300 MW發(fā)電機無刷勵磁改靜態(tài)勵磁實踐

于愛民

300 MW發(fā)電機無刷勵磁改靜態(tài)勵磁實踐

于愛民

（華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031）

以300 MW發(fā)電機無刷勵磁改靜態(tài)勵磁的實踐為例，介紹了發(fā)電機無刷勵磁改靜態(tài)勵磁的實用技術方案，分析對比了改造前后機組的振動參數(shù)、勵磁特性，為同類型機組勵磁改造提供借鑒。

發(fā)電機；三機無刷勵磁；勵磁系統(tǒng)；勵磁改造

某發(fā)電廠#2發(fā)電機為300 MW水-氫-氫冷發(fā)電機，勵磁系統(tǒng)為三機無刷勵磁，#6、#7軸瓦自投運以來一直振動較大。2013-09結合#2機組大修實施了勵磁系統(tǒng)改造，將勵磁方式由三機無刷勵磁改為靜態(tài)勵磁，徹底解決機組#6、#7軸瓦振動問題。通過勵磁方式改造，提高了勵磁系統(tǒng)的響應速度，簡化了勵磁系統(tǒng)設備，提高了#2機組安全可靠性。

1 機組設備狀況

某發(fā)電廠#2發(fā)電機為上海電機廠制造的QFSN-300-2型水-氫-氫冷發(fā)電機，勵磁系統(tǒng)為三機無刷勵磁，于1996-11投入運行。發(fā)電機勵磁方式為三機無刷勵磁方式，勵磁系統(tǒng)由主勵磁機、副勵磁機和發(fā)電機組成，配置2套勵磁調(diào)節(jié)器。發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)參數(shù)

說明符號數(shù)值單位 額定視在功率Sn376.4MVA 額定定子電壓Un20kV 額定頻率Fn50Hz 額定功率因數(shù)p.f.0.85- 空載磁場電流Ifo987A DC 空載磁場電壓Ufo113V DC 額定磁場電流Ifn2 633A DC 額定磁場電壓Ufn317V DC

該機組軸系中發(fā)電機轉(zhuǎn)子與勵磁機轉(zhuǎn)子為三軸承支撐形式，經(jīng)實測，勵磁機臨界轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速相距較近，造成軸系中發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子不平衡響應過大。通過運行證明，軸系對輪找正、勵磁機搖擺以及機組負荷的突然變化，均對機組軸系扭矩、勵磁機擺軸產(chǎn)生較大影響，導致#6、#7軸承振動大幅增長。多次采取發(fā)勵對輪重新找正、高速動平衡等措施降低振動，但由于機組軸系設計帶來的不穩(wěn)定因素對發(fā)電機和勵磁機軸承振動的影響仍時有發(fā)生。

2 改造方案

為徹底解決機組軸承振動大的問題，決定進行勵磁系統(tǒng)改造，將三機無刷勵磁系統(tǒng)改造為自并勵靜態(tài)勵磁。通過勵磁系統(tǒng)改造縮短發(fā)電機組軸系，達到降低振動的目的。改造后勵磁系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 改造后的勵磁系統(tǒng)原理圖

2.1 新勵磁系統(tǒng)的設備選擇

基于發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)原始參數(shù)，對改造后勵磁系統(tǒng)的勵磁變壓器進行選型，對勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器、磁場開關等設備進行配置。

2.1.1 勵磁變壓器的選擇

2.1.2 勵磁系統(tǒng)的配置

勵磁系統(tǒng)具備兩個自動通道，帶自動電壓調(diào)節(jié)器并集成手動勵磁電流調(diào)節(jié)器。自動控制提供所有的控制、限制、PSS及監(jiān)視功能。手動控制是自動電壓調(diào)節(jié)器的后備，主要用于系統(tǒng)調(diào)試和維護。勵磁系統(tǒng)功率柜配置三個三相六脈沖整流橋，提供所需勵磁電流，－1冗余。滅磁回路安裝額定電流為3 200 A的直流磁場斷路器、跨接器和在發(fā)電機停機或跳閘時消耗磁場能量的非線性滅磁電阻，防止磁場繞組和勵磁系統(tǒng)損壞。

2.2 勵磁機本體改造工作

拆除勵磁機的所有部件，保留勵磁機底板，新增集電環(huán)裝置，布置在原勵磁機底板上。集電環(huán)底架螺栓孔按原勵磁機底板進行設計，滿足集電環(huán)的安裝要求。在勵磁機底板及底板下的基礎新增2個地腳螺栓孔，地腳螺栓孔要求完全貫穿基礎，直徑為100 mm。集電環(huán)原勵磁機轉(zhuǎn)子軸中線到底板的中心高為762 mm，集電環(huán)轉(zhuǎn)子軸中心到底板的中心高相同，發(fā)電機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器和更換后集電環(huán)裝置聯(lián)軸器的止口和螺栓孔相匹配，利用原聯(lián)軸器螺栓進行安裝連接。集電環(huán)裝置底架和外罩固定在原勵磁機底板上，集電環(huán)裝置外罩開孔配合直流母排的連接。集電環(huán)裝置由原來上進風下出風改為上進風上出風方式，刷架出風從集電環(huán)外罩出風口排出。

2.3 勵磁設備的布置

勵磁設備的布置應充分考慮發(fā)電機12.6 m運轉(zhuǎn)層及 6.3 m設備布置、發(fā)電機基礎位置等因素，合理布置。應對勵磁變安裝位置、運轉(zhuǎn)層開孔進行靜載荷核算，必要時應進行加固處理。本工程勵磁調(diào)節(jié)器安裝于發(fā)電機12.6 m運轉(zhuǎn)層，搭建勵磁小室。勵磁調(diào)節(jié)器交流、直流勵磁母線采用共箱封閉母線方式與勵磁變低壓側、集電環(huán)連接。勵磁變壓器安裝于6.3 m發(fā)電機封閉母線北側。勵磁變高壓側采用離相封閉母線連接方式，從發(fā)電機PT柜引接。勵磁設備布置如圖2所示。勵磁調(diào)節(jié)器與集電環(huán)之間直流母排采用共箱母線連接。直流導電排須由集電環(huán)末端引出，向下穿過發(fā)電機12.6 m運轉(zhuǎn)層地面，至勵磁調(diào)節(jié)器下部后開孔反穿回12.6 m運轉(zhuǎn)層地面接入勵磁調(diào)節(jié)器。直流共箱母線最小開孔尺寸為600 mm×600 mm，開孔貫穿發(fā)電機基礎會嚴重影響發(fā)電機基礎的動、靜載荷，必須在發(fā)電機基礎外合適位置開孔，用于集電環(huán)和勵磁系統(tǒng)之間的直流母排上下連接。本工程開孔選取在發(fā)電機機頭中心線左前側，位置選取應避開發(fā)電機檢修抽穿轉(zhuǎn)子的工作位置，直流母線及共箱封閉母線應作活連接設計，方便發(fā)電機檢修時拆裝及恢復。集電環(huán)裝置端子排引線可借用原勵磁機基礎上電氣引線孔，不再另外開孔[3]。

圖2 勵磁設備在6.3 m及12.6 m的布置圖

2.4 碳粉收集

因發(fā)電機基礎開孔限制，集電環(huán)裝置冷卻由原來的上進風下出風改為上進風上出風方式，碳粉由集電環(huán)外罩頂部的通風管排出，若有需要可在出風口處增加碳粉收集凈化裝置。集電環(huán)內(nèi)部熱風及碳粉由碳粉收集裝置強制吸風經(jīng)濾袋排出，當電源掉電、過濾體阻力過大及溫度超限時，裝置都應自動切換至自然換風門，以確?；h(huán)的冷卻通風量，避免碳刷溫度過高導致的故障。因此應設置報警總信號，并將信號送至主控室，報警總信號應包含溫度、阻力、欠壓及電源掉電等。

3 改造前后對比分析

3.1 機組振動情況分析

靜態(tài)勵磁系統(tǒng)去除了主、副勵磁機，除滑環(huán)外，沒有旋轉(zhuǎn)部件，整個汽-發(fā)軸系長度較原設計縮短近2 m（3 652－ 1 750=1 902 mm），臨界轉(zhuǎn)速遠離工作轉(zhuǎn)速，大大減弱發(fā)電機軸系#5、#6、#7瓦的振動。改造前后#5、#6、#7瓦振動峰值對比如表2所示。

表2 改造前后#5、#6、#7瓦振動峰值對比

改造前/mm改造后/mm 參數(shù)名稱沖轉(zhuǎn)時惰走時正常運行沖轉(zhuǎn)時惰走時正常運行 #5軸振0.1240.0990.0500.0950.1080.084 #6軸振0.1930.2880.1520.0740.0660.069 #7軸振0.2850.4180.0700.0370.0400.027

3.2 勵磁系統(tǒng)特性對比

自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)頂值勵磁的反應速度快，在0.05～0.06 s內(nèi)，就可達到95%的頂值電壓。而無刷旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)在0.1 s內(nèi)方可達到95%的頂值電壓。雖均屬高起始響應系統(tǒng)，但自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)較無刷旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)頂值電壓的上升速度更快。自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)可實現(xiàn)逆變滅磁，具有抑制甩負荷時端電壓快速升高的優(yōu)異性能[2]。由于自并勵靜態(tài)勵磁無主、副勵磁機，去除了整流器的旋轉(zhuǎn)部件，勵磁系統(tǒng)故障率降低，維護也更加簡單，提高了機組運行的可靠性。

4 結語

#2機勵磁系統(tǒng)改造后，安全運行至今無異常。通過#2機組勵磁系統(tǒng)改造，消除了#2機組#5、#6、#7瓦振動大的缺陷，提高了勵磁系統(tǒng)的響應速度，簡化了勵磁系統(tǒng)檢修維護工作，達到了預期改造的目的。

［1］趙紅光，濮鈞，竺士章，等.DL/T 843—2010 大型汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術條件［S］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］電機工程手冊編輯委員會.電機工程手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1982.

［3］余景輝，朱天向.300 MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機三機勵磁系統(tǒng)的改造［J］.電機技術，2016（6）：28-31.

TM621

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.055

2095－6835（2019）23－0120－02

于愛民（1970—），女，高級工程師，從事發(fā)電廠電氣技術管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕