百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站拖動系統(tǒng)的方案選擇

李錄強(qiáng)

(哈爾濱五聯(lián)電氣設(shè)備有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

目前國內(nèi)外電力設(shè)備已向超常規(guī)、超大型方向發(fā)展，百萬千瓦級超超臨界火電機(jī)組及核電機(jī)組等產(chǎn)品必將成為我國下一輪電力市場建設(shè)的主力機(jī)型。因此建設(shè)百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站是保證百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)展及安全生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。基于百萬千瓦級超超臨界火電機(jī)組及核電機(jī)組等產(chǎn)品目前的發(fā)展?fàn)顩r，建設(shè)的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站應(yīng)適應(yīng)不同容量等級的產(chǎn)品要求，同時要考慮到能源的節(jié)約，試驗(yàn)站應(yīng)具有良好的擴(kuò)充性。

1 設(shè)計(jì)原則

試驗(yàn)站拖動系統(tǒng)應(yīng)是具有先進(jìn)的電源設(shè)備及先進(jìn)的檢視、測量水平的百萬千瓦級汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站。

試驗(yàn)站拖動系統(tǒng)應(yīng)在一定程度上滿足百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)要求，對試驗(yàn)設(shè)備要求具有擴(kuò)充性。

2 拖動電機(jī)及其供電電源的選擇

2.1 拖動電機(jī)功率的確定

拖動被試汽輪發(fā)電機(jī)的電機(jī)容量選擇取決于被試發(fā)電機(jī)在做三相短路試驗(yàn)時的機(jī)械損耗和短路損耗。汽輪發(fā)電機(jī)的短路損耗包括定子、轉(zhuǎn)子的基本銅耗和雜散損耗。

根據(jù)1 500MW 汽輪發(fā)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，定子線圈銅耗(75℃)為3 545kW，轉(zhuǎn)子線圈銅耗(75℃)為4 725kW，雜散損耗為2 235kW，機(jī)械損耗為1 330kW，共計(jì)總損耗為11 835kW，即進(jìn)行額定電流下的三相短路試驗(yàn)時所需要的拖動功率約為12 000kW。考慮到進(jìn)行1700 ～1800MW汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)的需要及能承受一定的過載，本試驗(yàn)站拖動電機(jī)采用17 000kW的拖動能力。

2.2 拖動系統(tǒng)的多方案比較

2.2.1 采用單臺異步電機(jī)的拖動方案(方案一)

本方案的示意圖如圖1 所示。

圖1 單臺異步電機(jī)的拖動方案示意圖

本方案采用單臺17MW 的異步電機(jī)做拖動電機(jī)，拖動電機(jī)由變頻器供電適應(yīng)四象限運(yùn)行，變頻器為17MW，用于被試汽輪發(fā)電機(jī)的起動、制動及短路試驗(yàn)時的負(fù)荷。

2.2.2 采用一臺6MW 異步電動機(jī)、一臺11MW同步電動機(jī)的拖動方案(方案二)

本方案的示意圖如圖2 所示。

圖2 6MW 異步電動機(jī)和11MW 同步電動機(jī)的拖動方案示意圖

圖2 中被試汽輪發(fā)電機(jī)由一臺6MW 異步電動機(jī)和一臺11MW 同步電動機(jī)聯(lián)合拖動。6MW 異步電機(jī)由變頻器供電，用于被試汽輪發(fā)電機(jī)的起動和制動，并承擔(dān)空載試驗(yàn)時的負(fù)荷。當(dāng)進(jìn)行短路試驗(yàn)時，11MW 同步拖動電機(jī)需掛網(wǎng)運(yùn)行，承擔(dān)短路試驗(yàn)時的負(fù)荷。

2.2.3 采用雙異步電動機(jī)的拖動方案(方案三)本方案的示意圖如圖3 所示。

圖3 雙異步電動機(jī)的拖動方案示意圖

圖3 中被試汽輪發(fā)電機(jī)由一臺6MW 異步電機(jī)和一臺11MW 異步電機(jī)聯(lián)合拖動。6MW 異步電機(jī)由6MW 變頻器供電，用于被試汽輪發(fā)電機(jī)的起動、制動、空載試驗(yàn)及拖動功率不大于6MW的短路試驗(yàn)。當(dāng)進(jìn)行拖動功率大于6MW 的短路試驗(yàn)時，11MW 異步電機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行與變頻器供電的6MW 異步電機(jī)聯(lián)合拖動，共同承擔(dān)短路試驗(yàn)的負(fù)荷。

2.2.4 方案比較

通過對三種方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)各自的特點(diǎn)如下。

方案一操作比較簡單，但是單個拖動電機(jī)及變頻裝置的容量巨大、制造較困難并且投資較大，在做容量低一級的汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時較大的拖動電機(jī)容量會造成能源的浪費(fèi)。

方案二中單個拖動電機(jī)及變頻裝置的容量較小，因此對電網(wǎng)的諧波污染較小，功率因數(shù)較高。其缺點(diǎn)是同步拖動電機(jī)掛網(wǎng)需要精確的準(zhǔn)同期操作，為了達(dá)到精確準(zhǔn)同期的目的，需要異步拖動電機(jī)能實(shí)現(xiàn)精細(xì)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及準(zhǔn)同期裝置對同期條件實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格限制，很難操作。

方案三操作較方案一復(fù)雜，但較方案二簡單，也不需要精確的準(zhǔn)同步操作，單個拖動電機(jī)及變頻裝置的容量較小，并采用結(jié)構(gòu)較簡單的異步電機(jī)拖動，投資也比較節(jié)省。一大一小的拖動電機(jī)組合，對于不同容量等級的汽輪發(fā)電機(jī)可選擇不同的拖動方案，節(jié)約能源。

已建的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站選擇的是方案三，采用雙異步電機(jī)拖動，即一臺電機(jī)由變頻器供電，另一臺電機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行的方案。在進(jìn)行拖動功率大于6MW 的短路試驗(yàn)時，方案三需要11MW 異步電機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行。根據(jù)同步電機(jī)試驗(yàn)方法中可用自減速法進(jìn)行短路特性試驗(yàn)的規(guī)定，異步拖動電機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行所存在的滑差不會影響短路特性試驗(yàn)的參數(shù)測量。

3 異步電動機(jī)掛網(wǎng)線路的檢測

雙異步電動機(jī)拖動系統(tǒng)中11MW 異步電動機(jī)掛網(wǎng)線路采用自耦起動變壓器起動的方式，安裝調(diào)試時必須確保變壓器進(jìn)出口三相線的相序是對應(yīng)的，防止11MW 異步拖動電機(jī)與6MW 異步電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致。相序的檢測程序如下。

(1)自耦起動變壓器相序檢測線路如圖4。

圖4 自耦起動變壓器相序檢測線路圖

圖中開關(guān)QV1、QV2、QS2、QV3、QV4、QS4 及自耦起動變壓器組成11MW 異步電動機(jī)的起動、并網(wǎng)線路。KM 線路為相序檢測的測試電源。

(2)相序檢測

相序檢測步驟:(a)斷開所有高壓電源;(b)在供電母排上連接380V 電源(圖中開關(guān)KM處);(c)斷開QV1，閉合QS2、QV2 開關(guān)，QV3 閉合，QS4 閉合，測量QV4 同相序兩端電壓。

(3)相序檢測測量結(jié)果

同相序兩端電壓為零，接線正確。(4)抽頭檢測

閉合QV1，閉合QS2、QV2 開關(guān)，QV3 閉合，QS4、QV4 閉合，測量QV4 相間電壓。

(5)抽頭檢測測量結(jié)果

斷路器下端相間電壓為170V 左右，為380V的45%，抽頭接線無誤。

4 結(jié)語

基于雙異步電動機(jī)為拖動系統(tǒng)的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站已經(jīng)建設(shè)完成。在建試驗(yàn)站中變頻器供電6MW 電動機(jī)系統(tǒng)線路上增設(shè)了無功補(bǔ)償裝置，以確保試驗(yàn)系統(tǒng)的供電質(zhì)量及節(jié)省能源。試驗(yàn)站拖動系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能均已完成了模擬試驗(yàn)，測試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

［1］ 譚金超，譚學(xué)知.10kV 配電工程設(shè)計(jì)手冊.北京:中國電力出版社，2004.

［2］ GB 1029—2005 三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2005.

［3］ 湯蘊(yùn)璆，羅應(yīng)立.電機(jī)學(xué)(第三版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.5.

［4］ 莫岳平，翁雙安.供配電工程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.2.