世界首臺700MW級雙水內冷汽輪發電機的可行性研究

（京能（錫林郭勒）發電有限公司，內蒙古錫林郭勒 026000）

1.項目背景

隨著我國經濟發展水平的提升，人們的用電需求也在不斷增大，根據近年來華北電網日用電量曲線來看，總體的電量缺口仍比較大。面對這樣的問題，有必要在現有的基礎上進一步突破雙水內冷發電機組的容量，也就是開啟世界首臺700MW雙水內冷發電機組的研究，如果可以取得進展就可以有效彌補當前的電量缺口，進而整個行業的發展都有著至關重要的意義[1]。全球首批兩臺660MW雙水內冷發電機現階段已經成功投入商業運營，據實際的運行情況來看，該發電機具有效率高、溫升低以及振動小等優勢，有效彌補了傳統發電機的技術缺陷。與此同時，該發電機技術最為突出的特點就是用水替換了傳統的氫氣冷卻方法，進而大大提升了整體設備運行的安全性，最大限度地避免了氫氣爆炸安全事故的發生。如果站在運維檢修的角度上來說，相較于傳統的發電機技術，660MW雙水內冷發電機具有操作量少、運維成本低以及檢修周期短等優勢，因此進一步加強對相關技術的深化研究具有十分關鍵的現實意義。然而當前行業內對700MW雙水內冷發電機的研究仍然處于空白狀態，國內外目前都沒有相關技術的研究與應用案例。就當前實際的商運效果來看，該技術的各項運行指標都處于良好的狀態，在此過程中以現有的運行參數為基礎又進一步展開了720MW大負荷試驗以及732MW VWO工況試驗，進而有效對相關設備的性能進行驗證，為后續700MW雙水內冷發電機的研究提供了豐富而寶貴的研究數據。

2.以往雙水內冷汽輪發電機存在的問題

2.1 對水質的要求較低

就早期雙水內冷汽輪發電機水系統的運行情況來看，并沒有對水質的情況提出明確的要求與標準，這導致水導電的效果大大降低，實際上的電導率只有10μs·cm-1。

2.2 過濾器精度不足

早期的雙水內冷汽輪發電機水系統過濾器的精度較低，通常情況下只有40～80目，同時采用的是網布式結構不僅難以提升精度，還容易在水的沖擊下造成破壞，破損的網布容易隨著發電機運轉進入到定子線圈當中，進而造成定子線棒堵塞、發動機運行故障等不良影響。

2.3 冷卻器效率較低

早期的雙水內冷汽輪發電機水系統并沒有將研究的重點放在冷卻器上，致使冷卻器的冷卻效率十分低下。與此同時，在設備運行的過程中，二次水和一次水并不能實現完全的熱交換，進而導致線圈進水過程中的溫度過高，限制發電機的正常運行[2]。

2.4 儀表問題

在早期相關設備運行的過程中，所能采用的儀表技術以及控制技術并不能有效滿足當時設備的運行需求，因此在儀表安裝的時候只能采用就地儀表；與此同時使用控制儀表的時候也只能采用基地式調節模式，這也導致了很多時候相關人員需要去到現場完成相應的手動操作。

2.5 散裝件供貨問題

早期的雙水內冷汽輪發電機水系統采用的是散裝件供貨模式，進而導致在實際安裝的過程中會出現一定問題，設備與設備之間的具體位置需要依靠設計院的要求加以布置，這大大限制了整體工作的有效開展，降低了發電機的安裝效率。

3.700MW級雙水內冷汽輪發電機的技術方案

700MW級雙水內冷汽輪發電機技術的主要落實機制是通過在原有的基礎上進一步優化發電機運行邊界條件以及完成對少量部件的改造與優化，將原有的660MW額定功率提升到700MW，從而實現發電機組運行性能的顯著提升。就實際的試驗情況來看，其具體的技術方案主要涉及到如下幾個方面：（1）將原先設定的額定冷卻水進水溫度從38℃調整到33℃，同時額定功率因素則與之前的0.9PF保持一致；（2）針對空氣冷卻器增容技術的研究可以在保持接口尺寸和安裝尺寸大小不變的情況下，進一步對內部結構加以優化，從而有效提升冷卻器容量，這樣就可以保證雙水內冷汽輪發電機組在運行的過程中可以通過空氣冷卻器帶走更多的損耗，幫助定子鐵心及端部結構件的溫升可以穩定在一個較低的狀態；（3）針對轉子水冷卻器增容技術的研究可以在原有的基礎上增加散熱板片數量，進而有效提升轉子水冷卻器換熱的容量與效率，使得發電機的運行期間可以通過轉子水冷卻器更好地完成損耗搬運，以實現轉子線圈出水溫的降低；（4）針對集電環刷架結構優化技術的研究可以通過增加圓周向布置刷握以及碳刷的數量，提升可降低電刷載流密度，降低與碳刷接觸面的溫升；（5）當相應的工業化應用試驗進展到一定階段的時候，其預計的應用效果為額定功率提高至700MW、發電機效率提高到98.94%、定子繞組以及轉子繞組的出水溫度低于＜90℃、定子鐵芯溫度低于120℃、定子端部結構件溫度低于120℃。

4.700MW級雙水內冷汽輪發電機的發展前景

4.1 技術前景

700MW級雙水內冷汽輪發電機技術方案的落實以及相關試驗的開展具有十分重大的指導意義，如果站在技術前景的角度來看，其優勢主要體現在以下幾個方面：第一，雙水內冷汽輪發電機水系統的應用將完全代替傳統發電機設備中的氫氣系統，最大限度地避免了發生氫爆的危險；在進行安裝的過程中，取消了機座以及端蓋上的防爆和密封結構，大大簡化了發電機的整體結構，提升了安裝效率；較以往的發電機技術，700MW級雙水內冷汽輪發電機技術將在安裝、運行、維護及檢修等環節取得更進一步的提升，顯著降低設備的運行成本；明顯提升了換熱效率，降低了轉子繞組溫升，延長整體設備的使用效率。第二，700MW級雙水內冷汽輪發電機技術具備十分優異的絕緣性能，其空載和短路特性都完全符合相關冷卻方式機組的運行標準規范，各項電氣特性在實際運行的過程中均體現出較強的規范性與穩定性。第三，將相應雙水內冷汽輪發電機參與各種負荷條件下的試驗，其各類性能以及振動水平均處于優良標準，同時振動參數距離其預先設定的報警值也有著較遠的距離，顯著提升了機組在惡劣工況下的穩定性及安全性。第四，該發電機雙水內冷方式下具有十分良好的冷卻性能，不僅可以實現設備的穩定運行，還可以有效將各部件的溫度水平保持在良好的運行范圍內，進而對于整個機組的安全運行提供有力的保障。第五，700MW級雙水內冷汽輪發電機的試驗成功將會進一步為更大單機容量的雙水內冷發電機組提供參考價值，進而以相關的運行參數為基礎，有效實現發電機結構的改良優化，為相關領域的工業化發展奠定基礎[3]。

4.2 社會效益

當前700MW級雙水內冷汽輪發電機的試驗仍然處于研究與設計階段，但已經可以體現出十分良好的運行性能與合理的設備構造，大大提升了原有技術的先進性、安全性和經濟性。700MW級雙水內冷汽輪發電機的試驗在京能五間房電廠內部完成，不僅可以有效推進工業化應用研究階段的發展進程，還可以進一步彌補雙水內冷發電機技術在700MW容量等級上的空白。相關試驗的完成在660MW級雙水內冷發電機的基礎上進一步提升單機容量至700MW級，這樣的轉變將推動雙水內冷發電機技術領域在未來的發展進程，從而加速無氫電站的創新化發展，引領新技術在市場當中的新發展與新變革，不僅可以繼續推進發電機技術朝向無氫化與經濟化的發向發展，還可以有效為電廠的安全、穩定運行與可持續發展奠定基礎。