超臨界爐水循環泵濕繞組電機絕緣技術

王勇，楊鳳君，方建國

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

超超臨界鍋爐于上個世紀90 年代初在歐洲問世，超超臨界發電技術具有煤耗低、環保性能好的優點，我國于2002 年把開發超超臨界鍋爐技術列為國家863 重大項目攻關計劃。

與超超臨界鍋爐配套的強制循環泵電機稱做濕繞組電機，我公司于上世紀80 年代引進德國公司技術生產濕繞組電機，是國內具備設計、生產制造技術的廠家，為實現國產化設計制造，我們對10kV 級濕繞組電機進行了絕緣技術研究。

1 超臨界爐水循環泵濕繞組電機技術要求

與自然循環相比較，超臨界鍋爐在循環水路中需要配置爐水循環泵設備，這個循環泵相當于心臟泵，是一種強制循環泵，我們把這種泵電機稱作爐水泵濕繞組電機。爐水泵中的循環介質是超臨界(超超臨界)鍋爐中循環的高溫度、高壓力水，因此對于循環泵來講，泵電機就變得復雜起來。循環管路中的高溫高壓水在循環泵與電機之間的密封是關鍵技術之一，爐水循環泵采用泵機一體的結構，因此泵與電機間的密封問題迎刃而解，但電機繞組則必須運行在高壓水中，且水溫在65℃以下，水的壓力與主蒸汽壓力相同，這就對繞組絕緣提出了特殊要求，火力發電機組的典型技術參數如下。

亞臨界機組的典型參數:主蒸汽壓力16.7MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538℃/538℃，發電效率約38%。

超臨界機組的典型參數:主蒸汽壓力24.1MPa左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538℃～560℃，發電效率約為41%。

超超臨界機組的典型參數:主蒸汽壓力為25 ～31MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580℃～610℃，發電效率約為48%。

相應的亞臨界爐水泵濕繞組電機設計參數:設計壓力21.5MPa，水壓試驗壓力31.2MPa，電機額定功率200 ～400kW，電壓0.38 ～6kV，電機繞組運行溫度最高55℃。

超臨界爐水泵電機技術參數:設計壓力31.5MPa，水壓試驗壓力47.2MPa，電機額定功率400kW，電壓10kV，電機繞組運行溫度最高60℃，報警溫度65℃。

我公司引進德國KSB 技術后，已經為300MW/600MW 電站鍋爐亞臨界強制循環泵配套濕繞組電機。對于超臨界(超超臨界)機組配套的10kV 濕繞組電機，目前均采用進口，為實現國產化，我公司對此開展了研發工作。

2 絕緣技術研究

2.1 絕緣材料的選擇

濕繞組電機的繞組運行在高壓水中，繞組聯接部位的絕緣材料具有以下要求:(1)高延伸率;(2)一定的拉伸強度;(3)絕緣整體性好;(4)高介電強度;(5)耐水性好。預選材料型號及性能見表1。

表1 絕緣材料性能

2.2 絕緣結構設計

2.2.1 繞組聯接絕緣結構

繞組聯接絕緣結構見圖1，以4 種絕緣材料制作聯接結構試樣，絕緣試驗結果見表2。

圖1 繞組聯接絕緣結構

2.2.2 中性點聯接絕緣結構

中性點聯接絕緣結構如圖2 所示。

圖2 中性點聯接絕緣結構

2.2.3 引出線絕緣結構

引出線由繞組線、導電桿、絕緣套管組成，絕緣結構如圖3 所示。

圖3 引出線絕緣結構

2.3 浸水絕緣試驗

2.3.1 繞組聯接絕緣結構試驗

按圖1 制作試樣，浸室溫水24h 后進行局部放電試驗和工頻擊穿電壓試驗，絕緣試驗結果見表2。

表2 繞組聯接絕緣結構試驗結果

2.3.2 復合結構浸水試驗

將引出線與中性點聯接做成復合結構試樣，如圖4 所示。以M1 和F-5 各制作一個試樣。

圖4 引出線結構與中性點聯接試樣

2.3.3 檢查試驗

檢查試驗方案:(1)浸室溫水24h 測絕緣電阻，5 000V 電動搖表;(2)局部放電試驗:試驗電壓6kV、7kV、10kV;(3)耐電壓試驗:25kV，1min，試驗前后測絕緣電阻。試驗結果見表3。

表3 檢查試驗結果

2.3.4 浸水-壓力試驗

試驗方案:引出線結構裝入高壓試驗裝置中進行浸水壓力試驗，浸室溫水做10 個周期循環試驗，浸60℃水做20 個周期的壓力循環水壓試驗。每個周期試驗時加壓時間保持30min，降壓后保持10min，升高水壓和降低水壓前后分別測試絕緣電阻并記錄。水壓壓力:第一次水壓49MPa，后續水壓31MPa。浸室溫水試驗結果見表4。

表4 浸室溫水壓力試驗

2.3.5 60℃水中壓力試驗

浸60℃水中壓力試驗結果見表5。

表5 浸60℃水壓力試驗

2.3.6 試驗分析

2.3.6.1 試驗結果表明，以此2 種材料制作的繞組聯接絕緣結構浸室溫水24h 后的驗絕緣電阻均在2×105MΩ 以上，最低工頻擊穿電壓在80kV 以上。2.3.6.2 引出線結構通過25kV/1min 試驗，7kV局部放電幅值為30pC，滿足10kV 濕繞組電機的絕緣技術要求。

2.3.6.3 復合結構試樣通過了25kV/1min 的檢查試驗;室溫下浸水絕緣電阻在2×105MΩ 以上，7kV 工頻電壓下的局部放電50pC 以下。浸60℃高溫高壓水試驗結果表明，F-5 材料制作的復合結構的絕緣電阻優于M1 結構。

3 結語

3.1 繞組聯接絕緣結構浸水試驗結果表明，以M1、F-5 材料制作的試樣的電氣強度與進口JK 材料制作的試樣的電氣強度相當，M1、F-5 材料制作的繞組聯接絕緣結構可用作10kV 濕繞組電機的繞組絕緣聯接。

3.2 引出線結構通過25kV/1min 試驗，7kV 局部放電幅值為30pC，滿足10kV 濕繞組電機產品絕緣技術要求。

3.3 由引出線結構與繞組線聯接結構組成的復合結構，其浸60℃水中的壓力試驗結果表明，以F-5材料制作的絕緣結構的耐水絕緣性能最優，目前是10kV 超臨界濕繞組電機絕緣材料最好的選擇。

［1］ 張東林.LUV 濕繞組電機絕緣研究報告.

［2］ 方建國.提高濕繞組電機絕緣可靠性的研究報告.

［3］ 樊泉桂.超超臨界及亞臨界參數鍋爐.北京:中國電力出版社，2007.

［4］ 朱全利.超超臨界機組鍋爐設備及系統.北京:化學工業出版社，2008.

［5］ 朱全利.國產600MW 超臨界火力發電機組技術叢書—鍋爐設備及系統.北京:中國電力出版社，2008.

［6］ 張磊，廉根寬.600MW 超臨界火力發電機組技術問答叢書—鍋爐運行技術問答.北京:化學工業出版社，2009.