淺談靖電６００ＭＷ超臨界汽輪發電機特點

摘要:600MW超臨界汽輪發電機機已經成為我國的主力發電機組,靖電使用的是東方電氣股份有限公司的QFSN-600-2-22型超臨界汽輪發電機,與以前的機組對比具有比較多的優點。文章對此進行了分析。

關鍵詞:超臨界;定子;轉子

中圖分類號:F406文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)21-0149-02

一、引言

隨著現代電力工業技術、金屬材料技術與微機控制技術等的不斷發展,超臨界技術慢慢走向成熟,它是提高汽輪發電機組經濟性的有效手段,超臨界機組在發達國家起步較早,目前已經被世界上發達國家廣泛采用,隨著我國國民經濟的快速發展,綜合國力的提升,科學技術水平的不斷進步以及人民生活水平的提高,我國也在掌握著先進的超臨界技術,我國電力工業正在以前所未有的速度發展,一批國產超臨界機組已經先后投入運行。靖電600MW QFSN-600-2-22型超臨界汽輪發電機由東方電氣股份有限公司引進國外先進技術、合作設計、合作制造的基

礎上發展的,已經成為我國電力系統的主力機型之一。

二、設備概況及參數

靖電600MW超臨界發電機是汽輪機直接拖動的隱極式、二極、三相同步發電機。采用水氫氫冷卻方式,即定子線圈(包括定子引線)直接水冷,定子出線氫內冷,轉子線圈直接氫冷(氣隙取氣方式),定子鐵心氫冷。發電機采用密閉循環通風冷卻,機座內部的氫氣由裝于轉子兩端的軸流式風扇驅動。集電環和電刷空氣冷卻,兩集電環間設有離心式風扇。軸承為強迫潤滑(由汽機潤滑油系統供油)。發電機配有氫油水控制系統,以提供和控制發電機冷卻用氫氣,密封用油和定子線圈冷卻用水。發電機機采用靜止可控硅,機端變自勵方式勵磁。勵磁電源取自發電機機端,經勵磁變壓器到可控硅整流再到電刷傳入轉子繞組提供勵磁電流。主要技術參數:

三、主要構件及特點

汽輪發電機主要由定子、轉子、端蓋、軸承、勵磁系統及冷卻系統等部件組成,靖電600MW超臨界汽輪發電機在設計、制造中采用了一系列先進的技術和工藝,其主要構件及特點如下:

(一)整體機座結構,采用水氫氫冷卻方式

機座是用鋼板焊成的殼休結構,它的作用主要是支持和固定定子鐵芯和定子繞組,還可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸力。東方所設計的600MW汽輪發電機機座有整體機座、內外機座、三段式機座三種類型,靖電根據便利的交通條件選用的是整體機座,可以節省材料,降低制造費用。

該型600MW汽輪發電機采用水氫氫冷卻方式,即定子繞組通以純凈水進行直接冷卻,俗稱定子繞組水內冷;轉子繞組氫內冷,定子鐵芯和端部構件采用氫氣表面冷卻。定、轉子軸向對應有13個風區,6個進風區和7個出風區相間布置,在轉子上裝有兩個軸流式風扇(汽、勵端各一個),當轉子旋轉時將氫氣鼓入氣隙和鐵心背部,其中一部份通過轉子槽楔上的風孔導入轉子線圈內對轉子線圈進行直接冷卻,另部份氫氣對鐵心進行冷卻,最后從機座風道進入冷卻器冷卻。這種形成交替進出的徑向多流通風冷卻,保證了發電機鐵心和繞組的均勻冷卻,減少了結構件熱應力和局部過熱。

(二)22kV額定電壓

本型汽輪發電機額定電壓為22kV,是目前國產600MW汽輪發電機中最高的電壓。盡管額定電壓較高,定子線棒的絕緣及防暈處理效果優良,絕緣強度足、防電暈性能好。

22kV的額定電壓是比較高的一個電壓等級,早期600MW級別的發電機或300MW發電機的額定電壓一般都低于20kV,較高的額定電壓在一定程度上優化發電機的整體結構,節省空間與材料。

(三)四排股線定子線棒

繞組由84根條式線棒組合而成,嵌入定子槽內分上下兩層各42根。每根線棒有空心、實心股線共56根(空心實心按1:2比例),分成四排(兩組),每根線棒還進行了540°換位,模壓成型,以減小附加損耗。線棒絕緣采用F級環氧粉云母絕緣,并且有良好的防暈措施以避免電暈腐蝕。線棒的水電連接采用水盒子結構,即在線棒鼻端用水盒子將四排股線組焊成一整體。

定子線棒結構,改進較大,一般300MW發電機空、實心線棒比例為1:4,該型發電機空實心線棒比例為1:2,提高了定子線棒冷卻水的流量,同時保證了機械強度,使散熱性能可靠提高。同時線棒進行了540°換位,模壓成型,比通常所采用的360°換位更能減小附加損耗,減小了線棒的發熱量,減輕散熱負擔的同時提高了機組效率。

(四)轉子整體聯軸器結構

轉子用整體聯軸器結構,相應的汽端風扇座環和中心環均直接自轉軸鍛件上加工和切取。這種結構工藝復雜,但其優點在于,可以明顯地減小聯軸器直徑,增加與汽輪機的連接剛度。

(五)轉子半梯型半閉口線槽

轉子嵌線槽采用半梯形槽,槽口寬度小于槽內寬度。其優越性在于增加轉子的載銅量,是大型汽輪發電機降低轉子繞組溫升、提高電機效率必須采用的措施之一。

(六)平弧形轉子槽楔

槽楔與轉子表面平齊,槽楔上的風孔與下部線圈風孔銜接形成曲線圓弧流道,其優點在于,它具有較高兜風系數及較小風阻,可明顯降低槽楔與氣隙中氣體間的風摩損耗,提高電機效率,并在一定程度上使發電機的噪聲水平得以改善。

(七)端蓋軸承結構

該機組采用端蓋軸承結構,軸瓦為橢圓式水平分面結構,瓦外圓的球面形狀保證了軸承具有自動調心功能,有利于機組平穩運行。

(八)單流環式密封油系統

靖電600MW超臨界汽輪發電機采用單流環式密封油密封氫氣。系統提供經過真空處理的油進入密封瓦。流到氫氣側的回油經端蓋上的排油管回到密封油箱,空側回油則與軸承潤滑油一起排出。

單流環式的密封油系統,與國內目前廣泛采用的雙流環式密封油系統比較,系統結構簡單,在密封油系統的調節元件中只需一個壓差閥,壓力密封油經密封座與密封瓦之間的油腔,流入密封瓦與轉軸之間的間隙,沿徑向形成油膜,防止氫氣外泄。只要控制好油氫壓差,氫氣密封性能會很可靠、基本上可消除從密封瓦上漏氫的可能性。

(九)靜止可控硅自并激勵磁系統

勵磁系統的主要作用有:(1)根據發電機負荷的變化相應的調節勵磁電流,以維持機端電壓為給定值;(2)控制并列運行各發電機間無功功率分配;(3)提高發電機并列運行的靜態穩定性;(4)提高發電機并列運行暫態穩定性;(5)在發電機內出現故障時,進行滅磁,以減小故障損失程度;(6)根據運行要求對發電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。靖電600MW汽輪發電機勵磁系統采用發電機機端接勵磁變壓器的靜止可控硅自并激勵磁系統,控制系統采用全套進口ABB公司原裝產品,型號為UNITROL5000,是ABB公司該系列產品的第五代勵磁調節器,用于同步發電機靜止勵磁系統。它具有目前數字控制領域內最先進的研究成果和工藝,如DSP數字信號處理技術。先進的數字信號處理技術,更為直接的勵磁電流控制方式,快速響應的勵磁系統,可提高機組軸系的穩定性,提高運行可靠性,從而進一步提高電力系統的穩定水平,提高電廠的經濟效益。

四、總結

靖電600MW超臨界汽輪發電機具有很多結構上的特點。采用了很多在國內外技術領先的新技術、新材料和新工藝,反應了當今世界火力發電機技術的先進水平。

參考文獻

[1]QFSN-600-2型汽輪發電機說明書.

[2]電氣設備及系統.600MW超臨界火力發電機組技術叢書[M].武漢大學出版社.

作者簡介:鄧勇志,男,供職于廣東粵電靖海發電有限公司,研究方向:發電機維護。