65MW汽輪發(fā)電機廠內(nèi)型式試驗

摘 要：汽輪發(fā)電機作為重要的發(fā)電設(shè)備在電力行業(yè)被廣泛應(yīng)用。在汽輪發(fā)電機的研制和生產(chǎn)過程中，必須對產(chǎn)品進行全面的試驗，以驗證其電氣性能是否滿足國家標準要求。文章介紹了65MW50HZ汽輪發(fā)電機在工廠中的型式試驗，并對試驗結(jié)果進行了對比分析。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；型式試驗；測定

1 概述

生物質(zhì)能是世界上重要的新能源，而利用生物質(zhì)能進行發(fā)電是生物質(zhì)能利用的重要途徑，也符合國家產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向，目前中小型汽輪發(fā)電機以其成本低、安裝維護方便等特點在該發(fā)電領(lǐng)域被廣泛使用。國內(nèi)發(fā)電機的開發(fā)已有多年歷史，無論從生物質(zhì)能高效利用，還是從產(chǎn)品的技術(shù)革新的角度看都需要我們研制出更便捷、更高效的中小型發(fā)電機產(chǎn)品。

2 試驗條件

汽輪發(fā)電機產(chǎn)品整機型式試驗是一項技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅對電機產(chǎn)品的設(shè)計性能進行驗證，同時也對相關(guān)試驗設(shè)備及輔助保障設(shè)施有著嚴格的要求。整機型式試驗需要的試驗設(shè)備主要有被試發(fā)電機驅(qū)動系統(tǒng)及供電電源、試驗供油及循環(huán)水系統(tǒng)，被試發(fā)電機測試系統(tǒng)等。

2.1 電機驅(qū)動系統(tǒng)及供電電源

65MW汽輪發(fā)電機整機型式試驗供電電源采用電源機組模式供電，兩臺2750KW的直流電動機驅(qū)動7500KW的同步發(fā)電機組成的變頻系統(tǒng)，為5000KW同步拖動電機提供變頻電源。供電原理如圖1所示。

由直流系統(tǒng)拖動直流電機M1、M2，直流電動機拖動同步發(fā)電機GS1發(fā)電，通過調(diào)節(jié)直流電機的速度及同步發(fā)電機的勵磁，從而實現(xiàn)輸出變頻、調(diào)壓電源，作為試驗電源。此試驗電源通過高壓柜及接線箱、測量器件等拖動5000KW拖動電機，再由拖動電機連軸帶動齒輪箱及被試電機旋轉(zhuǎn)進行各種試驗。被試機定子線圈通過短路并對勵磁進行調(diào)節(jié)而進行負載試驗項目，通過開路而進行空載試驗項目。

2.2 供油及循環(huán)水系統(tǒng)

由于型式試驗時被試發(fā)電機軸承、拖動機軸承及齒輪箱都需要油源進行潤滑，試驗供油系統(tǒng)由站內(nèi)上油箱、下油箱、主油泵、高壓頂油泵、主油管道熱交換器、油凈化裝置、油管道過濾器組成，通過控制管道閥門來保證發(fā)電機型式試驗用油。

試驗所需冷卻水系統(tǒng)由三臺水泵作為循環(huán)水泵，采用外來補水和循環(huán)回水調(diào)節(jié)方式，保持試驗時發(fā)電機定子及循環(huán)油冷凝裝置用水。

2.3 試驗測試系統(tǒng)

整機型式試驗時，在對各系統(tǒng)進行監(jiān)控的同時，還需根據(jù)試驗項目要求，對拖動電機和被試發(fā)電機進行電參數(shù)、振動參數(shù)、熱工量的測量。

在試驗的各種工況下，需要對拖動機及發(fā)電機的電參數(shù)進行實時監(jiān)測，通過采集連接電源機組高壓開關(guān)柜內(nèi)電壓及電流數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)接入控制室，在發(fā)電機定子出線端接入三個電壓和電流互感器，將互感器數(shù)據(jù)傳入控制室，上述電參數(shù)統(tǒng)一接入WT3000高精度功率分析儀和DL850示波記錄儀中，對拖動機及發(fā)電機的電參數(shù)及趨勢波形進行監(jiān)測和分析。發(fā)電機的勵磁電流是通過直流整流柜及開關(guān)柜接入發(fā)電機勵磁繞組，通過上位機軟件實現(xiàn)對發(fā)電機勵磁電壓及電流的測量。

發(fā)電機的軸承座振動測量采用美國GE公司生產(chǎn)的本特利3500型測振儀，拖動機的軸承振動也用此測量儀表進行監(jiān)控。試驗時，被試機發(fā)電機所有溫度量（包括定子鐵芯溫度、定子繞組溫度、循環(huán)水溫度、通風(fēng)道口溫度等）統(tǒng)一接入熱工測量箱，通過通訊連接，在計算機系統(tǒng)中進行顯示。

3 型式試驗的主要項目

廠內(nèi)進行型式試驗時，按國家標準GB/T7064-2008《隱級同步發(fā)電機技術(shù)要求》和發(fā)電機技術(shù)協(xié)議所要求的項目進行試驗，方法按GB/T1029-2005《三相同步電機試驗方法》進行。

3.1 空載和短路特性參數(shù)的測定

在空載特性及短路特性試驗中，可以直接測得額定空載勵磁電流與額定短路勵磁電流數(shù)據(jù)，但不能直接獲取發(fā)電機的額定勵磁電流數(shù)據(jù)，需要根據(jù)測得的空載短路特性間接推算得到。

根據(jù)發(fā)電機空載特性試驗測量的數(shù)據(jù)得到空載損耗特性曲線，如圖2所示。在U0/UN=100%時，測得額定空載勵磁電流為335A。

根據(jù)發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路特性試驗測量的數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)短路損耗特性曲線，如圖3所示。在Ik/IN=100%時，測得額定短路勵磁電流為580A，短路比SCR=0.578。

根據(jù)空載飽和特性及三相穩(wěn)態(tài)短路特性勵磁電流數(shù)據(jù)，用ASA作圖法，可得到發(fā)電機額定勵磁電流Ifn=861A[1]。

3.2 損耗和效率測定

效率作為電機產(chǎn)品的重要性能指標之一，在目前的測量設(shè)備下，我們采用損耗分析法進行功率的計算。

在空載損耗曲線中，空載額定電壓對應(yīng)的拖動機輸出功率為恒定損耗P0，將曲線延長到U0/UN=0，則曲線與縱軸交點的值即為發(fā)電機機械損耗Pfw，兩損耗的差值則為發(fā)電機鐵耗Pfe。

（1）在空載損耗曲線查出：P0=589KW，Pfw=589KW，則Pfe=139KW

（2）定子銅損耗采用測得的定子繞組電阻與額定電流設(shè)計值的平方相乘得到。

（3）雜散損耗（查短路損耗曲線）

R55為試驗時定子繞組溫度為55℃時的直流電阻，其值為0.001728846Ω。

（4）勵磁損耗

（5）總損耗

（6）發(fā)電機效率

3.3發(fā)電機溫升測定

發(fā)電機溫升采用同步電機疊加法，即通過空轉(zhuǎn)溫升試驗，1.05UN空載溫升試驗，1.2UN空載溫升試驗，1.0IN短路溫升試驗四次溫升試驗確定定子及轉(zhuǎn)子繞組在滿載下的溫升值[2]。

（1）勵磁繞組溫升采用如下作圖法求得：

將后三次溫升試驗中測得的勵磁繞組直流電阻Rf按如下公式換算至介質(zhì)溫度為40℃時的電阻值。作出θ′f=f（I2fR′f）關(guān)系曲線，計算額定勵磁電流下繞組溫度分別為40℃和75℃時的溫升值，連接這兩個溫升值并延伸得到一條直線，直線與曲線延長線的交點對應(yīng)的溫升即為勵磁繞組在額定工作方式下的溫升。

4 試驗結(jié)果

該電機整機型式試驗的試驗值與設(shè)計值數(shù)據(jù)對比如表1所示。在整機試驗中該發(fā)電機的主要電氣參數(shù)試驗值與設(shè)計值基本一致，且優(yōu)于國家標準。

5 結(jié)束語

對65MW汽輪發(fā)電機整機型式試驗條件作了闡述，分析了電機的空載和穩(wěn)態(tài)短路試驗過程，并對相關(guān)參數(shù)進行了分析計算。整機型式試驗結(jié)果證明了該型號發(fā)電機主要電氣參數(shù)均滿足設(shè)計要求，是技術(shù)成熟的產(chǎn)品。

參考文獻

[1]GBT_7064-2008.隱級同步發(fā)電機技術(shù)要求[S].

[2]GB/T 1029-2005.三相同步發(fā)電機的試驗方法[S].

作者簡介：劉中磊（1985，3-），男，漢族，出生于河南省南陽市，在中國長江動力集團有限公司工作，助理工程師，碩士研究生，現(xiàn)從事電機試驗研究工作。