首臺700MW級雙水內冷汽輪發電機增容提效關鍵技術研究

京能（錫林郭勒）發電有限公司 白音高老

雙水內冷汽輪發電機在各個領域當中的應用都十分廣泛，通過增加雙水內冷汽輪發電機的額定功率來實現其增容提效，是當前發電公司的重要工作目標。目前雙水內冷汽輪發電機額定功率為660MW，在此基礎上實現700MW雙水內冷汽輪發電機的增容提效，能夠為發電公司帶來更多經濟效益。

1 項目概況分析

當前進行試驗的項目為特高壓配套的清潔發電項目，超臨界間接空冷機組工程的額定功率為2×660MW，而超臨界界間接空冷機組中所使用的發電機為雙水內冷汽輪發電機，額定功率為660MW、進水溫度38℃、頻率為50赫茲、功率因數0.9、額定轉速每分鐘3000轉。

基于此，為了更好地提高超臨界界間接空冷機組的運行效率，就需要提高水內冷汽輪發電機的功率，使其為超臨界界間接空冷機組的運行提供更加堅實的基礎。由于目前對于700MW雙水內冷汽輪發電機的理論基礎已完成并獲得試驗，并應用了大負荷試驗和VWO工況試驗，來進一步檢驗了700MW雙水水內冷汽輪發電機的運行性能，得出700MW雙水內冷汽輪發電機相比較于660MW的水內冷汽輪發電機功率容量更大、出力能力更強、絕緣性好、運行效率高等優勢的結論，尤其是對于高海拔地區來說，能夠更好地提升水內冷汽輪發電機運行的穩定性，不僅大大提升了供電的效率和質量，還為發電公司獲取了更多的經濟效益。

本文的研究項目，主要是對700MW雙水內冷汽輪發電機中的空冷器、轉冷水冷卻器換熱效率及集電環刷架電流密度分布等技術進行研究，從而更好地分析700MW雙水內冷汽輪發電機的增容提效技術，在此基礎上對700MW雙水內冷汽輪發電機進行空冷器、轉子冷卻器和集電環刷架的換熱試驗，并測定700MW雙水內冷汽輪發電機在168小時的持續運行狀態下，各項性能的運行效果，來為700MW雙水內冷汽輪發電機的增容提效關鍵技術的探究，提供更多的有效幫助[1]。

2 首臺700MW級雙水內冷汽輪發電機增容提效關鍵技術

2.1 建立增容提效技術路線

在對700MW雙水內冷汽輪發電機進行增容提效研究時，首先要做的就是對700MW雙水內冷汽輪發電機建立增容提效技術路線。此時技術人員需優化雙水內冷汽輪發電機的運行邊界條件，并對雙水內冷汽輪發電機中的空氣冷卻器、轉子冷卻水裝置等組成部分的結構進行優化和完善，進而將雙水內冷汽輪發電機的660MW額定功率提升為700MW。

雙水內冷汽輪發電機的運行邊界條件的優化可分為三部分：首先，通過對雙水內冷汽輪發電機中空氣冷卻器的換熱效率進行研究，來進一步論證雙水內冷汽輪發電機的增容方案。在對雙水內冷汽輪發電機的運行邊界條件進行優化時，可提高雙水內冷汽輪發電機空氣冷卻器換熱能力，并降低其邊端熱芯溫度，進而提高空氣冷卻器的換熱效率；其次，通過對雙水內冷汽輪發電機中的轉子冷卻器的換熱能力進行提高，同時降低雙水內冷汽輪發電機轉子繞組的溫升，能有效提升雙水內冷汽輪發電機轉子冷卻器的換熱效率，實現對雙水內冷汽輪發電機的增容；最后，需對雙水內冷汽輪發電機中的集電環刷架的結構進行優化設計，完善集電環刷架的電流密度。可通過降低集電環刷架的碳刷載流密度，以及增加碳刷在集電環上的分布密度來實現。

2.2 計算設備技術參數

在對700MW雙水內冷汽輪發電機進行試驗前，首先要對各項技術指標的參數進行設定，主要包括700MW雙水內冷汽輪發電機的定子鐵芯溫度、定子端部結構件溫度、轉子繞組出水溫度以及碳刷與滑環接觸面溫度。通常在700MW雙水內冷汽輪發電機中轉子繞組出水溫度最低，應保持在90℃以下；其次，對于定子端部結構件溫度以及碳刷與滑環接觸面溫度都應設置為不超過130℃，而定子鐵芯溫度則保持在120℃以下，進而在此基礎上進行進一步的試驗。

對于700MW雙水內冷汽輪發電機的各項技術指標的參數計算，應如下所示，從而在進行試驗時更好地對700MW雙水內冷汽輪發電機的運行性能進行檢測，確保其符合試驗要求。700MW雙水內冷汽輪發電機功率（MW）分別為700、525、350時的參數為：定子電流（kA）20.08/15.60/35，冷卻水入口水溫（℃）36/36/35，線圈最高溫度（℃）60/51/43，空氣進風溫度（℃）40/40/40，鐵芯最高溫度（℃）82/79/77。

2.3 可行性分析

首先是對發熱部件損耗進行分析。將700MW雙水內冷汽輪發電機與660MW雙水內冷汽輪發電機進行對比和計算后可知，700MW雙水內冷汽輪發電機整體工況較高，其額定電流和額定電壓都較大，因此發熱部件損耗也就更大；其次是對空氣冷卻器所帶走的損耗進行分析，與660MW雙水內冷汽輪發電機進行對比可知，雖然發熱部件損耗更大，但在實際運行過程中由于對運行邊界條件進行了優化，使得空氣冷卻器的換熱能力得以提升，進而讓空氣冷卻器帶走的損耗也更多，因此并不影響運行性能；最后是對集電環損耗進行分析，700MW雙水內冷汽輪發電機出力能力更強，且發電機集電環損耗只有電損耗較高，其他損耗指標與660MW雙水內冷汽輪發電機相同。通過刷握數量能有效控制集電環損耗。

基于此，在660MW額定功率基礎上將雙水內冷汽輪發電機的額定功率升級為700MW的試驗，通過對各項設備技術指標的計算和對比分析，確定700MW雙水內冷汽輪發電機增容提效具有可行性。

2.4 構建試驗方案

對于700MW雙水內冷汽輪發電機的增容提效是在660MW雙水內冷汽輪發電機的基礎上來進行結構改造和優化的。在開展試驗的前期，最先是調整額定冷卻水的進水溫度，在原有額定溫度基礎上進行降低，由38℃降低為33℃，額定功率因素保持在0.9PF；對于空氣冷卻器的增容，必須要保證接口尺寸和安裝尺寸固定不變，主要是通過優化空氣冷卻器的內部結構來提高其容量和換熱能力，以便于能夠帶走更多的損耗，進而降低定子鐵心及端部結構件的溫升。對于轉子水冷卻器的增容，需在轉子水冷卻器中增加散熱板片的數量來提高其換熱能力，利用轉子水冷卻器帶走更多的損耗來降低轉子線圈出水溫升。

集電環刷架結構的優化，只需在其周圍增加刷握的數量來提高集電環的刷碳量，同時還能夠降低電刷載流密度，進而降低滑環與碳刷接觸面的溫度；在試驗過程中，需對700MW雙水內冷汽輪發電機中各個組成部件的溫升值進行計量，還需收集繞組端部、主引線等結構系統的模態變化等數據，用來評估其運行性能，并進一步判斷是否存在運行風險。此時可對其進行溫升試驗或額定出力試驗，來確保所收集數據的準確性和全面性。此外，在進行700MW雙水內冷汽輪發電機增容提效試驗時，還要通過短路及空載試驗確定其特性參數，以及進相試驗判斷其進相能力[2]。

3 結果與評價

通過對700MW雙水內冷汽輪發電機開展增容提效的試驗，可以明確700MW雙水內冷汽輪發電機的技術線路具有合理性，能夠滿足當前雙水內冷汽輪發電機的運行要求，并且沒有影響雙水內冷汽輪發電機的穩定性；同時在700MW雙水內冷汽輪發電機增容提效的試驗過程中，通過對其運行邊界條件的優化以及試驗，得到了700MW雙水內冷汽輪發電機中各項設備技術指標的參數，從而與660MW雙水內冷汽輪發電機進行對比，發現700MW雙水內冷汽輪發電機的運行效果更好。基于此，可以明確不僅700MW雙水內冷汽輪發電機的運行性能良好，對于雙水內冷汽輪發電機的增容提效也有著充分的可行性，通過此次試驗，為后續雙水內冷汽輪發電機改善和升級提供了更加有效地幫助[3]。

4 結語

在660MW雙水內冷汽輪發電機的基礎上實現對700MW雙水內冷汽輪發電機的增容提效，通過進行升溫實驗滿足了其可行性的指標。值得注意的是，在試驗的過程中需要嚴格把控試驗時間，避免700MW雙水內冷汽輪發電機的運行時間過短，以便于更準確地反映700MW雙水內冷汽輪發電機運行過程中的實際溫度，從而更好地驗證700MW雙水內冷汽輪發電機增容提效技術的有效性。