俄制汽輪發(fā)電機改造技術(shù)論述

張 亮

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司， 哈爾濱 150040）

0 前言

為響應(yīng)國家對火電機組節(jié)能減排的要求，通過發(fā)電機技術(shù)升級和改造，解決俄制老舊機組系列問題并提升發(fā)電機出力滿足電廠增容要求，并且保證發(fā)電機改造功率提升后仍滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，提高電廠的社會和經(jīng)濟效益。

1 對現(xiàn)有機組運行情況鑒定分析

不同電廠的汽輪發(fā)電機型號、制造時間、投運時間以及運行工況、維護(hù)和檢修情況均會存在一定的差異性，改造前需對發(fā)電機實際運行狀態(tài)進(jìn)行技術(shù)評估，以確定其改造可行性。

首先，應(yīng)對發(fā)電機運行工況進(jìn)行校驗。應(yīng)基于改造項目承制廠的發(fā)電機計算程序，對電廠提供的發(fā)電機典型工況運行數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，以判斷發(fā)電機運行是否正常。

其次，應(yīng)對歷史上常規(guī)檢修例行試驗進(jìn)行對比。要根據(jù)具體的改造范圍不同，對改造前后的定子鐵心損耗試驗、轉(zhuǎn)子振動等數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

再者，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場機械和外觀檢查。發(fā)電機外觀檢查，重點排查如圖1 和圖2：

圖1 定子鐵心和繞組端部緊固件狀態(tài)和槽楔環(huán)外觀

圖2 轉(zhuǎn)子槽楔、通風(fēng)孔和護(hù)

最后，應(yīng)對運行期內(nèi)發(fā)電機發(fā)生的事故和異常工況進(jìn)行分析。由電廠提供發(fā)電機投運以來發(fā)生的事故和異常運行工況的歷史記錄和報告，亦是評估發(fā)電機增容改造的重要因素之一。

2 發(fā)電機增容改造

2.1 主要有以下四方面內(nèi)容：

發(fā)電機額定電壓、額定功率因數(shù)和冷卻介質(zhì)溫度等參數(shù)不變；

盡量利用現(xiàn)有發(fā)電機、氫油水和勵磁系統(tǒng)；

發(fā)電機額定出力提升，并滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；

增容后保證發(fā)電機安全，可靠連續(xù)運行。

2.2 增容改造限制因素：

發(fā)電機額定出力增加后，短路損耗、勵磁損耗增大，將導(dǎo)致定子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組的溫升均有所增加。對于水氫冷機組，主要考慮以下因素：

定子繞組溫升：主要取決于定子繞組電阻損耗和附加渦流損耗及定子繞組冷卻水溫和水量；定子鐵芯溫升：主要取決于發(fā)電機端電壓；轉(zhuǎn)子繞組溫升：主要取決勵磁損耗和散熱效果。

2.3 增容改造主要常規(guī)措施：

定子繞組溫升：可提高定子繞組冷卻水流量來降低定子繞組溫升；

定子鐵心溫升：由于發(fā)電機額定電壓不變，空載鐵心損耗不變，僅增加部分雜散損耗，其對定子整體溫升影響不大，因此鐵心變化幅度很小，針對本型發(fā)電機定子鐵心溫升可以滿足發(fā)電機正常運行要求；

轉(zhuǎn)子繞組的溫升：對于氫冷發(fā)電機，可通過提高氫壓來降低定子鐵心及轉(zhuǎn)子繞組溫升；

2.4 改造中技術(shù)問題：

汽輪發(fā)電機組改造中，需相互配合、協(xié)調(diào)，還需注意以下問題：

汽輪機發(fā)電機組改造后，發(fā)電機與汽輪機出力匹配問題，通常發(fā)電機出力略高于汽輪機出力；

汽輪機改造后軸系計算；

汽輪機改造后軸系熱膨脹量變化對發(fā)電機影響。

3 俄制機組存在的常見問題

定子小壓圈過熱（產(chǎn)生原因：端部漏磁場大、無外銅屏蔽、通風(fēng)不暢）；

定子端部固定綁扎結(jié)構(gòu)薄弱（環(huán)氧泥填充、高跟鞋壓板生根、笨重的絕緣端環(huán)等設(shè)計增加端部剛度效果并不好，同時容易產(chǎn)生裂紋磨損線棒）；

軸向滑移結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理（原設(shè)計中基本沒有設(shè)置軸向滑移結(jié)構(gòu)，調(diào)峰運行將對定子端部造成惡劣影響）；

定子繞組并聯(lián)環(huán)設(shè)計為矩形截面，容易產(chǎn)生裂紋（矩形截面設(shè)計，容易造成應(yīng)力集中，尤其是在拐角處易產(chǎn)生裂紋，造成并聯(lián)環(huán)漏水事故）；

定子水路過長（該機組定子繞組進(jìn)出水均設(shè)置在汽端，最長水路為：入口-下層線棒-并聯(lián)環(huán)-磁套端子-上層線棒-出口，水路過長將影響定子線棒的冷卻效果，并容易造成空心導(dǎo)線堵塞現(xiàn)象）。

4 俄制機組改造技術(shù)方案

對發(fā)電機改造部分進(jìn)行現(xiàn)場測繪；

利用現(xiàn)有鐵心，重新設(shè)計定子線棒和槽內(nèi)測溫元件布置；

更換定子壓圈，并在定子壓圈上增加銅屏蔽；

定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)和槽內(nèi)固定結(jié)構(gòu)；

借鑒現(xiàn)有機組先進(jìn)成熟設(shè)計制造技術(shù)，優(yōu)化定子端部支撐系統(tǒng)，解決定子端部振動固有問題定子繞組并聯(lián)環(huán)、主出線的結(jié)構(gòu)以及固定結(jié)構(gòu)；

優(yōu)化定子繞組冷卻水路；

完善定子測溫監(jiān)測系統(tǒng)。

5 改造方案結(jié)構(gòu)布置

5.1 定子線棒新設(shè)計

在保持外形尺寸不變的前提下，對定子線規(guī)、股數(shù)數(shù)量、空實數(shù)量比等關(guān)鍵尺寸重新進(jìn)行設(shè)計；控制線棒的軸向長度，以節(jié)省空間，為單向通水冷卻方式設(shè)計創(chuàng)造條件；定子線棒設(shè)計為單向通水，匯流管分別布置在汽、勵兩端，發(fā)電機定子冷卻水匯流管的進(jìn)水、出水法蘭均設(shè)在機座汽、勵兩側(cè)的頂部，可保證發(fā)電機在斷水事故狀態(tài)下定子繞組內(nèi)仍能充滿水，匯流管的排污出口法蘭設(shè)在機座兩端的底部。需要在現(xiàn)場對機座進(jìn)行開孔、焊接等操作，設(shè)計詳細(xì)的工藝操作規(guī)范，以保證施工安全。

5.2 定子端部結(jié)構(gòu)重新設(shè)計

整個定子繞組的端部沿徑向和切向固定牢固，沿軸向可自由伸縮，定子端部增加銅屏蔽。端部支架及綁扎結(jié)構(gòu)設(shè)計，取消把合結(jié)構(gòu)，采用浸膠玻璃絲綁扎，上下層線棒之間設(shè)置適形結(jié)構(gòu)，綁環(huán)與支架事先形成一個整體，再與定子壓圈把合固定，絕緣支架數(shù)量可以適當(dāng)增加，線棒端部與支架綁環(huán)等沿徑向固定為牢固的整體；并設(shè)計絕緣銷，以保證沿軸向可以伸縮。端部結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與美國通用電氣公司的理念相同，此種結(jié)構(gòu)可靠并有運行經(jīng)驗，同時層間支撐管、玻璃絲、膠等材料為進(jìn)口產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

5.3 定子端部擋風(fēng)板布置，軸向擋風(fēng)板前移至出槽口位置，通過槽口塊把合固定，在線棒上生根。

5.4 并聯(lián)環(huán)設(shè)計為圓形截面，同時由于主引線位置無法測量，并聯(lián)環(huán)需現(xiàn)場彎形。

5.5 定子槽內(nèi)固定。

槽底、層間、及楔下墊F 級環(huán)氧玻璃布板，槽內(nèi)單側(cè)打入半導(dǎo)體墊條，根據(jù)間隙大小可適當(dāng)塞入波紋板，端部保留小槽襯結(jié)構(gòu)。

5.6 增加溫度監(jiān)測點

增加定子繞組出水溫度測量元件。測點位于汽端水接頭處，測溫效果準(zhǔn)確，引線引至接線板；增加銅屏蔽測溫元件，引線引至接線板；按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，層間加裝雙支熱電阻。

5.7 測溫端子出線板更改為航空插頭

由于發(fā)電機溫度測點數(shù)量增加，原有接線板測點數(shù)量無法滿足要求，改為新型航空插頭后，即能增加測點數(shù)量，又能滿足密封要求。

5.8 增加轉(zhuǎn)子匝間短路在線監(jiān)測線圈

安裝在定子槽楔上，以螺紋把合并刷膠固定，通過引線接至測溫端子出線板，同時配套轉(zhuǎn)子匝間短路在線監(jiān)測裝置，以監(jiān)測轉(zhuǎn)子匝間短路事故。

6 結(jié)語

通過對發(fā)電機進(jìn)行技術(shù)升級和增容改造，不但可以提高機電設(shè)備的完好率和運行的安全可靠性和使用壽命，還能增加發(fā)電機的額定容量，增加系統(tǒng)所必須的調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用容量，對系統(tǒng)的供電質(zhì)量也能發(fā)揮更好的穩(wěn)定作用，這是發(fā)電機增容改造的最大經(jīng)濟效益和社會效益。