350MW汽輪發(fā)電機的設(shè)計和運行

摘 要：從2004年末到2013年初，由哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造的額定功率350MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機已成功生產(chǎn)近百臺，各項運行指標(biāo)均優(yōu)良，取得了用戶的廣泛好評。這些成績的取得都?xì)w功于先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和優(yōu)異的電磁計算方法，為哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司在這一等級的汽輪發(fā)電機組國內(nèi)外市場闖出一片新天地。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；設(shè)計；運行

該產(chǎn)品基于這樣一個平臺：即已有數(shù)十臺運行經(jīng)驗的300MW汽輪發(fā)電機，這個成熟的平臺可以降低全新研發(fā)首臺產(chǎn)品的所存在的風(fēng)險系數(shù)，減少用戶通常有的擔(dān)心。重要的是，產(chǎn)品凝聚HEC累計的技術(shù)進(jìn)步，體現(xiàn)了具有國際競爭力的最新發(fā)展成果，使發(fā)電機的容量在主要尺寸D2L不變的情況下，成功將額定容量從353MVA提高到412MVA，并可以使最大容量達(dá)到452MVA，由技術(shù)進(jìn)步帶來的產(chǎn)品升級所產(chǎn)生的效益和意義是顯而易見的。

1 發(fā)電機的性能規(guī)范

1.1 額定數(shù)據(jù)

2 發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)

發(fā)電機的冷卻一般都是用“水氫氫”的方式，即定子的繞組水內(nèi)冷卻方式，轉(zhuǎn)子的繞組氫內(nèi)冷卻方式，定子的鐵芯氫表面冷卻方式。

氫氣對于發(fā)電機的冷卻循環(huán)主要是通過轉(zhuǎn)軸兩端護(hù)環(huán)上的漿式風(fēng)扇進(jìn)行的，當(dāng)氫氣完成對發(fā)電機的冷卻而被加熱后，再通過發(fā)電機的機座部分的氫氣冷卻裝置冷卻，之后再次進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

在軸向上，定子鐵芯有四個進(jìn)風(fēng)區(qū)以及五個出風(fēng)區(qū)，一共九個風(fēng)區(qū)。

整個冷卻系統(tǒng)是一個全密閉的整體結(jié)構(gòu)。冷卻用的氫氣是由轉(zhuǎn)子兩端漿型風(fēng)扇鼓動循環(huán)，然后由機座頂?shù)睦鋮s裝置進(jìn)行再次冷卻。

匯流管是整個系統(tǒng)的循環(huán)通道，定子繞組的總的進(jìn)出水管是裝在機座上的，分別在勵端和汽端，并且在出線罩還有單獨進(jìn)行進(jìn)出水的小型匯流管。

轉(zhuǎn)子的通風(fēng)系統(tǒng)在槽部是用的氣隙取氣的斜流通風(fēng)式的，并且在端部則是用的兩路通風(fēng)，這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)點就在于簡短的風(fēng)路使得轉(zhuǎn)子的繞組溫度系數(shù)均勻。

在發(fā)電機的內(nèi)部裝有測溫元件，用以檢測發(fā)電機的內(nèi)部溫度環(huán)境變化，因此發(fā)電機的測溫系統(tǒng)已比較完善。

定子的鐵芯的齒部以及軛部，這部分的溫度必須進(jìn)行檢測，因此會在定子的鐵芯中加入鉑電阻用以測溫。

對發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的氫氣以及油水的溫度檢測則是通過在機座、端蓋以及管路上安裝金屬測溫計來進(jìn)行監(jiān)控。

而且在發(fā)電機的軸瓦安裝可以報警的軸瓦測溫元件不但可以對軸瓦進(jìn)行溫控，還可以進(jìn)行整體性的警報。

3 設(shè)計特點

3.1 定子

整體式的發(fā)電機座。機座以及鐵芯之間存在著的彈性支撐的結(jié)構(gòu)是由機座內(nèi)部十八根彈性的定位筋平均分布而成的；在設(shè)計鐵芯以及定子的機座時避開了倍頻，對振動頻率有著特定的設(shè)置。定子的鐵芯主要是由高導(dǎo)磁的硅鋼扇片進(jìn)行疊壓形成的，這種硅鋼片采用無取向的冷軋式硅鋼，損耗比低。使用銅屏蔽板對兩端的壓圈在外側(cè)進(jìn)行覆蓋，從而使鐵芯的損耗以及發(fā)熱減少。定子繞組在工作時時常發(fā)生電暈放電的現(xiàn)象。在線棒內(nèi)槽外面用阻值較低的半導(dǎo)體式的玻璃帶纏繞，在槽口外面用防暈帶扎緊固化。

對繞組端部必須要注意控制橢圓形的自振頻率，對設(shè)計以及制造都要實施嚴(yán)格的措施以控制避開倍頻以及工頻。

電流互感器在發(fā)電機的定子的出線端，使用的是套管式的，并且對互感器固定使用的螺栓和結(jié)構(gòu)配件都需要使用非磁材質(zhì)的配件。

3.2 轉(zhuǎn)子

發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸是合金鋼材的整體式鍛造件，高導(dǎo)磁頻率的轉(zhuǎn)軸鍛件必須經(jīng)過嚴(yán)格的理化檢驗和使用超聲波測試，必須具有質(zhì)量合格的機械性，在軸體上設(shè)計有安裝勵磁繞組的軸向槽，并且均勻的分布有橫向槽，用來平衡軸體上的剛度。

發(fā)電機運作時，負(fù)載時常會出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，這就需要附設(shè)阻尼系統(tǒng)來提高其能力，一般阻尼系統(tǒng)包括了繞組槽的阻尼結(jié)構(gòu)以及在大齒上的阻尼條，還包括端部上的銅合金槽楔。

為了承受轉(zhuǎn)子繞組的離心力作用，在端部一般環(huán)包有非磁鋼護(hù)環(huán)。

3.3 端蓋、軸承及其絕緣

發(fā)電機的端蓋一概采用的是鋼板式結(jié)構(gòu)，用以保證其在氫氣壓力下具有足夠的剛度以及機械強度，不至于變形，并且投入使用的端蓋要進(jìn)行水壓和氣密性試驗，驗收合格后才可使用。發(fā)電機的軸承一律是端蓋式的，軸瓦一律為橢圓型，并且瓦套和軸瓦之間的接觸面是自調(diào)心結(jié)構(gòu)的球面結(jié)構(gòu)，為了保證其絕對的絕緣性，在勵端的軸承上采用了雙重式絕緣結(jié)構(gòu)，并隨時在機組運行時對其進(jìn)行監(jiān)控。

3.4 油密封裝置

發(fā)電機采用雙流環(huán)式油密封，油密封裝置置于發(fā)電機兩端端蓋內(nèi)側(cè)，其作用是通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自是獨立的油路，平衡閥使兩路油壓維持均衡，嚴(yán)格控制了兩路油的互相串流，從而大大減小了空氣對機內(nèi)氫氣的污染，簡化了維護(hù)工作。

密封座的機內(nèi)一側(cè)裝有迷宮式擋油環(huán)，梳齒間的集油腔內(nèi)引入發(fā)電機風(fēng)扇的高壓氣體，運用氣封作用，防止風(fēng)扇將密封油抽入機內(nèi)。

3.5 刷架及隔音罩

刷架是用來承載刷盒并保持其在合適位置的重要部件，刷盒自成一體，可在運行中即插即拔，每個刷盒并排安裝4個電刷，由恒壓彈簧保持適當(dāng)?shù)膲毫Α＿@種結(jié)構(gòu)減小了集電環(huán)表面的不均勻磨損，裝配簡單，維護(hù)方便。

刷架與集電環(huán)有獨立的通風(fēng)系統(tǒng)，由裝在轉(zhuǎn)軸上的離心式風(fēng)扇驅(qū)動。進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)應(yīng)由管道分別引至不同的區(qū)域，防止混風(fēng)。

在刷架集電環(huán)部位加裝寬大的隔音罩，兼有密閉通風(fēng)和隔音功能，隔音罩有兩扇門和采光玻璃窗以便維護(hù)，內(nèi)壁噴涂吸聲材料，可保證機組噪聲在標(biāo)準(zhǔn)限制的85dB以下，低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

4 發(fā)電機運行性能

由表1以上數(shù)據(jù)可以看出，此等級汽輪發(fā)電機溫升較低，容量裕度很大，還有較大的提升空間，相信哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司必定會通過雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)生產(chǎn)出更優(yōu)秀的產(chǎn)品，為世界創(chuàng)造出源源不斷的動力，再創(chuàng)輝煌業(yè)績！