俄制汽輪發電機改造技術論述

張 亮

（哈爾濱電機廠有限責任公司， 哈爾濱 150040）

0 前言

為響應國家對火電機組節能減排的要求，通過發電機技術升級和改造，解決俄制老舊機組系列問題并提升發電機出力滿足電廠增容要求，并且保證發電機改造功率提升后仍滿足相關國家標準要求，提高電廠的社會和經濟效益。

1 對現有機組運行情況鑒定分析

不同電廠的汽輪發電機型號、制造時間、投運時間以及運行工況、維護和檢修情況均會存在一定的差異性，改造前需對發電機實際運行狀態進行技術評估，以確定其改造可行性。

首先，應對發電機運行工況進行校驗。應基于改造項目承制廠的發電機計算程序，對電廠提供的發電機典型工況運行數據進行核算，以判斷發電機運行是否正常。

其次，應對歷史上常規檢修例行試驗進行對比。要根據具體的改造范圍不同，對改造前后的定子鐵心損耗試驗、轉子振動等數據與歷史數據進行對比。

再者，應進行現場機械和外觀檢查。發電機外觀檢查，重點排查如圖1 和圖2：

圖1 定子鐵心和繞組端部緊固件狀態和槽楔環外觀

圖2 轉子槽楔、通風孔和護

最后，應對運行期內發電機發生的事故和異常工況進行分析。由電廠提供發電機投運以來發生的事故和異常運行工況的歷史記錄和報告，亦是評估發電機增容改造的重要因素之一。

2 發電機增容改造

2.1 主要有以下四方面內容：

發電機額定電壓、額定功率因數和冷卻介質溫度等參數不變；

盡量利用現有發電機、氫油水和勵磁系統；

發電機額定出力提升，并滿足相關國家標準規定；

增容后保證發電機安全，可靠連續運行。

2.2 增容改造限制因素：

發電機額定出力增加后，短路損耗、勵磁損耗增大，將導致定子繞組、定子鐵心、轉子繞組的溫升均有所增加。對于水氫冷機組，主要考慮以下因素：

定子繞組溫升：主要取決于定子繞組電阻損耗和附加渦流損耗及定子繞組冷卻水溫和水量；定子鐵芯溫升：主要取決于發電機端電壓；轉子繞組溫升：主要取決勵磁損耗和散熱效果。

2.3 增容改造主要常規措施：

定子繞組溫升：可提高定子繞組冷卻水流量來降低定子繞組溫升；

定子鐵心溫升：由于發電機額定電壓不變，空載鐵心損耗不變，僅增加部分雜散損耗，其對定子整體溫升影響不大，因此鐵心變化幅度很小，針對本型發電機定子鐵心溫升可以滿足發電機正常運行要求；

轉子繞組的溫升：對于氫冷發電機，可通過提高氫壓來降低定子鐵心及轉子繞組溫升；

2.4 改造中技術問題：

汽輪發電機組改造中，需相互配合、協調，還需注意以下問題：

汽輪機發電機組改造后，發電機與汽輪機出力匹配問題，通常發電機出力略高于汽輪機出力；

汽輪機改造后軸系計算；

汽輪機改造后軸系熱膨脹量變化對發電機影響。

3 俄制機組存在的常見問題

定子小壓圈過熱（產生原因：端部漏磁場大、無外銅屏蔽、通風不暢）；

定子端部固定綁扎結構薄弱（環氧泥填充、高跟鞋壓板生根、笨重的絕緣端環等設計增加端部剛度效果并不好，同時容易產生裂紋磨損線棒）；

軸向滑移結構設計不合理（原設計中基本沒有設置軸向滑移結構，調峰運行將對定子端部造成惡劣影響）；

定子繞組并聯環設計為矩形截面，容易產生裂紋（矩形截面設計，容易造成應力集中，尤其是在拐角處易產生裂紋，造成并聯環漏水事故）；

定子水路過長（該機組定子繞組進出水均設置在汽端，最長水路為：入口-下層線棒-并聯環-磁套端子-上層線棒-出口，水路過長將影響定子線棒的冷卻效果，并容易造成空心導線堵塞現象）。

4 俄制機組改造技術方案

對發電機改造部分進行現場測繪；

利用現有鐵心，重新設計定子線棒和槽內測溫元件布置；

更換定子壓圈，并在定子壓圈上增加銅屏蔽；

定子繞組端部固定結構和槽內固定結構；

借鑒現有機組先進成熟設計制造技術，優化定子端部支撐系統，解決定子端部振動固有問題定子繞組并聯環、主出線的結構以及固定結構；

優化定子繞組冷卻水路；

完善定子測溫監測系統。

5 改造方案結構布置

5.1 定子線棒新設計

在保持外形尺寸不變的前提下，對定子線規、股數數量、空實數量比等關鍵尺寸重新進行設計；控制線棒的軸向長度，以節省空間，為單向通水冷卻方式設計創造條件；定子線棒設計為單向通水，匯流管分別布置在汽、勵兩端，發電機定子冷卻水匯流管的進水、出水法蘭均設在機座汽、勵兩側的頂部，可保證發電機在斷水事故狀態下定子繞組內仍能充滿水，匯流管的排污出口法蘭設在機座兩端的底部。需要在現場對機座進行開孔、焊接等操作，設計詳細的工藝操作規范，以保證施工安全。

5.2 定子端部結構重新設計

整個定子繞組的端部沿徑向和切向固定牢固，沿軸向可自由伸縮，定子端部增加銅屏蔽。端部支架及綁扎結構設計，取消把合結構，采用浸膠玻璃絲綁扎，上下層線棒之間設置適形結構，綁環與支架事先形成一個整體，再與定子壓圈把合固定，絕緣支架數量可以適當增加，線棒端部與支架綁環等沿徑向固定為牢固的整體；并設計絕緣銷，以保證沿軸向可以伸縮。端部結構設計原理與美國通用電氣公司的理念相同，此種結構可靠并有運行經驗，同時層間支撐管、玻璃絲、膠等材料為進口產品，以保證產品質量。

5.3 定子端部擋風板布置，軸向擋風板前移至出槽口位置，通過槽口塊把合固定，在線棒上生根。

5.4 并聯環設計為圓形截面，同時由于主引線位置無法測量，并聯環需現場彎形。

5.5 定子槽內固定。

槽底、層間、及楔下墊F 級環氧玻璃布板，槽內單側打入半導體墊條，根據間隙大小可適當塞入波紋板，端部保留小槽襯結構。

5.6 增加溫度監測點

增加定子繞組出水溫度測量元件。測點位于汽端水接頭處，測溫效果準確，引線引至接線板；增加銅屏蔽測溫元件，引線引至接線板；按行業標準，層間加裝雙支熱電阻。

5.7 測溫端子出線板更改為航空插頭

由于發電機溫度測點數量增加，原有接線板測點數量無法滿足要求，改為新型航空插頭后，即能增加測點數量，又能滿足密封要求。

5.8 增加轉子匝間短路在線監測線圈

安裝在定子槽楔上，以螺紋把合并刷膠固定，通過引線接至測溫端子出線板，同時配套轉子匝間短路在線監測裝置，以監測轉子匝間短路事故。

6 結語

通過對發電機進行技術升級和增容改造，不但可以提高機電設備的完好率和運行的安全可靠性和使用壽命，還能增加發電機的額定容量，增加系統所必須的調峰、調頻及事故備用容量，對系統的供電質量也能發揮更好的穩定作用，這是發電機增容改造的最大經濟效益和社會效益。