65MW汽輪發電機廠內型式試驗

摘 要：汽輪發電機作為重要的發電設備在電力行業被廣泛應用。在汽輪發電機的研制和生產過程中，必須對產品進行全面的試驗，以驗證其電氣性能是否滿足國家標準要求。文章介紹了65MW50HZ汽輪發電機在工廠中的型式試驗，并對試驗結果進行了對比分析。

關鍵詞：汽輪發電機；型式試驗；測定

1 概述

生物質能是世界上重要的新能源，而利用生物質能進行發電是生物質能利用的重要途徑，也符合國家產業政策導向，目前中小型汽輪發電機以其成本低、安裝維護方便等特點在該發電領域被廣泛使用。國內發電機的開發已有多年歷史，無論從生物質能高效利用，還是從產品的技術革新的角度看都需要我們研制出更便捷、更高效的中小型發電機產品。

2 試驗條件

汽輪發電機產品整機型式試驗是一項技術復雜的系統工程，它不僅對電機產品的設計性能進行驗證，同時也對相關試驗設備及輔助保障設施有著嚴格的要求。整機型式試驗需要的試驗設備主要有被試發電機驅動系統及供電電源、試驗供油及循環水系統，被試發電機測試系統等。

2.1 電機驅動系統及供電電源

65MW汽輪發電機整機型式試驗供電電源采用電源機組模式供電，兩臺2750KW的直流電動機驅動7500KW的同步發電機組成的變頻系統，為5000KW同步拖動電機提供變頻電源。供電原理如圖1所示。

由直流系統拖動直流電機M1、M2，直流電動機拖動同步發電機GS1發電，通過調節直流電機的速度及同步發電機的勵磁，從而實現輸出變頻、調壓電源，作為試驗電源。此試驗電源通過高壓柜及接線箱、測量器件等拖動5000KW拖動電機，再由拖動電機連軸帶動齒輪箱及被試電機旋轉進行各種試驗。被試機定子線圈通過短路并對勵磁進行調節而進行負載試驗項目，通過開路而進行空載試驗項目。

2.2 供油及循環水系統

由于型式試驗時被試發電機軸承、拖動機軸承及齒輪箱都需要油源進行潤滑，試驗供油系統由站內上油箱、下油箱、主油泵、高壓頂油泵、主油管道熱交換器、油凈化裝置、油管道過濾器組成，通過控制管道閥門來保證發電機型式試驗用油。

試驗所需冷卻水系統由三臺水泵作為循環水泵，采用外來補水和循環回水調節方式，保持試驗時發電機定子及循環油冷凝裝置用水。

2.3 試驗測試系統

整機型式試驗時，在對各系統進行監控的同時，還需根據試驗項目要求，對拖動電機和被試發電機進行電參數、振動參數、熱工量的測量。

在試驗的各種工況下，需要對拖動機及發電機的電參數進行實時監測，通過采集連接電源機組高壓開關柜內電壓及電流數據，將數據接入控制室，在發電機定子出線端接入三個電壓和電流互感器，將互感器數據傳入控制室，上述電參數統一接入WT3000高精度功率分析儀和DL850示波記錄儀中，對拖動機及發電機的電參數及趨勢波形進行監測和分析。發電機的勵磁電流是通過直流整流柜及開關柜接入發電機勵磁繞組，通過上位機軟件實現對發電機勵磁電壓及電流的測量。

發電機的軸承座振動測量采用美國GE公司生產的本特利3500型測振儀，拖動機的軸承振動也用此測量儀表進行監控。試驗時，被試機發電機所有溫度量（包括定子鐵芯溫度、定子繞組溫度、循環水溫度、通風道口溫度等）統一接入熱工測量箱，通過通訊連接，在計算機系統中進行顯示。

3 型式試驗的主要項目

廠內進行型式試驗時，按國家標準GB/T7064-2008《隱級同步發電機技術要求》和發電機技術協議所要求的項目進行試驗，方法按GB/T1029-2005《三相同步電機試驗方法》進行。

3.1 空載和短路特性參數的測定

在空載特性及短路特性試驗中，可以直接測得額定空載勵磁電流與額定短路勵磁電流數據，但不能直接獲取發電機的額定勵磁電流數據，需要根據測得的空載短路特性間接推算得到。

根據發電機空載特性試驗測量的數據得到空載損耗特性曲線，如圖2所示。在U0/UN=100%時，測得額定空載勵磁電流為335A。

根據發電機穩態短路特性試驗測量的數據得到穩態短路損耗特性曲線，如圖3所示。在Ik/IN=100%時，測得額定短路勵磁電流為580A，短路比SCR=0.578。

根據空載飽和特性及三相穩態短路特性勵磁電流數據，用ASA作圖法，可得到發電機額定勵磁電流Ifn=861A[1]。

3.2 損耗和效率測定

效率作為電機產品的重要性能指標之一，在目前的測量設備下，我們采用損耗分析法進行功率的計算。

在空載損耗曲線中，空載額定電壓對應的拖動機輸出功率為恒定損耗P0，將曲線延長到U0/UN=0，則曲線與縱軸交點的值即為發電機機械損耗Pfw，兩損耗的差值則為發電機鐵耗Pfe。

（1）在空載損耗曲線查出：P0=589KW，Pfw=589KW，則Pfe=139KW

（2）定子銅損耗采用測得的定子繞組電阻與額定電流設計值的平方相乘得到。

（3）雜散損耗（查短路損耗曲線）

R55為試驗時定子繞組溫度為55℃時的直流電阻，其值為0.001728846Ω。

（4）勵磁損耗

（5）總損耗

（6）發電機效率

3.3發電機溫升測定

發電機溫升采用同步電機疊加法，即通過空轉溫升試驗，1.05UN空載溫升試驗，1.2UN空載溫升試驗，1.0IN短路溫升試驗四次溫升試驗確定定子及轉子繞組在滿載下的溫升值[2]。

（1）勵磁繞組溫升采用如下作圖法求得：

將后三次溫升試驗中測得的勵磁繞組直流電阻Rf按如下公式換算至介質溫度為40℃時的電阻值。作出θ′f=f（I2fR′f）關系曲線，計算額定勵磁電流下繞組溫度分別為40℃和75℃時的溫升值，連接這兩個溫升值并延伸得到一條直線，直線與曲線延長線的交點對應的溫升即為勵磁繞組在額定工作方式下的溫升。

4 試驗結果

該電機整機型式試驗的試驗值與設計值數據對比如表1所示。在整機試驗中該發電機的主要電氣參數試驗值與設計值基本一致，且優于國家標準。

5 結束語

對65MW汽輪發電機整機型式試驗條件作了闡述，分析了電機的空載和穩態短路試驗過程，并對相關參數進行了分析計算。整機型式試驗結果證明了該型號發電機主要電氣參數均滿足設計要求，是技術成熟的產品。

參考文獻

[1]GBT_7064-2008.隱級同步發電機技術要求[S].

[2]GB/T 1029-2005.三相同步發電機的試驗方法[S].

作者簡介：劉中磊（1985，3-），男，漢族，出生于河南省南陽市，在中國長江動力集團有限公司工作，助理工程師，碩士研究生，現從事電機試驗研究工作。