克孜爾電廠2#發(fā)電機(jī)組增容改造探討

摘要：文章介紹了克孜爾電廠對多年的水文資料進(jìn)行整理和分析，得出在豐水期水資源未得到充分利用，存在大量棄水。通過專家論證計(jì)算，在不改變原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，只更換定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈，就能消除線圈老化的安全隱患問題。

關(guān)鍵詞：定子線圈；轉(zhuǎn)子線圈；發(fā)電機(jī)組增容；增容改造

中圖分類號：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0123-02

克孜爾電廠位于新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)，是一座帶有年調(diào)節(jié)水庫的壩后式水電廠，裝機(jī)為4×6500kW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2.6萬kW，年利用小時5154h，年設(shè)計(jì)發(fā)電量為1.34億kW，單機(jī)流量30.4s/m3，發(fā)電機(jī)實(shí)際型號為SF7500-36/4600，定子線圈為B級絕緣，投入運(yùn)行至今已22年，線圈絕緣漸趨老化，發(fā)生線圈擊穿事故。由于電廠的水頭、流量均有較大富余，其豐富的水利資源未能得到最充分的利用，完全具備提高出力運(yùn)行的條件，我們認(rèn)為對現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行改造增容的時機(jī)已經(jīng)

成熟。

1 發(fā)電機(jī)增容的可行性分析

對發(fā)電洞引水系統(tǒng)復(fù)核計(jì)算，壓力鋼管滿足要求，對電廠引水建筑物復(fù)核計(jì)算在結(jié)構(gòu)上滿足要求，對電廠廠房結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算，發(fā)電機(jī)重量增加不超過1.5t，原來廠房機(jī)墩、蝸殼、尾水管的結(jié)構(gòu)均能滿足擴(kuò)容后要求，廠房的整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力滿足要求。從南寧發(fā)電機(jī)廠的圖紙資料分析得出，該發(fā)電機(jī)的槽滿率不高，可通過使用厚度相對較薄、絕緣等級更高的F級絕緣材料，使新做定子線圈的銅線截面積有較大的增加（原設(shè)計(jì)定子線規(guī)為2.5×6.3，增容后線規(guī)為2.65×6.7）以削弱容量增加、電流增大所帶來溫度上升的影響。電磁計(jì)算證明，當(dāng)額定功率增加到8500kW時，其發(fā)電機(jī)定子線負(fù)荷和熱負(fù)荷均在選取的合理范圍之內(nèi)。磁極線圈采取增加匝數(shù)和線規(guī)寬度的方法減小電密（原設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)為39.5，線規(guī)為3.53×30，增容后匝數(shù)為42.5，線規(guī)為3.55×35.5），以滿足勵磁電流增大的需要。更換定子線圈270個，更換轉(zhuǎn)子線圈36個。增容后發(fā)電機(jī)有功為8500kW時的定子線圈計(jì)算溫升為Tecu1=58.2℃，轉(zhuǎn)子線圈計(jì)算溫升為Tecu2=48.6℃，發(fā)電機(jī)效率為ETA=97%。在收集了大量相關(guān)數(shù)據(jù)后，經(jīng)有關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算和分析，對發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)作了仔細(xì)的、合理的選取，結(jié)合電廠實(shí)際水頭情況和原機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，對2號發(fā)電機(jī)提出改造增容方案，增容后發(fā)電機(jī)有功為8500kW。

2 發(fā)電機(jī)增容改造電磁方案及基本數(shù)據(jù)前后對比

2.1 發(fā)電機(jī)改造電磁方案

額定容量Ps=10000kVA，額定功率Pn=8500kW，額定電壓Un=10500V，額定電流In=520A，定子鐵芯外徑Da=4600mm，定子鐵芯內(nèi)徑Di=4220mm，定子槽數(shù)270，定子槽寬bn=22.6mm，定子槽高h(yuǎn)n=93mm，定子鐵芯總長Lt=710mm，氣隙g=9mm，最大氣隙gm=13.5mm，定子線規(guī)厚度a1=2.65mm，定子線規(guī)寬度b1=6.7mm，定子線規(guī)截面積Fcu1=17.205mm，15℃時定子繞組每相電阻：R1（15）=0.8439Ω，75℃時定子繞組每相電阻：R1（75）=0.10465Ω。轉(zhuǎn)子線規(guī)厚度a2=3.55mm，轉(zhuǎn)子線規(guī)寬度b2=35.5mm，勵磁繞組每極匝數(shù)W2=42.5，轉(zhuǎn)子繞組截面積Fcu2=125.475mm，15℃時勵磁繞組電阻R2（15）=0.4266Ω，75℃時勵磁繞組電阻R2（75）=0.529Ω。

130℃時勵磁繞組電阻R2（130）=0.6228Ω，零序電抗X0=0.108，短路比DLB=0.94。空載勵磁電壓時的勵磁電流Ifo=174A，定子短路電流為額定電流時的勵磁電流Ifk=185A，額定負(fù)載時的勵磁電流Ifn=337A，額定負(fù)載時的勵磁電壓Ufn=210V，空載時勵磁繞組滑環(huán)電壓Ufo=74V，勵磁機(jī)額定電壓Uf1=231V，勵磁機(jī)額定電流If1=371A。

勵磁容量Pf=86kW，電機(jī)總損耗EQep=263kW，電機(jī)效率ETA=97.16%，定子鐵芯溫升Tefe=25.7℃，定子線圈溫升Tecu1=58.2℃，定子線圈端部溫升Tes=24℃，定子繞組有效部分最高溫升Temax=59℃，轉(zhuǎn)子繞組溫升Tecu2=48.6℃。

2.2 增容前后發(fā)電機(jī)基本數(shù)據(jù)對比

見表1。

3 2號發(fā)電機(jī)組增容改造后綜合分析

克孜爾電廠發(fā)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子線圈改造周期為45天，改造金額1449000元，于2011年3月8日通過對定、轉(zhuǎn)子線圈更新改造后投入運(yùn)行，經(jīng)過兩年來的運(yùn)行，對2號發(fā)電機(jī)組運(yùn)行情況做綜合分析。更新后的發(fā)電機(jī)組定子線圈的絕緣等級由原來的B級絕緣提高到現(xiàn)在的F級絕緣，改善了長期

困擾2號發(fā)電機(jī)組夏季線圈溫度高的情況，更新定、轉(zhuǎn)子線圈后發(fā)電機(jī)組的帶負(fù)荷能力相較原來的舊線圈有了顯著提高，原來發(fā)電機(jī)組額定功率為6500kW，線圈更新后發(fā)電機(jī)組額定功率為8500kW，改善了克孜爾電廠各機(jī)組帶負(fù)荷結(jié)構(gòu)，有利于根據(jù)水量調(diào)度情況更靈活地調(diào)整帶負(fù)荷情況，同時也減少了克孜爾水庫大流量放水期間的棄水量，充分利用了現(xiàn)有的水資源；僅2011年從改造完成的3月8日到年底，2號機(jī)組和沒有改造的1號機(jī)組相比較，多發(fā)300.28萬kW·h電量，線圈的增容改造顯著提高了克孜爾電廠的綜合效益。線圈更新后2號發(fā)電機(jī)組在全年的整體運(yùn)行中，雖然在高水頭運(yùn)行情況下能夠多發(fā)電量，減少了棄水量，但是由于改造后的定、轉(zhuǎn)子線圈重量比原線圈有所增加，且電磁環(huán)境也發(fā)生了改變，因此在低水頭運(yùn)行情況下，2號機(jī)組所帶的電量相較沒有改造的1號機(jī)組電量反而有所減少，用水量也略有增加。

4 結(jié)語

根據(jù)上述情況的綜合分析，得出以下結(jié)論，2號發(fā)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子線圈的增容改造是成功的，改造后，克孜爾電廠的經(jīng)濟(jì)效益有了顯著提高，年多發(fā)電量300萬kW·h，增加發(fā)電收入60萬多元，3年可以收回投資，投資回報(bào)率高。提高了機(jī)組安全運(yùn)行水平和設(shè)備的利用率，消除長期存在的安全隱患，對克孜爾電廠的運(yùn)行環(huán)境有明顯改善，從技術(shù)上和效益上都是可行的，為使更新后2號機(jī)線圈及水量得到充分利用，建議對2號機(jī)更換高效轉(zhuǎn)輪，以最大限度充分利用現(xiàn)有設(shè)備和水資源多發(fā)電量。

作者簡介：段新文（1967—），男，甘肅張掖人，新疆新華水電投資股份有限公司克孜爾電廠工程師，研究方向：增容改造。