660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)技術(shù)探秘

白音高老

摘 要：汽輪發(fā)電機(jī)是火電廠三大主機(jī)之一，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換電能的關(guān)鍵設(shè)備。發(fā)電機(jī)的性能直接關(guān)系著整個(gè)電廠的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：660MW 發(fā)電機(jī) 技術(shù)性能

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2019）01-0-01

汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，其內(nèi)部各部件產(chǎn)生各種損耗，如定、轉(zhuǎn)子銅損耗、鐵損耗、機(jī)械損耗、附加損耗等。這些損耗均已熱的形式傳播到發(fā)電機(jī)各部件上，產(chǎn)生溫升，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)絕緣性能、金屬性能及使用壽命。

發(fā)電機(jī)冷卻效果對(duì)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，有非常重要的意義。可以說沒有好的冷卻效果就沒有發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)常用的冷卻介質(zhì)主要有空氣、氫氣和水。實(shí)驗(yàn)證明，水的冷卻效果高達(dá)空氣的50倍，氫氣的12倍左右，冷卻效果最顯著。

660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)在安全性能、機(jī)型結(jié)構(gòu)以及效率、溫升、振動(dòng)、漏水、噪音等技術(shù)性能上有非常顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

一、安全性能

660MW 雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，由于不采用氫氣冷卻，消除了制氫站、氫氣管道等重大危險(xiǎn)源；徹底排除了安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、檢修過程中氫爆的可能性。

相比水氫氫發(fā)電機(jī)，無(wú)密封油系統(tǒng)，消除了密封油漏入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的隱患。

二、機(jī)型結(jié)構(gòu)

660MW發(fā)電機(jī)采用定子機(jī)座分上下兩部分，空氣冷卻器布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)上機(jī)座兩側(cè)（單層布置），轉(zhuǎn)子由落地式座式軸承支撐的總體布置。發(fā)電機(jī)本體及汽端裝有罩殼和兩端隔音罩。

機(jī)座無(wú)防爆和密封結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝和檢修維護(hù)方便。上下機(jī)座可以分開，能夠更全面的檢查鐵芯等重要部件；

冷卻系統(tǒng)中僅有水系統(tǒng)，省去傳統(tǒng)水氫氫發(fā)電機(jī)的密封油系統(tǒng)和氫系統(tǒng)（包括電站制氫設(shè)備）等，日常運(yùn)行維護(hù)方便。

空氣冷卻器布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)上機(jī)座兩側(cè)，本體外罩起到定子風(fēng)路作用，從而省去了發(fā)電機(jī)空冷小室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，又便于空冷器的維護(hù)。

三、技術(shù)性能

1.效率高

效率是發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能的重要技術(shù)指標(biāo)之一。大型發(fā)電機(jī)在效率方面，氫冷發(fā)電機(jī)的效率最高，在98～99%左右；空冷發(fā)電機(jī)的效率其次，在97～98%左右；水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的效率最低96～98%左右。660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)通過定子線棒、轉(zhuǎn)子繞組選用優(yōu)質(zhì)銅線，鐵芯沖片采用無(wú)人機(jī)沖剪、去毛及噴漆技術(shù)，齒壓板采用內(nèi)傾式齒壓板結(jié)構(gòu)，端部階梯五檔鐵芯圈采用沖片偏小槽結(jié)構(gòu)等先進(jìn)技術(shù)，大大提高了效率，其效率高達(dá)98.95%，與氫冷發(fā)電機(jī)同水平。

2.振動(dòng)小

在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)定子鐵芯受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力的影響，鐵心發(fā)生周期性的近似橢圓的變形，定子以兩倍的系統(tǒng)頻率振動(dòng)。為防止定子忒心的振動(dòng)，定子鐵芯與下機(jī)座用彈簧板切向連接，切向彈簧板大大減小由鐵芯橢圓振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)振動(dòng)，機(jī)座與鐵芯彈簧板連接如圖1所示。

圖1 下機(jī)座與鐵芯彈簧板連接結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，由于定子繞組本身的電磁力振動(dòng)和定子鐵芯的橢圓振動(dòng)，造成定子端部繞組的倍頻振動(dòng)。660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子繞線棒端部嵌裝在汽、勵(lì)兩端的絕緣大錐環(huán)上，灌入SF1806室溫固化膠，用上層壓板、層間壓板、絕緣螺桿等結(jié)構(gòu)件固定，構(gòu)成牢固的整體結(jié)構(gòu)。其強(qiáng)度已達(dá)到橋梁工程中C60高強(qiáng)度混凝土的力學(xué)性能水平，大大提高端部繞組受倍頻振動(dòng)的能力。

圖2 端部整體灌膠結(jié)構(gòu)

在轉(zhuǎn)子振動(dòng)方面，660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)采用集電環(huán)轉(zhuǎn)子集電環(huán)轉(zhuǎn)子上增加穩(wěn)定軸承，降低轉(zhuǎn)子進(jìn)水側(cè)的振動(dòng)，同時(shí)避免了進(jìn)水支座漏水隱患。

在轉(zhuǎn)子本體大齒上沿軸向均布地開有橫向月亮槽，以均勻轉(zhuǎn)軸上二個(gè)軸線的剛度，從而降低轉(zhuǎn)子的倍頻振動(dòng)。

3.溫升底

在發(fā)電機(jī)空載溫升試驗(yàn)1.05UN（定子電壓21kV）工況下，定子鐵芯最高溫度74.9℃，溫升50.5K，遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)GB/T7064中規(guī)定發(fā)電機(jī)鐵芯溫度120℃限值標(biāo)準(zhǔn)。

在發(fā)電機(jī)短路溫升試驗(yàn)1.1IN（定子電流23415A，相當(dāng)于733MW工況時(shí)的電流），定子進(jìn)水溫度31.1℃情況下，定子繞組平均溫度61.4℃，溫升30.3K，遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)GB/T7064中規(guī)定水內(nèi)冷定子繞組層間溫度90℃限值標(biāo)準(zhǔn)。

轉(zhuǎn)子繞組每槽設(shè)置2排繞組，水量大，在發(fā)電機(jī)短路溫升試驗(yàn)1.1IN（定子電流23415A，相當(dāng)于733MW工況時(shí)的電流），轉(zhuǎn)子進(jìn)水溫度40.1℃情況下，轉(zhuǎn)子繞組出水溫度60.4℃，溫升僅20.3K，遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)GB/T7064中規(guī)定水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組出水溫度90℃限值標(biāo)準(zhǔn)。

4.防漏水性能好

線圈的空實(shí)心股線均用中頻加熱釬焊在兩端的接頭水盒內(nèi)，而釬焊在水盒上的球形接頭則焊有反磁不銹鋼水接頭，用作冷卻水進(jìn)出線圈內(nèi)水支路的接口。

套在線圈上或總水管上水接頭的成型絕緣引水管，都用卡箍將其與水接頭箍緊。成型絕緣飲水管壁厚，承壓能力大，防漏水性能好。

圖3 水電接頭結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)的冷卻水經(jīng)出水箱甩出至出水支座，出水支座回收后，經(jīng)排水孔排至水系統(tǒng)。

出水支座由支座本體及兩側(cè)蓋板組成，本體為鑄鋼件，內(nèi)襯不銹鋼板，以防銹蝕。蓋板為鑄鋁件，內(nèi)圓處襯銅齒，用于密封水。經(jīng)發(fā)電機(jī)廠試驗(yàn)，該密封在發(fā)電機(jī)3150r/min轉(zhuǎn)速下不漏水。

圖4 轉(zhuǎn)子出水支座

5.噪音低

發(fā)電機(jī)外部采用外罩結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由三部分組成，即汽端隔聲罩、本體外罩和勵(lì)端隔聲罩。其中汽、勵(lì)兩端的隔聲罩主要起降噪作用。發(fā)電機(jī)本體外罩具有形成定子鐵芯冷卻風(fēng)路，相當(dāng)于300MW水冷發(fā)電機(jī)的空冷小室的作用，同時(shí)起到隔聲降噪作用。

外罩與定子機(jī)座之間、外罩與基礎(chǔ)之間需具有良好的密封性，罩殼內(nèi)壁采用微孔板材料，有良好的吸聲作用，使發(fā)電機(jī)噪聲小于 85dB（A）以內(nèi)。

圖5 發(fā)電機(jī)外罩

京能（錫林郭勒）發(fā)電有限公司2臺(tái)660MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，是目前全世界容量最大的雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)。具有水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)獨(dú)有安全性能，又有新型結(jié)構(gòu)上的特殊優(yōu)勢(shì)，且效率高、溫升低、振動(dòng)小、防漏水性能高、噪音低等良好的技術(shù)性能指標(biāo)，為同容量發(fā)電機(jī)中的佼佼者。