水輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站設(shè)計(jì)工藝方案的選擇方法

摘 要：文章以重慶水輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站工藝方案設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單地介紹了其中的工藝方案的選擇方法。本試驗(yàn)站工藝方案選擇涵蓋的機(jī)組類(lèi)型有高壓水輪發(fā)電機(jī)、高低壓異步電動(dòng)機(jī)、高低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)、高壓同步電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品及基本系列。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；工藝方案；選擇方法；機(jī)組類(lèi)型

1 試驗(yàn)臺(tái)位的確定

重慶水輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站根據(jù)被試產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、產(chǎn)品特性及試驗(yàn)時(shí)對(duì)設(shè)備要求考慮試驗(yàn)臺(tái)位。由于產(chǎn)品以大中型電機(jī)為主，年產(chǎn)電機(jī)千瓦數(shù)大，被試產(chǎn)品臺(tái)數(shù)不多，為提高設(shè)備利用率，擬建低壓異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)位一個(gè)，承擔(dān)工頻及變頻0.38kV、0.8-1.6MW；0.69kV、0.8-3MW；1.14kV、0.8-4.2MW電機(jī)試驗(yàn)。高壓同步、異步及變頻電動(dòng)機(jī)共用試驗(yàn)臺(tái)位一個(gè)，承擔(dān)異步電動(dòng)機(jī)：3/3.3kV、0.8-4.5MW直接負(fù)載試驗(yàn)、0.8-4.5MW疊頻試驗(yàn)；6/6.6kV、0.8-5MW直接負(fù)載試驗(yàn)、0.8-7MW疊頻試驗(yàn)；10/10.5kV、0.8-6MW直接負(fù)載試驗(yàn)，0.8-7.5MW疊頻試驗(yàn)。同步電動(dòng)機(jī)3.3kV、零功試驗(yàn)0.8-5MVA、6kV零功試驗(yàn)0.8-9MVA、10kV零功試驗(yàn)0.8-12.5MVA試驗(yàn)；臥式高壓水輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)位一個(gè)。承擔(dān)50/60Hz、6～24極、6.6kV、10.5kV、13.8kV，3～12.5MW水輪發(fā)電機(jī)以空載短路法進(jìn)行的試驗(yàn)。本方案試驗(yàn)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)可以采用同型號(hào)、同規(guī)格兩臺(tái)電機(jī)，一臺(tái)作被試機(jī)，一臺(tái)作陪試機(jī)，以對(duì)拖的方式進(jìn)行直接負(fù)載試驗(yàn)，一臺(tái)做完試驗(yàn)，不改變接線，僅改變控制，可將陪試機(jī)變成被試機(jī)，原被試機(jī)轉(zhuǎn)換成陪試機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。一次可完成兩臺(tái)電機(jī)試驗(yàn)。同時(shí)也考慮了在極數(shù)相同的情況下，以不小于被試機(jī)容量的異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)作為彼此的陪試機(jī)進(jìn)行直接負(fù)載試驗(yàn)，為解決試驗(yàn)負(fù)載提供了方便。

2 電氣系統(tǒng)

高壓電氣系統(tǒng)：由XGN2-12型高壓開(kāi)關(guān)柜共20臺(tái)，完成供電、輸出、轉(zhuǎn)換、閉鎖、測(cè)量、接線等操作，完成短路、過(guò)流、過(guò)載等保護(hù)，帶電顯示、支持試驗(yàn)順利完成。高壓接線箱五臺(tái)，完成被、陪試機(jī)接線，帶工作狀態(tài)信號(hào)指示（如圖1所示）。

低壓供電系統(tǒng)：低壓GGD型開(kāi)關(guān)柜共，完成試驗(yàn)站低壓配電，試驗(yàn)臺(tái)及其他輔助設(shè)施的電源供給，輔機(jī)電源的控制等操作，并具有短路、過(guò)流、過(guò)載保護(hù)、工作狀態(tài)信號(hào)等功能。低壓接線箱二臺(tái)，完成被、陪試機(jī)接線，帶工作狀態(tài)信號(hào)指示。直流接線箱三臺(tái)，完成被、陪試機(jī)接線，帶工作狀態(tài)信號(hào)指示（如圖1所示）。

圖1 電氣原理圖

3 試驗(yàn)電源

試驗(yàn)站試驗(yàn)用電由廠變10kV供電。要求選用兩套額定功率為8000kW的變頻器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)16000kW，整流單元需采用AFE四象限整流方式容量7400kVA，額定輸出電壓為3.3kV、6.6kV、10.5kV四象限高壓變頻器。其中一套作為被試電機(jī)的試驗(yàn)電源，另一套作為試驗(yàn)時(shí)的加載系統(tǒng)，將試驗(yàn)?zāi)芰炕仞?0kV電網(wǎng)。采用直接負(fù)載法能完成7.5MW，3.3kV、6.6kV、10.5kV異步電動(dòng)機(jī)及同步電動(dòng)機(jī)負(fù)載溫升試驗(yàn)。采用疊頻法，單臺(tái)能完成5.5MW，3.3kV、6.6kV、10.5kV異步電動(dòng)機(jī)溫升試驗(yàn)。兩臺(tái)并聯(lián)，能完成11MW，3.3kV、6.6kV、10.5kV異步電動(dòng)機(jī)溫升試驗(yàn)。變頻電源能在3.3kV、6.6kV、10.5kV下實(shí)現(xiàn)等功率變換。能穩(wěn)壓、穩(wěn)頻，電壓波動(dòng)不超過(guò)±1%Un，頻率波動(dòng)不超過(guò)±1%fn（額定頻率大于等于8HZ時(shí)），頻率、電壓可獨(dú)立控制與調(diào)節(jié)。多極對(duì)數(shù)和低頻額定頻率在10Hz以下、額定轉(zhuǎn)速低于100rpm的電動(dòng)機(jī)，變頻電源可以滿足1rpm或略高于1rpm穩(wěn)定運(yùn)行。變頻電源在50Hz、60Hz，輸出電壓不低于每檔70%額定電壓時(shí)的諧波電壓因數(shù)（HVF）不超過(guò)0.015變頻器采用水冷方式，冷卻系統(tǒng)的水泵、電機(jī)和供電采用一用一備的冗余設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)具備系統(tǒng)防凍功能、防污染功能，適合在北方地區(qū)運(yùn)行。

4 試驗(yàn)變壓器

為解決低壓0.38kV直接負(fù)載最大1.6MW，0.69kV直接負(fù)載最大3MW，1.14kV直接負(fù)載最大4.2MW異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，利用原有6300kVA變壓器，輸出電壓10/3.5kV、2.6kV、1.6kV電壓，將變頻器輸出10kV電壓轉(zhuǎn)換為3.5kV、2.6kV、1.6kV，為被試電機(jī)提供試驗(yàn)電源。調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓，當(dāng)電壓降至1.14kV時(shí)輸出容量為4500kVA，.0.69kV時(shí)為2716kVA，0.38kV時(shí)為1500kVA，基本滿足上述電壓等級(jí)的電機(jī)容量試驗(yàn)要求。增加一臺(tái)SC（B）10-5600，額定容量5600kVA，輸入、輸出電壓為10.5/1.2kV試驗(yàn)變壓器為陪試電機(jī)提供電源，采用對(duì)拖試驗(yàn)方式時(shí)，將試驗(yàn)?zāi)芰客ㄟ^(guò)變頻器回饋10kV電網(wǎng)。也可由變頻器經(jīng)5600kVA、電壓為10.5/1.2kV試驗(yàn)變壓器為被試機(jī)供電試驗(yàn)，6300kVA變壓器經(jīng)變頻器回饋，完全滿足容量要求。

5 計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)可分為兩級(jí)，一級(jí)是工業(yè)以太網(wǎng)形式的上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，另一級(jí)是高速工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS或MODBUS）形式的基層網(wǎng)絡(luò)，二者之間經(jīng)由PLC主機(jī)聯(lián)接成一個(gè)不可分割的大系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置相應(yīng)的計(jì)算機(jī)測(cè)試臺(tái)，用以布置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，同時(shí)可裝設(shè)試驗(yàn)所必須的按鈕、指示燈、操作功能開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)電位器的小操作面板，必要時(shí)還可設(shè)置小型的指示儀表等內(nèi)容?？刂奇溌分械淖冾l器、PLC、數(shù)字化裝置均采用工業(yè)專(zhuān)用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，這有利于通訊速度的提升、通訊可靠性和抗干擾性的加強(qiáng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章論述了水輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站設(shè)計(jì)的工藝方案的選擇方法，涵蓋的機(jī)組類(lèi)型較多，其中不乏不足之處，希望廣大專(zhuān)業(yè)人士指教。

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