素。在斜流流道内气体具有较高的流速，是充分发展的紊流,流道又呈长径比较大的长方形,因此具有较高的散热系数。
一般用吸风系数表示系统的通风性能 u=kv
u------ 斜流风道气体速度 k------ 吸风系数
v----- 转子表面线速度
可见这种通风系统在转速高的两极机组上能充分发挥其长处。在整个转子长度方向，进出风区是交替布置的，形成多个并联支路。发电机容量增加，只要增加并联风区数。设计具有很大灵活性。 槽底副槽径向通风
本质上这也是一种自通风方式，转子表面和副槽底部位置处离心力差是构成气体循环之压力。决定系统流量大小的主要因素是副槽轴向风道面积，副槽进风口流速一般在100m/s,该处具有最大的流动阻力，气流压力降大部分发生在副槽轴向风道内。发生热交换的导体径向风道内气体流速大约在20m/s左右，相应雷诺数3000～5000范围，是尚未充分发展的紊流区。转子直径较大也是其设计特点之一。
传统的导体内径风道是单排或双排的径向狭长孔。近来出现了一些创新的结构，气流并非完全径向流动，有部分路径是轴向，呈轴向和径向混合型。 轴向-径向通风
轴向-径向通风是一种主要依靠外加高压多级风扇来维持气体在导体内流动的通风方式。气体经位于绕组端部的进风孔从两端分别进入导体的轴向风道，在转子中间经径向孔从槽楔排出。随着单机容量增加，转子长度放长，需要的风扇级数也增加。转子冷却风量几乎完全由风扇压力来调节。导体内轴向流速在60～100 m/s范围，雷诺数远大于10，000。 由于高压风扇的存在，定子铁心一般采用轴向通风，这也是本系统的一个特点。
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两极900MW发电机通风计算的四种方案
在两极900MW全速发电机中，共列出了三种通风方式4个方案。方案1和方案2同为轴向?径向通风系统，定子铁心都是轴向通风。方案3是副槽通风，方案4是气隙取气斜流通风，两者铁心是径向通风。方案3是单路抽风式。方案4是多进多出系统。各方案计算结果见下表1。 轴向-径向通风
轴向-径向通风的两个方案中，方案1来源于西门子外高桥900MW，方案2是西屋公司系列设计中转子外径46英寸的一个设计。这种通风系统是西屋公司的传统，从中等容量到大容量，无论是两极还是四极，都是统一的通风系统。据其发布的信息已经有20余台700MW以上容量的机组投入运行。对其成熟性是无庸质疑的。上海汽轮发电机公司分享其全部技术成果。转子导体高电流密度是其设计特点，与之相应，导体内高气流速度、高雷诺数、高散热系数。与其他通风方式相比，转轴本体的有效尺寸D2L较小，转子用铜较少。高压多级风扇是这种通风方式的特点。这两个方案转子绕组温度计算所用程序都是西屋公司标准程序TG3248和端部TG3255，额定功率时方案1 转子绕组最高温升和平均温升分别是56K和36K，最大容量时最高温升70K。额定功率时方案2转子绕组最高温升和平均温升分别是63.4K和39.2K，最大容量时最高温升79.2K。 副槽通风
方案3是副槽通风，其主要尺寸按大亚湾2极900MW复算。需要说明的是，大亚湾的转子通风并非传统副槽通风中气体在导体上是单径向流动，它是一种轴向和径向的混合型流动。由于暂时未获得其结构的详细资料，我们在这里引用了该机组满电流试验的温度数据，转子绕组最高温升80K，平均温升30.5K。与传统的单径向流动相比，这种混合型流动显然要好。在单径向流动的副槽通风系统中，尽管可以采用多种方法，如副槽槽形的锥形、阶梯形，槽楔出风口的孔尺寸的多样化，变节距通风孔，总不能使径向风道分布完全均匀，这就导致存在一定的轴向温度差，限制了发电机出力。混合型通风则克服了这一缺点，使轴向温差更小。因此下一步的任务是开发这种结构型式的转子风量和温度分布程序，作为起点，应该从单件模型试验入手，再做整机模型，直至编制出符合实际的温度计算分析软件。 气隙取气斜流通风
方案4气隙取气斜流通风，从通风性能来评价，是最适合两极发电机的。本公司设计基础是600MW发电机。该机是1987年中国两家厂的联合设计，集两家多年的设计和制造经验，又吸收了西屋公司的成熟结构。在首台机组投产前，本公司又做了大量基础性科研工作，其中一项就是转子槽楔进、出风斗的空气动力性能测试，对多种结构形状进行了对比试验，确定了最适合的方案用于产品。和600MW相比，本方案最大的变化是增加了并联风区数，从五进六出调整为七进八出，风区长度从原511mm缩短为400mm。所用程序是600MW发电机设计时，联合设计组编制的，首台600MW发电机工厂试验又验证了转子绕组平均温升，600MW额定工况转子绕组温升平均值的计算值是44K，工厂试验（由空载短路法试验值推算）值是41.3K。本设计额定工况时转子绕组最高温升和平均温升分别是63K和52K。
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*所列温度系GEC 两极900MW额定工况试验值
5.5 900MW发电机西门子外高桥(方案1)和西屋公司(方案2)比较
两个方案均为定子水内冷、转子绕组轴向径向氢内冷，定子铁心轴向氢气冷却，方案1转子本体直径1250mm。发电机在额定氢压0.5MPa、冷水温度为38℃时,额定功率为900MW, 功率因数为0.9,此时氢气温升为33K。方案2是西屋公司在889MW 60Hz 3600r/min 发电机的基础上放长铁心设计而成（相当于珠海电厂中746MW发电机机座号2-110×250放长到2-110×290而来），其转子直径为1168mm，在额定氢压为0.5Mpa时，发电机的额定功率为900MW，功率因数为0.9。
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带#为试验数据
方案1的转子外径比方案2要大，当槽分度数相同时，方案1可以取较大的齿槽宽，较少的槽数,并采用矩形槽,其槽分度比为28/45，有利于降低转子绕组和转子加工的成本。其气隙长度仅为80mm，可以减小励磁电流，但它的短路比也相对较小。方案1的转子本体直径D2为1250mm，转子本体长度L2较短为6730mm，相对方案2轴系具有较好的稳定性。
方案1线电压最高为27 kV，定子电流相对方案2要小，定子损耗也小。铁心为轴向通风冷却，在齿部要开轴向孔所以必须增大齿宽来维持一定磁密，所以定子槽形设计较狭长，槽底处直径相对较大，其铁心外径相对也较大，为3280mm，轭部磁密为1.35T,低于方案2。而它的定子铁心外径大，定子运输重为450吨。
方案1的定子线圈采用双排导线布置，其空心导线采用不锈钢材料，高度4mm，壁厚0.9mm。采用不锈钢导线后，附加损耗减小，因壁厚减小，相对的可以增大通水面积。同时相对于空心铜线，水流速度可以增加，来加强冷却效果。但采用不锈钢导线使定子线棒导电面积减小，定子直流电阻稍增大。
方案2的转子本体直径D2为1168mm，小于方案1，D2为1168mm的转子已在珠海电厂中得到应用。转子槽数为32，转子槽形为半平行梯形槽，相对于方案1平行槽，可以相对增大槽内铜导线的面积。定转子间隙δ为96.52mm，比方案1的大，因此短路比也比方案1的大。其轭部磁密和齿部磁密比方案1大，而且铁心长度长，因此需要更高的风扇压头达到其冷却效果。
方案2计算得出额定励磁电流IfN较大，转子励磁损耗也大，需要更大的励磁机容量，其对励磁系统的要求更高。
方案1的发电机效率高于方案2。
这两个方案转子绕组温度计算所用程序都是西屋公司标准程序TG3248和端部TG3255，额定功率900MW时方案1 转子绕组最高温升和平均温升分别是56K和36K，最大容量时最高温升70K；方案2转子绕组最高温升和平均温升分别是63.4K和39.2K，最大容量时最高温升79.2K。
总之，两个方案各有特点，西门子外高桥(方案1)发电机的总体性能和参数略优于西屋公司(方案2)，而且上海汽轮发电机有限公司已制造过西门子外高桥900MW发电机的定子，获得了900MW汽轮发电机制造的许多宝贵经验，因此优先推荐西门子外高桥方案1。 5.6 SIEMENS THDF 125/67发电机在出力1000MW时的主要技术数据如下
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6 百万千瓦级汽轮发电机研制技术攻关的主要内容
6.1 26～27kV定子绕组主绝缘及防晕层的设计开发研究和线棒试制
百万千瓦级单轴2极汽轮发电机需要采用26～27kV电压。300MW、600MW汽轮发电机向美国西屋公司引进技术时，虽已引进了24kV绝缘技术，但上海、哈尔滨制造的600MW汽轮发电机皆为20kV电压，四川600MW汽轮发电机为22kV。我国尚没有制造24kV定子绕组绝缘及防晕层的经验。近几年上海汽轮发电机有限公司虽已有西门子-西屋公司的百万千瓦级发电机有关资料，并且与桂林、上海交大合作完成了26～27kV定子绕组绝缘及防晕层的课题研究，但是正式将百万千瓦级26～27kV发电机定子绕组绝缘国产化，尚需进行线棒模型试验。现上海汽轮发电机有限公司拥有多胶模压绝缘和少胶VPI绝缘（真空压力浸漆）两种体系，多胶模压绝缘体系目前拥有的技术可以做到额定电压20kV，成熟的产品最大容量600MW。少胶VPI绝缘体系目前通过了西门子西屋公司和伏依特西门子两家考证。只制造过半组式线棒试验线棒，没有做过整台线棒。目前拥有的技术可以制造额定电压为27kV的定子线棒。根据百万千瓦级汽轮发电机对主绝缘的要求以及汽发公司的技术特点，汽发公司将采用VPI绝缘体系作为百万千瓦级汽轮发电机主绝缘体系。额定电压26kV－27kV，防晕体系采用一次成型防晕或者涂刷型防晕，关键绝缘材料将部分进口。 6.2 转子及护环锻件材料的试制
百万千瓦级两极汽轮发电机转子锻件需要很高的屈服强度等性能，因此转子锻件供应，曾经是制造百万千瓦级 3000r/min汽轮发电机的主要问题之一，90年代国外一些锻件制造厂已经能够提供这种转子锻件，国内目前只有少数几家锻件制造厂能制造600MW汽轮发电机转子的锻件。护环是汽轮发电机运行中承受应力最高的部件。20世纪70年代以前各公司汽轮发电机护环皆采用非磁性奥式体系高强度合金钢（18Mn5Cr）。70年代欧洲连续发生了几次汽轮发电机护环因潮湿引起应力腐蚀断裂的事故，因而发展了18Mn18Cr护环，其抗应力腐蚀性能好，美国已运行的大型汽轮发电机，近年来已在逐步更换为18Mn18Cr护环，
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百万千瓦等级超超临界机组汽轮发电机参数选型
