淺談靖電６００ＭＷ超臨界汽輪發(fā)電機特點

摘要:600MW超臨界汽輪發(fā)電機機已經(jīng)成為我國的主力發(fā)電機組,靖電使用的是東方電氣股份有限公司的QFSN-600-2-22型超臨界汽輪發(fā)電機,與以前的機組對比具有比較多的優(yōu)點。文章對此進行了分析。

關(guān)鍵詞:超臨界;定子;轉(zhuǎn)子

中圖分類號:F406文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)21-0149-02

一、引言

隨著現(xiàn)代電力工業(yè)技術(shù)、金屬材料技術(shù)與微機控制技術(shù)等的不斷發(fā)展,超臨界技術(shù)慢慢走向成熟,它是提高汽輪發(fā)電機組經(jīng)濟性的有效手段,超臨界機組在發(fā)達國家起步較早,目前已經(jīng)被世界上發(fā)達國家廣泛采用,隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,綜合國力的提升,科學(xué)技術(shù)水平的不斷進步以及人民生活水平的提高,我國也在掌握著先進的超臨界技術(shù),我國電力工業(yè)正在以前所未有的速度發(fā)展,一批國產(chǎn)超臨界機組已經(jīng)先后投入運行。靖電600MW QFSN-600-2-22型超臨界汽輪發(fā)電機由東方電氣股份有限公司引進國外先進技術(shù)、合作設(shè)計、合作制造的基

礎(chǔ)上發(fā)展的,已經(jīng)成為我國電力系統(tǒng)的主力機型之一。

二、設(shè)備概況及參數(shù)

靖電600MW超臨界發(fā)電機是汽輪機直接拖動的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機。采用水氫氫冷卻方式,即定子線圈(包括定子引線)直接水冷,定子出線氫內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷(氣隙取氣方式),定子鐵心氫冷。發(fā)電機采用密閉循環(huán)通風(fēng)冷卻,機座內(nèi)部的氫氣由裝于轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風(fēng)扇驅(qū)動。集電環(huán)和電刷空氣冷卻,兩集電環(huán)間設(shè)有離心式風(fēng)扇。軸承為強迫潤滑(由汽機潤滑油系統(tǒng)供油)。發(fā)電機配有氫油水控制系統(tǒng),以提供和控制發(fā)電機冷卻用氫氣,密封用油和定子線圈冷卻用水。發(fā)電機機采用靜止可控硅,機端變自勵方式勵磁。勵磁電源取自發(fā)電機機端,經(jīng)勵磁變壓器到可控硅整流再到電刷傳入轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁電流。主要技術(shù)參數(shù):

三、主要構(gòu)件及特點

汽輪發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、勵磁系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)等部件組成,靖電600MW超臨界汽輪發(fā)電機在設(shè)計、制造中采用了一系列先進的技術(shù)和工藝,其主要構(gòu)件及特點如下:

(一)整體機座結(jié)構(gòu),采用水氫氫冷卻方式

機座是用鋼板焊成的殼休結(jié)構(gòu),它的作用主要是支持和固定定子鐵芯和定子繞組,還可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸力。東方所設(shè)計的600MW汽輪發(fā)電機機座有整體機座、內(nèi)外機座、三段式機座三種類型,靖電根據(jù)便利的交通條件選用的是整體機座,可以節(jié)省材料,降低制造費用。

該型600MW汽輪發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式,即定子繞組通以純凈水進行直接冷卻,俗稱定子繞組水內(nèi)冷;轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷,定子鐵芯和端部構(gòu)件采用氫氣表面冷卻。定、轉(zhuǎn)子軸向?qū)?yīng)有13個風(fēng)區(qū),6個進風(fēng)區(qū)和7個出風(fēng)區(qū)相間布置,在轉(zhuǎn)子上裝有兩個軸流式風(fēng)扇(汽、勵端各一個),當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時將氫氣鼓入氣隙和鐵心背部,其中一部份通過轉(zhuǎn)子槽楔上的風(fēng)孔導(dǎo)入轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)對轉(zhuǎn)子線圈進行直接冷卻,另部份氫氣對鐵心進行冷卻,最后從機座風(fēng)道進入冷卻器冷卻。這種形成交替進出的徑向多流通風(fēng)冷卻,保證了發(fā)電機鐵心和繞組的均勻冷卻,減少了結(jié)構(gòu)件熱應(yīng)力和局部過熱。

(二)22kV額定電壓

本型汽輪發(fā)電機額定電壓為22kV,是目前國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機中最高的電壓。盡管額定電壓較高,定子線棒的絕緣及防暈處理效果優(yōu)良,絕緣強度足、防電暈性能好。

22kV的額定電壓是比較高的一個電壓等級,早期600MW級別的發(fā)電機或300MW發(fā)電機的額定電壓一般都低于20kV,較高的額定電壓在一定程度上優(yōu)化發(fā)電機的整體結(jié)構(gòu),節(jié)省空間與材料。

(三)四排股線定子線棒

繞組由84根條式線棒組合而成,嵌入定子槽內(nèi)分上下兩層各42根。每根線棒有空心、實心股線共56根(空心實心按1:2比例),分成四排(兩組),每根線棒還進行了540°換位,模壓成型,以減小附加損耗。線棒絕緣采用F級環(huán)氧粉云母絕緣,并且有良好的防暈措施以避免電暈腐蝕。線棒的水電連接采用水盒子結(jié)構(gòu),即在線棒鼻端用水盒子將四排股線組焊成一整體。

定子線棒結(jié)構(gòu),改進較大,一般300MW發(fā)電機空、實心線棒比例為1:4,該型發(fā)電機空實心線棒比例為1:2,提高了定子線棒冷卻水的流量,同時保證了機械強度,使散熱性能可靠提高。同時線棒進行了540°換位,模壓成型,比通常所采用的360°換位更能減小附加損耗,減小了線棒的發(fā)熱量,減輕散熱負擔的同時提高了機組效率。

(四)轉(zhuǎn)子整體聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子用整體聯(lián)軸器結(jié)構(gòu),相應(yīng)的汽端風(fēng)扇座環(huán)和中心環(huán)均直接自轉(zhuǎn)軸鍛件上加工和切取。這種結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜,但其優(yōu)點在于,可以明顯地減小聯(lián)軸器直徑,增加與汽輪機的連接剛度。

(五)轉(zhuǎn)子半梯型半閉口線槽

轉(zhuǎn)子嵌線槽采用半梯形槽,槽口寬度小于槽內(nèi)寬度。其優(yōu)越性在于增加轉(zhuǎn)子的載銅量,是大型汽輪發(fā)電機降低轉(zhuǎn)子繞組溫升、提高電機效率必須采用的措施之一。

(六)平弧形轉(zhuǎn)子槽楔

槽楔與轉(zhuǎn)子表面平齊,槽楔上的風(fēng)孔與下部線圈風(fēng)孔銜接形成曲線圓弧流道,其優(yōu)點在于,它具有較高兜風(fēng)系數(shù)及較小風(fēng)阻,可明顯降低槽楔與氣隙中氣體間的風(fēng)摩損耗,提高電機效率,并在一定程度上使發(fā)電機的噪聲水平得以改善。

(七)端蓋軸承結(jié)構(gòu)

該機組采用端蓋軸承結(jié)構(gòu),軸瓦為橢圓式水平分面結(jié)構(gòu),瓦外圓的球面形狀保證了軸承具有自動調(diào)心功能,有利于機組平穩(wěn)運行。

(八)單流環(huán)式密封油系統(tǒng)

靖電600MW超臨界汽輪發(fā)電機采用單流環(huán)式密封油密封氫氣。系統(tǒng)提供經(jīng)過真空處理的油進入密封瓦。流到氫氣側(cè)的回油經(jīng)端蓋上的排油管回到密封油箱,空側(cè)回油則與軸承潤滑油一起排出。

單流環(huán)式的密封油系統(tǒng),與國內(nèi)目前廣泛采用的雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)比較,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,在密封油系統(tǒng)的調(diào)節(jié)元件中只需一個壓差閥,壓力密封油經(jīng)密封座與密封瓦之間的油腔,流入密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的間隙,沿徑向形成油膜,防止氫氣外泄。只要控制好油氫壓差,氫氣密封性能會很可靠、基本上可消除從密封瓦上漏氫的可能性。

(九)靜止可控硅自并激勵磁系統(tǒng)

勵磁系統(tǒng)的主要作用有:(1)根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流,以維持機端電壓為給定值;(2)控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配;(3)提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性;(4)提高發(fā)電機并列運行暫態(tài)穩(wěn)定性;(5)在發(fā)電機內(nèi)出現(xiàn)故障時,進行滅磁,以減小故障損失程度;(6)根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。靖電600MW汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用發(fā)電機機端接勵磁變壓器的靜止可控硅自并激勵磁系統(tǒng),控制系統(tǒng)采用全套進口ABB公司原裝產(chǎn)品,型號為UNITROL5000,是ABB公司該系列產(chǎn)品的第五代勵磁調(diào)節(jié)器,用于同步發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)。它具有目前數(shù)字控制領(lǐng)域內(nèi)最先進的研究成果和工藝,如DSP數(shù)字信號處理技術(shù)。先進的數(shù)字信號處理技術(shù),更為直接的勵磁電流控制方式,快速響應(yīng)的勵磁系統(tǒng),可提高機組軸系的穩(wěn)定性,提高運行可靠性,從而進一步提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平,提高電廠的經(jīng)濟效益。

四、總結(jié)

靖電600MW超臨界汽輪發(fā)電機具有很多結(jié)構(gòu)上的特點。采用了很多在國內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)先的新技術(shù)、新材料和新工藝,反應(yīng)了當今世界火力發(fā)電機技術(shù)的先進水平。

參考文獻

[1]QFSN-600-2型汽輪發(fā)電機說明書.

[2]電氣設(shè)備及系統(tǒng).600MW超臨界火力發(fā)電機組技術(shù)叢書[M].武漢大學(xué)出版社.

作者簡介:鄧勇志,男,供職于廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,研究方向:發(fā)電機維護。