國產(chǎn)QFSN—200—2型汽輪發(fā)電機增容改造評估及實施

摘 要：本文介紹了QFSN-200-2型汽輪發(fā)電機增容改造的可行性，通過分析提出了改造實施的措施，對改造效果進行了總體評價。

關鍵詞：汽輪發(fā)電機；增容；可研；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.156

1 前言

沙角A電廠1號水氫冷汽輪發(fā)電機為哈爾濱電機廠設計制造的QFSN-200-2型隱極同步汽輪發(fā)電機，其定子鐵芯徑向氫外冷，定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組本體氣隙取氣，采用有刷三級勵磁系統(tǒng)，于1987年4月投入商業(yè)運行。1號汽輪發(fā)電機屬于上世紀80年代產(chǎn)品，限于當時的設計理念、設計能力及制造加工技術等因素，機組效率低，運行經(jīng)濟性差。經(jīng)過近20多年的運行，機組重要部件的老化，也同樣影響著機組的運行安全。在這種情況下，沙角A電廠于2013年進行了汽輪機通流改造，同時對發(fā)電機進行增容改造。

2 發(fā)電機增容評估及改造

經(jīng)過計算分析，發(fā)電機出力從200MW增至220MW后，在功率因數(shù)、出口電壓、頻率、運行氫壓不變的情況下，發(fā)電機額定電流將增加至9488A，額定勵磁電流增加至1884A，發(fā)電機定子線棒最高銅溫升為33K，按定子線棒進水溫度50℃計算，繞組線棒的最高溫度將不超過83℃，根據(jù)國標《GB/T 7064-2008隱極同步發(fā)電機技術要求》溫升還有較大裕量，可以擴容至220MW，但由于發(fā)電機增容后總損耗約增加了193kW，因此需對發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)進行改造，根據(jù)廠家建議，可以將冷卻器更換為最新型穿片式氫冷卻器，相比原繞簧式冷卻器的換熱容量高出35%，能滿足發(fā)電機增容后的散熱要求。同時，可以在定子鐵芯內(nèi)圓冷熱風區(qū)之間加裝徑向氣隙隔板進一步改善冷卻效果（見圖1），以減少冷熱風氣流的混合，確保轉(zhuǎn)子具有較低的進風溫度，強迫氣隙處冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子，提高轉(zhuǎn)子冷卻風量。同時也減少端部氣隙氣流對內(nèi)部風區(qū)的干擾，從而可確保轉(zhuǎn)子溫升分布的均勻性和定子風量分布的合理性。另外，由于增容后定子繞組端部電動力增加約21%，定子線圈端部固定結(jié)構也需進行改進加固。

1號發(fā)電機主勵磁機設計容量為1060kW，額定電壓UFn=400V（200MW）、額定電流IFn=1800A，主勵的儲備系數(shù)K=1.213，設計容量裕度較大，能滿足發(fā)電機出力增加到220MW的要求。1號機主勵空氣冷卻器為繞簧式，背包式放置，每一風路上只有一只冷卻器，不能滿足“停運一個冷卻器，仍能保證額定出力”的要求，運行可靠性較差，需將冷卻器改為一組兩個冷卻器，共兩組。1號機組副勵磁機設計容量為40kW，額定電壓為161V、額定電流為165A，其儲備系數(shù)K=1.227，設計容量裕度能滿足發(fā)電機出力增加10%的要求。

發(fā)電機勵磁用整流裝置型號為ZGLF-2000A/1000V，其整流裝置額定輸出為2000A/1000V，能夠滿足單柜運行時具有2倍強勵的要求。自動滅磁開關為科大創(chuàng)新股份有限公司DMX-2300-4/0型，過電壓裝置為MB61型，額定長期允許分斷能力為DC2000V、3768A，可以滿足增容要求。勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)為北京吉思電氣有限公司的GEC-332調(diào)節(jié)器。主勵磁機額定勵磁電流為148.9A，勵磁系統(tǒng)可控硅按單個整流橋額定輸出電流為300A設計，滿足1.1倍勵磁電流長期運行和短時強勵的要求。

3 增容改造效果

1號發(fā)電機增容改造，通過更換全部發(fā)電機定子槽楔，更換發(fā)電機四個冷卻器及主勵磁機2個冷卻器，發(fā)電機定子加裝風區(qū)隔板，定子線圈端部加固等工作，將發(fā)電機額定出力由200MW增容至220MW。相較原發(fā)電機，改造后機組運行至今，呈現(xiàn)以下幾大優(yōu)勢：

（1）通過汽輪機通流、發(fā)電機增容改造，整個機組能耗大大降低，經(jīng)濟效益明顯，符合國家節(jié)能減排政策。

（2）運行更加可靠，發(fā)電機定子槽楔全部更換為新型加固槽楔，緊力符合規(guī)范要求，不易松動，可最大程度保證發(fā)電機定子繞組安全運行。

（3）運行溫度控制在合理范圍。發(fā)電機增容后運行時轉(zhuǎn)子電流、定子電流增加導致的發(fā)電機各部件溫度升高，影響機械強度及絕緣件壽命及性能，通過更換高效氫氣冷卻器，并在定子膛內(nèi)加裝風區(qū)隔板等工作，保證發(fā)電機定子鐵芯帶220MW負荷時不超過95℃，定子絕緣溫度不超過85℃，確保了發(fā)電機的安全運行。

4 結(jié)束語

沙角A電廠1號發(fā)電機增容改造完成后，機組的性能得到了提升，發(fā)電機出力增大了10%，安全性、可靠性也大大提高，取得了良好的經(jīng)濟效益及社會效益，為其他機組的改造提供了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]全國旋轉(zhuǎn)電機標準化技術委員會.GB/T 7064-2008隱極同步發(fā)電機技術要求[S].北京：中國標準出版社，2008.

作者簡介：舒濤（1982-），男，電氣工程師，主要研究方向：電氣設備檢修。