《国产200mw氢冷发电机增容技术改造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国产200mw氢冷发电机增容技术改造（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国产2 0 0M W 氢冷发电机 增容技术改造 高军同半 ( 浙江镇海发电有限责任公司) 、 摘要为提高机组经济性能，镇海发电有限责任公司对国产2 0 0 M W 发电机进行增容改造。文中主要介绍增 容改造的可行性分析，改造所采取的措施，改造过程中的问题，改造后性能的鉴定，发电机安全稳定运行。 主题词发电机；增容改造；试验；技术参数 、 镇海发电机有限责任公司2 0 0 M W 汽轮发电机组是2 0 世纪8 0 年代北京重型电机厂的产品，经济 技术性能和调峰性能已不能满足电网要求。近年来随着改造技术的发展，2 0 0 M W 机组汽轮机改造使 汽轮机效率提高了1 6 9 。为配合汽轮机效率的提
2、高，发电机部分也需做相应的增容改造( 增加 2 0 U W ) ，以便能充分发挥其效率，同时为满足机组低负荷调峰运行，发电机做适当改造，以保证其在 频繁启、停的条件下安全稳定的运行，从而延长机组的使用寿命。 1 发电机改造前的运行状况 1 1 发电机因结构原因，转子绕组在端部的局部范围内温度偏高，使转子绕组过热引起绝缘故障， 我公司曾在1 9 9 3 年发生一起转子绕组在端部匝间短路并接地，在2 0 0 1 年发生一起转子绕组在端部 匝间短路。 1 2 随着系统容量的增大，2 0 0 M W 机组的调峰任务日趋频繁，发电机组的负荷频繁变动或起停， 造成转子绕组匝问绝缘或槽楔下绝缘垫片移位，引起
3、通风孔风路不畅。我公司四台2 0 0 M W 发电机 均出现低于平均风速l 3 的通风孔，其中最严重的是槲发电机转子励侧端部风区有两只通风孔只有 2 m s 和1 7 n Y s ( 平均风速为7 S m s ) 。 1 3 发电机因氢气冷却器冷却效果差，造成运行中发电机两侧进风温度偏高，进入夏季经常超过 4 0 ，造成机组减荷运行。 2 发电机增容改造的可行性分析 发电机运行时定、转子绕组、定子铁芯、机械运转所产生的损耗转换成热能，导致发电机各部 分温度升高，发电机的允许出力主要由其有效部分的最高承受温度来确定。众所周知，发电机的有 效部分中导磁材料和导电材料的工作温度在2 0 0 “ C
4、以下时并不影响其电磁和机械性能，有效部分的 绝缘材料耐热性能则较差，运行温度过高会加速绝缘老化和缩短绝缘寿命，故发电机各有效部分的 允许温度，按该部分绝缘的耐热等级所决定。 5 2 2 1 定子绕组、定子铁芯、转子绕组温度 2 1 1 温升试验 我公司为摸清发电机各部分的温升，确保发电机的安全运行，由浙江省电力试验研究所于1 9 9 2 年对群3 发电机进行了温升试验( 采用直接负荷法) 。为核查发电机经多年运行后状况有无变化，在 发电机增容改造前又由浙江省电力试验研究所对撑6 发电机进行了温升试验。两次温升试验的结果如 表1 所示。 表1发电机有功功率2 0 0 M W 、C O S O =
5、 0 8 5 时各部分的温度、温升情况单位： 定子绕组定子铁芯 定子绕组冷却 转子绕组冷却风 测试部件水( 出水) 3 机 f 6 机 3 机 f 6 机群3 机拌6 机 3 机群6 机 3 机 6 机 最高温度 6 86 5 87 77 6 05 l5 0 87 2 5 97 2 95 25 8 O 温度限额 9 01 2 08 51 1 0 最高温升 2 7 72 5 O3 6 93 5 O1 2 1“83 2 4 93 1 91 4 4 01 7 O 温升限额 5 08 04 57 0 2 1 2 发电机定子内温度分析 由于发电机定子绕组是采用水内冷方式，其在运行中由铜耗产生的热量全部由
6、冷却水带走，甚 至还有一部分铁芯损耗产生的热量通过绕组绝缘传到铜导体冷却水带走。因此发电机定子其铁芯温 度高于绕组温度，从温升试验的数据也证实了这一点，定子绕组温度在运行中温度较低，离绕组绝 缘温度限额很远，同时发电机定子铁芯温度的裕量也很大。因此发电机增容后定子绕组和铁芯温度 仍有裕量。 2 1 3发电机转子绕组温度分析 Q F Q S 2 0 0 2 型发电机转子冷却方式为四进五出沿轴向共分9 个风区，采用气隙取气斜流通风的 方式，其转子绕组温度分布基本上是马鞍形，转子绕组的两个端部比槽部温度高。北重厂的 Q F Q S 一2 0 0 2 型发电机转子绕组的热不均匀系数为1 4 5 。，由
7、表1 温升试验测出在额定负荷工况下转 子绕组平均温度为7 2 9 0 c ，平均温升为3 2 9 ，计算其最热点温度为8 7 7 ，可见发电机转子绕组 温度有较大裕量，但考虑到发电机增容要增加励磁电流1 2 7 A ，该温度裕量可能偏小。因此需要采取 一定的措施。 2 1 4发电机转子绕组冷却方式改造分析 2 1 4 1 转子端部冷却方式 北重厂在转子绕组端部的冷却方式采用单路通风，由于端部风道长，沿着气流前进方向导线温 度逐渐升高，使在槽部边端风区上产生转子的最高温度点；而采用端部两路通风，缩短风道，可使 端部绕组温度明显下降。根据转子三维温度场的计算得出，端部绕组为两路通风方式，其在有功功
8、 率2 2 0 M W 、c 0 S O = 0 8 5 时，绕组最高温度所在处位于槽轴向正中部断面，为1 1 6 6 1 ，比单路通风 方式下降1 5 4 7 ，平均温升下降7 8 8 。C ，温升不均匀系数减小O 0 9 。 2 1 4 2 转子槽部冷却方式 由于发电机的气隙较大，故在冷、热风区间无气隙隔板的情况下，就存在冷、热风相混和，这 5 3 对转子槽部的冷却十分不利。加装冷、热风区间的气隙隔板后，可以防止或减弱转子出口的热风与 将要进入转子绕组的冷风相混和，以及未经冷却转子的冷风直接进入定子出风区的现象，以加强转 子绕组槽部的冷却。根据有关转子三维温度场的计算得出，采用全气隙隔板措
9、施，转子平均温升比 仅在两端有气隙隔板的情况下降1 0 8 。 综上所述，采用转子端部两路通风和全气隙隔板措施，使转子绕组温升明显降低，从而达到提 高转子绕组温度裕量的要求。 2 2 定子端部铁芯及结构件的温度 我们根据天津军粮城电厂捍8 发电机( 同为北重厂生产的Q F Q S 2 0 0 2 型发电机) 进相运行试验 报告，得到发电机迸相运行时定子端部铁芯及结构件的温度，试验数据见表2 所示。 表2 发电机有功功率1 8 0 M W 、c o s o - - - - - O 9 7 时端部铁芯及结构件的温度单位： 测试部件铁芯端部铁芯压指铁芯压圈 最高温度5 9 84 6 44 5 0 温
10、度限额 1 3 01 1 02 0 0 从表2 试验数据可知，定子端部铁芯及结构件的温度因素不构成发电机增容限制条件。 2 3 机械强度 发电机的机械强度，一般是按承受定子出线端突然短路及转子超速考虑的，出线端突然短路的 力矩一般是额定力矩的几倍，改造后定子电压不变，结构不变，因此不用考虑此方面问题。 2 4 结论 从发电机各部件的温升发热、冷却方式、机械强度等方面分析，在额定工况( c o s o - - - O 8 5 、机内 氢压为0 3 M P a 、氢气冷却器进水温度不高于3 3 。C ) 下，只要改进转子冷却方式，提高转子冷却效果， 降低发电机转子绕组温度，北重厂生产的Q F Q
11、S 2 0 0 0 2 发电机增容改造后，额定功率为2 2 0 M W 、 c o s o = O 8 5 及最大输出功率为2 3 1 M W 是可行的。 3 发电机增容改造的主要技术措施 3 1 为降低发电机转子绕组端部温度，防止转子绕组过热造成绝缘故障等问题，提高发电机运行的 可靠性，满足发电机容量增大的要求，更换了转子绕组和绝缘，将绝缘等级提高至F 级，由原设计 的转子端部一路通风结构改为两路通风结构，即在转子绕组端部的拐角处开两个进风口，使一路气 流沿两根凹形铜线组成的中空导线的轴向通风道，从相通的槽内斜向风道流出，另一路气流沿两根 凹形铜线组成的中空导线的周向轴流通风道，从在转子大齿
12、上新开的月牙槽排出。 3 2 为防止转子绕组匝间短路故障，适应机组调峰运行的要求，在转子槽楔垫条下及护环绝缘瓦内 侧增加滑移层( 即覆盖一层聚四氟乙烯滑移材料) 以使铜线温度变化时，能较容易地沿轴向滑动或 伸缩。 3 3 为降低转子绕组温度，在发电机定子内圆上增装风区隔板，把气隙中热风和冷风分开，避免混 风。在发电机气隙沿轴向9 个风区间，安装十道风区隔板，风区隔板在设计上充分考虑到抽转子方 便，隔板材料采用耐油、耐温和防老化的材料，并有足够的强度和韧性。 3 4 为降低发电机氢气进风温度，满足发电机增容后对进氢温度的要求，将原配套的每组换热容量 为4 9 0 K W 的绕簧式氢冷器，更换为单
13、组换热容量为6 0 0 K W 高效穿片式氢冷器。 3 5 由于额定励磁电流的增加，更换一套发电机转子集电环刷架，每极增加八块电刷，在励磁机集 电环上每极增加一块电刷。 4 发电机增容改造前后的主要技术参数对比( 如表3 ) 表3发电机增容改造前后的主要技术参数对比 参数名称 增容前增容后 型号 Q F Q S - 2 0 0 - 2Q F S N - 2 2 0 2 功率( k W ) 2 0 02 2 0 功率因数 O 8 50 8 5 额定电压( V ) 1 5 7 5 01 5 7 5 0 额定电流( A ) 8 6 2 59 4 8 8 额定励磁电压( V ) 4 5 24 7 2
14、额定励磁电流( A ) 1 7 6 81 8 9 5 绝缘等级 B BB 停 效率 9 8 6 59 8 6 5 5 发电机增容改造过程中要注意的问题 5 1 防止发电机集电环、电刷发热 由于发电机励磁电流增大，电刷数量的增加，对转子集电环的椭圆度和不平度的要求比增容前 更高，否则就造成发电机集电环和电刷发热。我公司撑6 发电机增容后，正极的椭圆度有0 0 6 m m 和 0 0 7 r a m ( 超过标准0 0 1 “ - 0 0 2 r a m ) ，发电机集电环和电刷在运行中发热，集电环温度达到1 6 0 ， 电刷温度达到2 1 7 “ C ，严重超过允许值，造成停机。此现象在华能淮阴
15、电厂和山东龙口电厂的同型 号发电机增容改造中都曾出现过。因此在增容改造中，必须精确测量发电机集电环椭圆度和不平度， 对达不到0 0 3 r a m 要求的进行车削打磨或更换集电环。既便是在集电环达到要求的情况下，由于电 刷的增加，机械性产生的热能使其温度比增容前高1 0 以上，因此可参照进口6 0 0 M W 发电机在集 电环小室内实现冷却空气循环，还装有空气加湿系统，设温湿度计监视，能使集电环在相对湿度4 5 环境下可靠运行。这一措施在夏季环境温度高的南方更为适用。 5 2 防止转子绕组匝间短路 直接氢冷发电机转子绕组铜线在拉制及铣槽后，制造厂的工作人员对毛刺的清理和检查不严格， 极易产生转
16、子匝间短路。我公司第一台发电机增容改造过程中，就曾因此问题产生过转子匝间短路 而延迟工期。因此建议制造厂参照美国G E 公司的工艺要求，在下线前对绕组铜铜线进行退火处理， 并用打磨机对转子线进行全面打磨和清理，从而确保铜线无毛刺和加工后的金属微粒。 6 发电机增容改造后技术性能的鉴定 在发电机增容改造后，由浙江省电力试验研究所采用直接负荷法进行温升试验。试验的结果如 表4 所示。 5 5 表4 发电机有功功率2 2 0 M W 、c o s o = O 8 5 时各部分的温度、温升情况单位： 定子绕组冷 测试部件定子绕组定子铁芯转子绕组冷却风 却水( 出水) 最高温度6 4 27 2 15 3 。69 0 45 6 6 温度限额 9 01 2 08 51 1 0 最高温升 2 4 33 2 21 3 75 0 51
