百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗站拖動系統的方案選擇

李錄強

(哈爾濱五聯電氣設備有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

目前國內外電力設備已向超常規、超大型方向發展，百萬千瓦級超超臨界火電機組及核電機組等產品必將成為我國下一輪電力市場建設的主力機型。因此建設百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗站是保證百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機技術發展及安全生產運行的基礎。基于百萬千瓦級超超臨界火電機組及核電機組等產品目前的發展狀況，建設的百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗站應適應不同容量等級的產品要求，同時要考慮到能源的節約，試驗站應具有良好的擴充性。

1 設計原則

試驗站拖動系統應是具有先進的電源設備及先進的檢視、測量水平的百萬千瓦級汽輪發電機試驗站。

試驗站拖動系統應在一定程度上滿足百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗要求，對試驗設備要求具有擴充性。

2 拖動電機及其供電電源的選擇

2.1 拖動電機功率的確定

拖動被試汽輪發電機的電機容量選擇取決于被試發電機在做三相短路試驗時的機械損耗和短路損耗。汽輪發電機的短路損耗包括定子、轉子的基本銅耗和雜散損耗。

根據1 500MW 汽輪發電機的技術數據，定子線圈銅耗(75℃)為3 545kW，轉子線圈銅耗(75℃)為4 725kW，雜散損耗為2 235kW，機械損耗為1 330kW，共計總損耗為11 835kW，即進行額定電流下的三相短路試驗時所需要的拖動功率約為12 000kW。考慮到進行1700 ～1800MW汽輪發電機試驗的需要及能承受一定的過載，本試驗站拖動電機采用17 000kW的拖動能力。

2.2 拖動系統的多方案比較

2.2.1 采用單臺異步電機的拖動方案(方案一)

本方案的示意圖如圖1 所示。

圖1 單臺異步電機的拖動方案示意圖

本方案采用單臺17MW 的異步電機做拖動電機，拖動電機由變頻器供電適應四象限運行，變頻器為17MW，用于被試汽輪發電機的起動、制動及短路試驗時的負荷。

2.2.2 采用一臺6MW 異步電動機、一臺11MW同步電動機的拖動方案(方案二)

本方案的示意圖如圖2 所示。

圖2 6MW 異步電動機和11MW 同步電動機的拖動方案示意圖

圖2 中被試汽輪發電機由一臺6MW 異步電動機和一臺11MW 同步電動機聯合拖動。6MW 異步電機由變頻器供電，用于被試汽輪發電機的起動和制動，并承擔空載試驗時的負荷。當進行短路試驗時，11MW 同步拖動電機需掛網運行，承擔短路試驗時的負荷。

2.2.3 采用雙異步電動機的拖動方案(方案三)本方案的示意圖如圖3 所示。

圖3 雙異步電動機的拖動方案示意圖

圖3 中被試汽輪發電機由一臺6MW 異步電機和一臺11MW 異步電機聯合拖動。6MW 異步電機由6MW 變頻器供電，用于被試汽輪發電機的起動、制動、空載試驗及拖動功率不大于6MW的短路試驗。當進行拖動功率大于6MW 的短路試驗時，11MW 異步電機掛網運行與變頻器供電的6MW 異步電機聯合拖動，共同承擔短路試驗的負荷。

2.2.4 方案比較

通過對三種方案進行比較，發現各自的特點如下。

方案一操作比較簡單，但是單個拖動電機及變頻裝置的容量巨大、制造較困難并且投資較大，在做容量低一級的汽輪發電機試驗時較大的拖動電機容量會造成能源的浪費。

方案二中單個拖動電機及變頻裝置的容量較小，因此對電網的諧波污染較小，功率因數較高。其缺點是同步拖動電機掛網需要精確的準同期操作，為了達到精確準同期的目的，需要異步拖動電機能實現精細的轉速調節及準同期裝置對同期條件實現嚴格限制，很難操作。

方案三操作較方案一復雜，但較方案二簡單，也不需要精確的準同步操作，單個拖動電機及變頻裝置的容量較小，并采用結構較簡單的異步電機拖動，投資也比較節省。一大一小的拖動電機組合，對于不同容量等級的汽輪發電機可選擇不同的拖動方案，節約能源。

已建的百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗站選擇的是方案三，采用雙異步電機拖動，即一臺電機由變頻器供電，另一臺電機掛網運行的方案。在進行拖動功率大于6MW 的短路試驗時，方案三需要11MW 異步電機掛網運行。根據同步電機試驗方法中可用自減速法進行短路特性試驗的規定，異步拖動電機掛網運行所存在的滑差不會影響短路特性試驗的參數測量。

3 異步電動機掛網線路的檢測

雙異步電動機拖動系統中11MW 異步電動機掛網線路采用自耦起動變壓器起動的方式，安裝調試時必須確保變壓器進出口三相線的相序是對應的，防止11MW 異步拖動電機與6MW 異步電機轉向不一致。相序的檢測程序如下。

(1)自耦起動變壓器相序檢測線路如圖4。

圖4 自耦起動變壓器相序檢測線路圖

圖中開關QV1、QV2、QS2、QV3、QV4、QS4 及自耦起動變壓器組成11MW 異步電動機的起動、并網線路。KM 線路為相序檢測的測試電源。

(2)相序檢測

相序檢測步驟:(a)斷開所有高壓電源;(b)在供電母排上連接380V 電源(圖中開關KM處);(c)斷開QV1，閉合QS2、QV2 開關，QV3 閉合，QS4 閉合，測量QV4 同相序兩端電壓。

(3)相序檢測測量結果

同相序兩端電壓為零，接線正確。(4)抽頭檢測

閉合QV1，閉合QS2、QV2 開關，QV3 閉合，QS4、QV4 閉合，測量QV4 相間電壓。

(5)抽頭檢測測量結果

斷路器下端相間電壓為170V 左右，為380V的45%，抽頭接線無誤。

4 結語

基于雙異步電動機為拖動系統的百萬千瓦級超超臨界汽輪發電機試驗站已經建設完成。在建試驗站中變頻器供電6MW 電動機系統線路上增設了無功補償裝置，以確保試驗系統的供電質量及節省能源。試驗站拖動系統中的各項功能均已完成了模擬試驗，測試結果符合設計要求。

［1］ 譚金超，譚學知.10kV 配電工程設計手冊.北京:中國電力出版社，2004.

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［3］ 湯蘊璆，羅應立.電機學(第三版).北京:機械工業出版社，2008.5.

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