國產(chǎn)QFSN—200—2型汽輪發(fā)電機(jī)增容改造評(píng)估及實(shí)施

摘 要：本文介紹了QFSN-200-2型汽輪發(fā)電機(jī)增容改造的可行性，通過分析提出了改造實(shí)施的措施，對改造效果進(jìn)行了總體評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；增容；可研；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.156

1 前言

沙角A電廠1號(hào)水氫冷汽輪發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的QFSN-200-2型隱極同步汽輪發(fā)電機(jī)，其定子鐵芯徑向氫外冷，定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組本體氣隙取氣，采用有刷三級(jí)勵(lì)磁系統(tǒng)，于1987年4月投入商業(yè)運(yùn)行。1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)屬于上世紀(jì)80年代產(chǎn)品，限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)能力及制造加工技術(shù)等因素，機(jī)組效率低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。經(jīng)過近20多年的運(yùn)行，機(jī)組重要部件的老化，也同樣影響著機(jī)組的運(yùn)行安全。在這種情況下，沙角A電廠于2013年進(jìn)行了汽輪機(jī)通流改造，同時(shí)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行增容改造。

2 發(fā)電機(jī)增容評(píng)估及改造

經(jīng)過計(jì)算分析，發(fā)電機(jī)出力從200MW增至220MW后，在功率因數(shù)、出口電壓、頻率、運(yùn)行氫壓不變的情況下，發(fā)電機(jī)額定電流將增加至9488A，額定勵(lì)磁電流增加至1884A，發(fā)電機(jī)定子線棒最高銅溫升為33K，按定子線棒進(jìn)水溫度50℃計(jì)算，繞組線棒的最高溫度將不超過83℃，根據(jù)國標(biāo)《GB/T 7064-2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》溫升還有較大裕量，可以擴(kuò)容至220MW，但由于發(fā)電機(jī)增容后總損耗約增加了193kW，因此需對發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，根據(jù)廠家建議，可以將冷卻器更換為最新型穿片式氫冷卻器，相比原繞簧式冷卻器的換熱容量高出35%，能滿足發(fā)電機(jī)增容后的散熱要求。同時(shí)，可以在定子鐵芯內(nèi)圓冷熱風(fēng)區(qū)之間加裝徑向氣隙隔板進(jìn)一步改善冷卻效果（見圖1），以減少冷熱風(fēng)氣流的混合，確保轉(zhuǎn)子具有較低的進(jìn)風(fēng)溫度，強(qiáng)迫氣隙處冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子，提高轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)量。同時(shí)也減少端部氣隙氣流對內(nèi)部風(fēng)區(qū)的干擾，從而可確保轉(zhuǎn)子溫升分布的均勻性和定子風(fēng)量分布的合理性。另外，由于增容后定子繞組端部電動(dòng)力增加約21%，定子線圈端部固定結(jié)構(gòu)也需進(jìn)行改進(jìn)加固。

1號(hào)發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)容量為1060kW，額定電壓UFn=400V（200MW）、額定電流IFn=1800A，主勵(lì)的儲(chǔ)備系數(shù)K=1.213，設(shè)計(jì)容量裕度較大，能滿足發(fā)電機(jī)出力增加到220MW的要求。1號(hào)機(jī)主勵(lì)空氣冷卻器為繞簧式，背包式放置，每一風(fēng)路上只有一只冷卻器，不能滿足“停運(yùn)一個(gè)冷卻器，仍能保證額定出力”的要求，運(yùn)行可靠性較差，需將冷卻器改為一組兩個(gè)冷卻器，共兩組。1號(hào)機(jī)組副勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)容量為40kW，額定電壓為161V、額定電流為165A，其儲(chǔ)備系數(shù)K=1.227，設(shè)計(jì)容量裕度能滿足發(fā)電機(jī)出力增加10%的要求。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用整流裝置型號(hào)為ZGLF-2000A/1000V，其整流裝置額定輸出為2000A/1000V，能夠滿足單柜運(yùn)行時(shí)具有2倍強(qiáng)勵(lì)的要求。自動(dòng)滅磁開關(guān)為科大創(chuàng)新股份有限公司DMX-2300-4/0型，過電壓裝置為MB61型，額定長期允許分?jǐn)嗄芰镈C2000V、3768A，可以滿足增容要求。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)為北京吉思電氣有限公司的GEC-332調(diào)節(jié)器。主勵(lì)磁機(jī)額定勵(lì)磁電流為148.9A，勵(lì)磁系統(tǒng)可控硅按單個(gè)整流橋額定輸出電流為300A設(shè)計(jì)，滿足1.1倍勵(lì)磁電流長期運(yùn)行和短時(shí)強(qiáng)勵(lì)的要求。

3 增容改造效果

1號(hào)發(fā)電機(jī)增容改造，通過更換全部發(fā)電機(jī)定子槽楔，更換發(fā)電機(jī)四個(gè)冷卻器及主勵(lì)磁機(jī)2個(gè)冷卻器，發(fā)電機(jī)定子加裝風(fēng)區(qū)隔板，定子線圈端部加固等工作，將發(fā)電機(jī)額定出力由200MW增容至220MW。相較原發(fā)電機(jī)，改造后機(jī)組運(yùn)行至今，呈現(xiàn)以下幾大優(yōu)勢：

（1）通過汽輪機(jī)通流、發(fā)電機(jī)增容改造，整個(gè)機(jī)組能耗大大降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，符合國家節(jié)能減排政策。

（2）運(yùn)行更加可靠，發(fā)電機(jī)定子槽楔全部更換為新型加固槽楔，緊力符合規(guī)范要求，不易松動(dòng)，可最大程度保證發(fā)電機(jī)定子繞組安全運(yùn)行。

（3）運(yùn)行溫度控制在合理范圍。發(fā)電機(jī)增容后運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流、定子電流增加導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)各部件溫度升高，影響機(jī)械強(qiáng)度及絕緣件壽命及性能，通過更換高效氫氣冷卻器，并在定子膛內(nèi)加裝風(fēng)區(qū)隔板等工作，保證發(fā)電機(jī)定子鐵芯帶220MW負(fù)荷時(shí)不超過95℃，定子絕緣溫度不超過85℃，確保了發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語

沙角A電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)增容改造完成后，機(jī)組的性能得到了提升，發(fā)電機(jī)出力增大了10%，安全性、可靠性也大大提高，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，為其他機(jī)組的改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]全國旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 7064-2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

作者簡介：舒濤（1982-），男，電氣工程師，主要研究方向：電氣設(shè)備檢修。