300 MW發電機無刷勵磁改靜態勵磁實踐

于愛民

300 MW發電機無刷勵磁改靜態勵磁實踐

于愛民

（華電青島發電有限公司，山東 青島 266031）

以300 MW發電機無刷勵磁改靜態勵磁的實踐為例，介紹了發電機無刷勵磁改靜態勵磁的實用技術方案，分析對比了改造前后機組的振動參數、勵磁特性，為同類型機組勵磁改造提供借鑒。

發電機；三機無刷勵磁；勵磁系統；勵磁改造

某發電廠#2發電機為300 MW水-氫-氫冷發電機，勵磁系統為三機無刷勵磁，#6、#7軸瓦自投運以來一直振動較大。2013-09結合#2機組大修實施了勵磁系統改造，將勵磁方式由三機無刷勵磁改為靜態勵磁，徹底解決機組#6、#7軸瓦振動問題。通過勵磁方式改造，提高了勵磁系統的響應速度，簡化了勵磁系統設備，提高了#2機組安全可靠性。

1 機組設備狀況

某發電廠#2發電機為上海電機廠制造的QFSN-300-2型水-氫-氫冷發電機，勵磁系統為三機無刷勵磁，于1996-11投入運行。發電機勵磁方式為三機無刷勵磁方式，勵磁系統由主勵磁機、副勵磁機和發電機組成，配置2套勵磁調節器。發電機及勵磁系統參數如表1所示。

表1 發電機及勵磁系統參數

說明符號數值單位 額定視在功率Sn376.4MVA 額定定子電壓Un20kV 額定頻率Fn50Hz 額定功率因數p.f.0.85- 空載磁場電流Ifo987A DC 空載磁場電壓Ufo113V DC 額定磁場電流Ifn2 633A DC 額定磁場電壓Ufn317V DC

該機組軸系中發電機轉子與勵磁機轉子為三軸承支撐形式，經實測，勵磁機臨界轉速與發電機轉子臨界轉速相距較近，造成軸系中發電機和勵磁機轉子不平衡響應過大。通過運行證明，軸系對輪找正、勵磁機搖擺以及機組負荷的突然變化，均對機組軸系扭矩、勵磁機擺軸產生較大影響，導致#6、#7軸承振動大幅增長。多次采取發勵對輪重新找正、高速動平衡等措施降低振動，但由于機組軸系設計帶來的不穩定因素對發電機和勵磁機軸承振動的影響仍時有發生。

2 改造方案

為徹底解決機組軸承振動大的問題，決定進行勵磁系統改造，將三機無刷勵磁系統改造為自并勵靜態勵磁。通過勵磁系統改造縮短發電機組軸系，達到降低振動的目的。改造后勵磁系統原理如圖1所示。

圖1 改造后的勵磁系統原理圖

2.1 新勵磁系統的設備選擇

基于發電機和勵磁系統原始參數，對改造后勵磁系統的勵磁變壓器進行選型，對勵磁系統調節器、磁場開關等設備進行配置。

2.1.1 勵磁變壓器的選擇

2.1.2 勵磁系統的配置

勵磁系統具備兩個自動通道，帶自動電壓調節器并集成手動勵磁電流調節器。自動控制提供所有的控制、限制、PSS及監視功能。手動控制是自動電壓調節器的后備，主要用于系統調試和維護。勵磁系統功率柜配置三個三相六脈沖整流橋，提供所需勵磁電流，－1冗余。滅磁回路安裝額定電流為3 200 A的直流磁場斷路器、跨接器和在發電機停機或跳閘時消耗磁場能量的非線性滅磁電阻，防止磁場繞組和勵磁系統損壞。

2.2 勵磁機本體改造工作

拆除勵磁機的所有部件，保留勵磁機底板，新增集電環裝置，布置在原勵磁機底板上。集電環底架螺栓孔按原勵磁機底板進行設計，滿足集電環的安裝要求。在勵磁機底板及底板下的基礎新增2個地腳螺栓孔，地腳螺栓孔要求完全貫穿基礎，直徑為100 mm。集電環原勵磁機轉子軸中線到底板的中心高為762 mm，集電環轉子軸中心到底板的中心高相同，發電機轉子聯軸器和更換后集電環裝置聯軸器的止口和螺栓孔相匹配，利用原聯軸器螺栓進行安裝連接。集電環裝置底架和外罩固定在原勵磁機底板上，集電環裝置外罩開孔配合直流母排的連接。集電環裝置由原來上進風下出風改為上進風上出風方式，刷架出風從集電環外罩出風口排出。

2.3 勵磁設備的布置

勵磁設備的布置應充分考慮發電機12.6 m運轉層及 6.3 m設備布置、發電機基礎位置等因素，合理布置。應對勵磁變安裝位置、運轉層開孔進行靜載荷核算，必要時應進行加固處理。本工程勵磁調節器安裝于發電機12.6 m運轉層，搭建勵磁小室。勵磁調節器交流、直流勵磁母線采用共箱封閉母線方式與勵磁變低壓側、集電環連接。勵磁變壓器安裝于6.3 m發電機封閉母線北側。勵磁變高壓側采用離相封閉母線連接方式，從發電機PT柜引接。勵磁設備布置如圖2所示。勵磁調節器與集電環之間直流母排采用共箱母線連接。直流導電排須由集電環末端引出，向下穿過發電機12.6 m運轉層地面，至勵磁調節器下部后開孔反穿回12.6 m運轉層地面接入勵磁調節器。直流共箱母線最小開孔尺寸為600 mm×600 mm，開孔貫穿發電機基礎會嚴重影響發電機基礎的動、靜載荷，必須在發電機基礎外合適位置開孔，用于集電環和勵磁系統之間的直流母排上下連接。本工程開孔選取在發電機機頭中心線左前側，位置選取應避開發電機檢修抽穿轉子的工作位置，直流母線及共箱封閉母線應作活連接設計，方便發電機檢修時拆裝及恢復。集電環裝置端子排引線可借用原勵磁機基礎上電氣引線孔，不再另外開孔[3]。

圖2 勵磁設備在6.3 m及12.6 m的布置圖

2.4 碳粉收集

因發電機基礎開孔限制，集電環裝置冷卻由原來的上進風下出風改為上進風上出風方式，碳粉由集電環外罩頂部的通風管排出，若有需要可在出風口處增加碳粉收集凈化裝置。集電環內部熱風及碳粉由碳粉收集裝置強制吸風經濾袋排出，當電源掉電、過濾體阻力過大及溫度超限時，裝置都應自動切換至自然換風門，以確保滑環的冷卻通風量，避免碳刷溫度過高導致的故障。因此應設置報警總信號，并將信號送至主控室，報警總信號應包含溫度、阻力、欠壓及電源掉電等。

3 改造前后對比分析

3.1 機組振動情況分析

靜態勵磁系統去除了主、副勵磁機，除滑環外，沒有旋轉部件，整個汽-發軸系長度較原設計縮短近2 m（3 652－ 1 750=1 902 mm），臨界轉速遠離工作轉速，大大減弱發電機軸系#5、#6、#7瓦的振動。改造前后#5、#6、#7瓦振動峰值對比如表2所示。

表2 改造前后#5、#6、#7瓦振動峰值對比

改造前/mm改造后/mm 參數名稱沖轉時惰走時正常運行沖轉時惰走時正常運行 #5軸振0.1240.0990.0500.0950.1080.084 #6軸振0.1930.2880.1520.0740.0660.069 #7軸振0.2850.4180.0700.0370.0400.027

3.2 勵磁系統特性對比

自并勵靜態勵磁系統頂值勵磁的反應速度快，在0.05～0.06 s內，就可達到95%的頂值電壓。而無刷旋轉整流勵磁系統在0.1 s內方可達到95%的頂值電壓。雖均屬高起始響應系統，但自并勵靜態勵磁系統較無刷旋轉整流器勵磁系統頂值電壓的上升速度更快。自并勵靜態勵磁系統可實現逆變滅磁，具有抑制甩負荷時端電壓快速升高的優異性能[2]。由于自并勵靜態勵磁無主、副勵磁機，去除了整流器的旋轉部件，勵磁系統故障率降低，維護也更加簡單，提高了機組運行的可靠性。

4 結語

#2機勵磁系統改造后，安全運行至今無異常。通過#2機組勵磁系統改造，消除了#2機組#5、#6、#7瓦振動大的缺陷，提高了勵磁系統的響應速度，簡化了勵磁系統檢修維護工作，達到了預期改造的目的。

［1］趙紅光，濮鈞，竺士章，等.DL/T 843—2010 大型汽輪發電機勵磁系統技術條件［S］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］電機工程手冊編輯委員會.電機工程手冊［M］.北京：機械工業出版社，1982.

［3］余景輝，朱天向.300 MW雙水內冷發電機三機勵磁系統的改造［J］.電機技術，2016（6）：28-31.

TM621

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.055

2095－6835（2019）23－0120－02

于愛民（1970—），女，高級工程師，從事發電廠電氣技術管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕