深度調(diào)峰對發(fā)電機的影響及靈活性改造方案

大唐秦嶺發(fā)電有限公司 梁忠海

引言

隨著我國電力系統(tǒng)風(fēng)能、太陽能光伏發(fā)電等分布式發(fā)電的發(fā)展，新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)所占的比例不斷提升，目前在西北地區(qū)的占比已達20%～30%左右，部分地區(qū)占比高達40%。為提高對新能源的吸納，降低棄風(fēng)、棄光率，電網(wǎng)對燃煤火電機組實行競價上網(wǎng)、靈活性調(diào)峰，使得燃煤火電機組原來主要承擔(dān)“基荷”運行轉(zhuǎn)變成調(diào)峰方式運行，并且機組深調(diào)幅度不斷提高，最高深調(diào)幅度已達90%。頻繁深調(diào)的運行方式對燃煤發(fā)電機的靈活性、可靠性、安全性等提出了更高的要求。

某公司#7、#8機由東方電機有限公司供貨，發(fā)電機型號QFSN-660-2-22，額定容量630MW。其中#7機出廠編號HD270-1-12，于2011年12月投運；#8機出廠編號為HD270-2-12，于2012年12月投運。兩臺機組投運至今已有近11年。

1 深度調(diào)峰對發(fā)電機的影響

深度調(diào)峰就是受電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大影響而導(dǎo)致各發(fā)電廠降出力、發(fā)電機組超過基本調(diào)峰范圍進行調(diào)峰的一種運行方式，一般燃煤火電機組的深調(diào)幅度為30%～50%額定負(fù)荷。目前，燃煤火電呈現(xiàn)出參與調(diào)峰、啟停調(diào)峰機組數(shù)增多、利用小時數(shù)減少、機組負(fù)荷率低、負(fù)荷變化快等特點。

基于行業(yè)需求，燃煤火電發(fā)電機在最初設(shè)計制造時，主要考慮以帶基負(fù)荷長期穩(wěn)定運行為主，具備一定程度上的調(diào)峰運行能力。但近年來的能源行業(yè)發(fā)展對基荷型發(fā)電機運行方式不斷帶來了新的挑戰(zhàn)，煤電機組由基荷電源向調(diào)節(jié)電源進行轉(zhuǎn)變，因此煤電機組的調(diào)峰調(diào)頻、輔助服務(wù)等功能將愈發(fā)突顯。雖然發(fā)電機在設(shè)計之初，考慮了各種運行環(huán)境對發(fā)電機的影響，也采取了相應(yīng)的措施加以應(yīng)對，具備一定的適應(yīng)性。但是由于深調(diào)為近幾年才出現(xiàn)的，之前很少發(fā)電機廠家及發(fā)電企業(yè)對此進行跟蹤分析。

長期、頻繁的脹縮會使轉(zhuǎn)子銅線，特別是轉(zhuǎn)子端部頂匝線圈的銅線容易因應(yīng)力蠕變而發(fā)生變形，進而可能發(fā)展成匝間短路，尤其是目前調(diào)度對調(diào)節(jié)響應(yīng)速率要求愈發(fā)嚴(yán)格的情況下，問題更為突出。調(diào)峰調(diào)頻運行對基荷型發(fā)電機的影響是多方面的，主要包括以下方面：

由于定子銅鐵溫度脹差，容易引起定子繞組槽內(nèi)固定件、端部支撐結(jié)構(gòu)件和端部綁扎固定件的松動、磨損等；調(diào)峰調(diào)頻運行時的鐵芯受周期性熱應(yīng)力和交變磁場影響，容易引起定子鐵芯松動、過熱等；由于轉(zhuǎn)子銅鐵脹差，引起轉(zhuǎn)子銅線循環(huán)蠕變產(chǎn)生轉(zhuǎn)子線圈熱疲勞變形、轉(zhuǎn)子匝間絕緣磨損，進而可能發(fā)展成為匝間短路，造成轉(zhuǎn)子振動加大或接地等；對發(fā)電機零部件壽命、機內(nèi)漏油等也存在一定影響。

建議參與調(diào)峰運行的機組提前做好策劃部署，在機組大修期間，有針對性的進行發(fā)電機升級提質(zhì)改造，提高發(fā)電機適應(yīng)深度調(diào)峰調(diào)頻的靈活性運行能力，提高機組運行的安全性和可靠性。在升級提質(zhì)改造前增加檢查、檢修頻次，加強對機組狀態(tài)的監(jiān)控和掌握，及時消除一些缺陷，防止缺陷擴大引起事故。

2 解決方案

2.1 靈活性改造前

2.2 靈活性改造方案

維持目前參數(shù)不變：發(fā)電機轉(zhuǎn)子返廠進行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的升級提質(zhì)改造；發(fā)電機定子現(xiàn)場進行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造；其他適應(yīng)性改造。

2.2.1 發(fā)電機檢查評估試驗

改造實施前均應(yīng)對發(fā)電機進行以下檢查評估試驗，若發(fā)現(xiàn)缺陷或隱患應(yīng)及時進行處理并消除，以保證機組后續(xù)改造的順利進行。

發(fā)電機額定負(fù)荷下的溫升試驗，主要項目有：發(fā)電機額定負(fù)荷下的定子繞組溫度（層間）；發(fā)電機定子繞組冷卻水的進、出水溫度；發(fā)電機定子鐵芯的溫度；發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的溫度；發(fā)電機冷卻器進水及發(fā)電機冷風(fēng)、熱風(fēng)溫度；集電環(huán)的溫度；發(fā)電機各軸承振動及軸振測量；發(fā)電機軸電壓測量；發(fā)電機漏氫量測量；發(fā)電機整體氣密試驗。

定子繞組檢查及試驗：定子繞組及其固定件檢查。檢查端部繞組絕緣有無變色、破損、開裂、脫漆，檢查端部綁扎固定是否有松動磨損跡象，定子槽楔松緊檢查，定子線圈槽口是否有磨損跡象，定子環(huán)形引線和過渡引線綁扎固定是否有松動磨損，定子繞組端部滑移件是否存在磨損及松動，定子繞組進出水匯流管及絕緣引水管有無彎癟、開裂、磨損跡象；定子繞組絕緣性能試驗：絕緣電阻和吸收比、直流耐壓及泄漏試驗、手包絕緣局部泄漏電流試驗、起暈及交流耐壓試驗；定子繞組水路試驗：熱水流試驗、水壓試驗、超聲波水流量試驗；定子繞組端部及環(huán)形引線模態(tài)試驗。

定子端部緊固件檢查。各種螺釘、螺母是否有松動跡象；定子各測溫元件檢查；定子鐵芯檢查及試驗：定子鐵芯外觀檢查：鐵芯有無水斑、銹蝕、油垢、金屬或絕緣粉末等異常，有無碰傷擦毛（毛邊毛刺，凹凸點），是否有異物卡澀；檢查鐵芯松緊及緊固情況；鐵芯發(fā)熱試驗。

定子出線部分檢查。定子支撐瓷瓶緊固件是否有松動，支撐瓷瓶是否有裂紋；出線瓷瓶是否有裂紋，出線瓷瓶是否有積油。

轉(zhuǎn)子檢查?，F(xiàn)場進行轉(zhuǎn)子跳動檢查、外觀檢查及轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻測試，其余檢測項待返廠進行；端蓋、軸承及油密封檢查。整機氣密試驗時，檢查是否存在泄漏點。檢查軸承各接觸面的接觸面積是否合格。檢查勵端軸承、密封座、高壓油頂、擋油蓋的絕緣電阻是否合格。

在教學(xué)進程中，教師每一環(huán)節(jié)的推進，每一步驟的實現(xiàn)心中要裝著細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)，眼中觀察學(xué)生的表現(xiàn)，隨時丈量標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)生認(rèn)知的偏差，選擇合適的評價方法和策略，扎實有效指導(dǎo)。

刷架及穩(wěn)定軸承檢查。刷架是否有過熱、放電痕跡。刷握彈簧壓力檢查。穩(wěn)定軸承是否有放電腐蝕痕跡。穩(wěn)定軸承球面、合縫面接觸檢查。穩(wěn)定軸承絕緣電阻檢查；發(fā)電機歷次故障或事故情況（若有）。電廠根據(jù)發(fā)電機自投運以來的歷次故障或事故的資料，包括故障或事故的現(xiàn)象、處理過程、處理結(jié)果，用于綜合評估發(fā)電機狀況。

2.2.2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子返廠進行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的升級提質(zhì)改造

轉(zhuǎn)子外觀檢查。聯(lián)軸器、軸頸、護環(huán)、槽楔等部分有無有碰傷、過熱、放電等痕跡；更換轉(zhuǎn)子全部絕緣件。對導(dǎo)電桿絕緣和集電環(huán)絕緣進行預(yù)防性耐壓試驗評估，若有異常則進行更換；更換導(dǎo)電螺釘?shù)拿芊饧⒔^緣件；檢查轉(zhuǎn)子線圈是否存在變形，并進行相應(yīng)處理；對轉(zhuǎn)子軸頸、聯(lián)軸器、風(fēng)扇座環(huán)、護環(huán)進行無損探傷檢查；檢查集電環(huán)外圓跳動，必要時車削處理；轉(zhuǎn)子線圈端部改造為彈性伸縮結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子兩端中心環(huán)鉆孔加裝彈簧伸縮結(jié)構(gòu)。增加轉(zhuǎn)子線圈在軸向伸縮空間，提高轉(zhuǎn)子線圈適應(yīng)負(fù)荷變化的能力；按新產(chǎn)品生產(chǎn)流程進行全部試驗項目，包括電氣試驗、氣密試驗、通風(fēng)試驗、動平衡及超速試驗。

2.2.3 發(fā)電機定子現(xiàn)場進行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

圖1 定子槽內(nèi)固定改造前（左）、改造后（右）

定子槽內(nèi)固定改造。將原“斜槽楔+斜楔”結(jié)構(gòu)的定子槽楔及固定件，更換為“斜槽楔+斜楔+波紋板”結(jié)構(gòu)定子槽楔及固定件，以提高定子線圈在槽內(nèi)固定的可靠性。

增設(shè)定子線圈槽口塊。在定子線圈兩端的出槽口位置增加槽口塊，加強定子線圈槽口固定，有效避免定子線圈槽口部位的松動、磨損。注意：安裝下層線圈的槽口塊前，需要將全部上層線圈從槽內(nèi)取出。

圖2 增設(shè)定子線圈槽口塊

定子線圈端部固定優(yōu)化。根據(jù)東電近些年來600MW等級機組的電廠實際運行狀況，東電對600MW 等級發(fā)電機定子端部線圈綁扎方式進行了優(yōu)化，使線圈端部固定更加可靠。此外，發(fā)電機增容后定子電流增大，定子線圈受到的電動力也將增大，增加了線圈端部墊塊、綁繩松動的風(fēng)險。為提高線圈固定的可靠性，需對線圈端部的綁扎方式進行優(yōu)化。

圖3 定子線圈端部固定優(yōu)化改造前（左）、改造后（右）

氫氣冷卻器改造。將原繞片式四組冷卻器，更換為整張串片式四組冷卻器，以提高冷卻器換熱容量（由1030kW 增至1150kW），確保發(fā)電機改造后安全可靠運行。

2.2.4 其他適應(yīng)性改造

測溫接線板改造，將現(xiàn)有穿針式測溫接線板進行升級，改造成了密封性能更好、質(zhì)量更可靠、檢修更方便的插拔式航空插座結(jié)構(gòu)；增加接觸式油檔裝置。在密封瓦與內(nèi)擋油蓋之間增加一道接觸式油檔，有效防止密封油進入機內(nèi)給發(fā)電機安全運行帶來隱患。

圖4 測溫接線板改造

增加碳刷電流及集電環(huán)溫度智能監(jiān)測裝置。在線實時監(jiān)測碳刷電流和集電環(huán)溫度情況，提早預(yù)防故障的發(fā)生和擴大；定子出線陶瓷支撐瓷瓶改造為環(huán)氧樹脂材料的支撐瓷瓶。原陶瓷支撐瓷瓶受振動影響容易產(chǎn)生裂紋。新型環(huán)氧樹脂支撐瓶熱穩(wěn)定性好、固定可靠；將匯流管直接接地改為絕緣結(jié)構(gòu)，方便機組檢修時測量定子繞組絕緣電阻和進行相關(guān)電氣試驗。

圖5 增加碳刷電流及集電環(huán)溫度智能監(jiān)測裝置

原熱電偶測溫元件更換為熱電阻測溫元件。早期600MW 等級發(fā)電機采用熱電偶作為定子鐵芯和定子繞組出水測溫元件，受機組運行時電磁場影響，其可靠性不高，可能出現(xiàn)溫度測量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。若需進行邊端鐵芯改造，則建議同時將鐵芯、壓圈、銅屏蔽、定子線圈水溫的測溫元件全部更換為熱電阻元件，并將測溫接線板也配套改造為插拔式航空插座結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

通過對發(fā)電機的適應(yīng)性改造，基本解決了發(fā)電機在頻繁深調(diào)運行時，發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子溫度大幅度、周期性變化，由于部件材料膨脹系數(shù)差異引起脹差，所導(dǎo)致的零部件產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞、松動、磨損、變形等問題，對目前參與深度調(diào)峰的火電機組發(fā)電機的改造有一定借鑒作用。