淺談大型汽輪發(fā)電機(jī)的非正常運(yùn)行及維護(hù)

陳嘉峰

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)電的重視程度不斷增強(qiáng)。當(dāng)前對(duì)能源的利用都要考慮到對(duì)環(huán)境是否有影響，而電能作為一種重要的清潔能源，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何的破壞。大型汽輪發(fā)電機(jī)是一種十分重要的發(fā)電裝置，在實(shí)際的工作中有時(shí)就會(huì)發(fā)生不正常運(yùn)行，影響發(fā)電的正常運(yùn)行。文章主要針對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)的非正常運(yùn)行進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的維護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；工作原理；非正常運(yùn)行；維護(hù)

引言

大型汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)我國(guó)的電力事業(yè)做出了非常大的貢獻(xiàn)，我們通過(guò)對(duì)其非正常運(yùn)行和維護(hù)措施進(jìn)行研究，就是希望能夠促進(jìn)它的快速發(fā)展。

1 發(fā)電機(jī)的概述

電能是人們的生產(chǎn)生活中的重要能源，也是社會(huì)快速發(fā)展的一個(gè)重要方面。電能的產(chǎn)生主要就是依靠發(fā)電機(jī)把各種形式的能源轉(zhuǎn)換為電能。主要的動(dòng)力依靠設(shè)備中的汽輪機(jī)、柴油機(jī)，當(dāng)氣流或者水流通過(guò)設(shè)備時(shí)燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)化。發(fā)電機(jī)在各個(gè)重要行業(yè)都有所應(yīng)用，例如、工業(yè)、電力、科技、國(guó)防等方面。

隨著發(fā)電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前發(fā)電機(jī)擁有很多形式，但是基本的工作原理都是一樣的。具體的來(lái)說(shuō)，就是用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

2 汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。

汽輪發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)配套的發(fā)電機(jī)。為了得到較高的效率，汽輪機(jī)一般做成高速的，通常為3000轉(zhuǎn)/分（頻率為50赫）或3600轉(zhuǎn)/分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低，但也在1500轉(zhuǎn)/分以上。高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及降低風(fēng)摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較小，長(zhǎng)度比較大，即采用細(xì)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子。特別是在3000轉(zhuǎn)/分以上的大容量高速機(jī)組，由于材料強(qiáng)度的關(guān)系，轉(zhuǎn)子直徑受到嚴(yán)格的限制，一般不能超過(guò)一點(diǎn)二米。而轉(zhuǎn)子本體的長(zhǎng)度又受到臨界速度的限制。當(dāng)本體長(zhǎng)度達(dá)到直徑的6倍以上時(shí)，轉(zhuǎn)子的第二臨界速度將接近于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，運(yùn)行中可能發(fā)生較大的振動(dòng)。所以大型高速汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。10萬(wàn)千瓦左右的空冷電機(jī)其轉(zhuǎn)子尺寸已達(dá)到上述的極限尺寸，要再增大電機(jī)容量，只有靠增加電機(jī)的電磁負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此必須加強(qiáng)電機(jī)的冷卻。所以5～10萬(wàn)千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。70年代以來(lái)，汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量已達(dá)到130～150萬(wàn)千瓦。從1986年以來(lái)，在高臨界溫度超導(dǎo)電材料研究方面取得了重大突破。超導(dǎo)技術(shù)可望在汽輪發(fā)電機(jī)中得到應(yīng)用，這將在汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)展史上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。

3 大型汽輪發(fā)電機(jī)非正常運(yùn)行及維護(hù)

3.1 非正常運(yùn)行

3.1.1 短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力

在事故狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)允許定子繞組在短時(shí)內(nèi)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)也允許轉(zhuǎn)子繞組有相應(yīng)的過(guò)負(fù)荷（過(guò)電壓）。定子繞組的短時(shí)過(guò)負(fù)荷倍數(shù)及其時(shí)間規(guī)定在《QFSN-300-2-20B型產(chǎn)品說(shuō)明書》中。

3.1.2 不平衡負(fù)荷

在不平衡負(fù)荷狀態(tài)，發(fā)電機(jī)中含有了負(fù)序電流分量，相電流及端電壓偏離了平衡負(fù)荷時(shí)的理想關(guān)系。不平衡負(fù)荷將在轉(zhuǎn)子表面導(dǎo)致額外的損耗和局部發(fā)熱。在《技術(shù)數(shù)據(jù)匯總表》中規(guī)定了持續(xù)不平衡負(fù)荷及短時(shí)不平衡負(fù)荷的允許值，同時(shí)在持續(xù)不平衡負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，任何一相的電樞電流不允許超過(guò)額定值。

發(fā)電機(jī)的不平衡電樞電流也會(huì)引起轉(zhuǎn)子倍頻轉(zhuǎn)矩脈振，這個(gè)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩同時(shí)也出現(xiàn)在定子鐵芯上。鐵芯隔振結(jié)構(gòu)能有效地減小這種脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)座及基礎(chǔ)的影響。

3.1.3 一個(gè)冷卻器退出運(yùn)行

在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果所使用的四個(gè)冷卻器中出現(xiàn)一個(gè)退出運(yùn)行，那么發(fā)電機(jī)還可以在正常運(yùn)行的狀態(tài)下帶百分之八十的負(fù)荷。

3.1.4 空氣中運(yùn)行

允許發(fā)電機(jī)在空氣中運(yùn)轉(zhuǎn)主要是為了進(jìn)行動(dòng)力機(jī)械檢測(cè)，而且只能夠在試運(yùn)行階段進(jìn)行。發(fā)電機(jī)在空氣中運(yùn)轉(zhuǎn)是有前提的，必須保證發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣是干燥的，而且相對(duì)濕度應(yīng)該小于百分之五十，冷風(fēng)的溫度應(yīng)該控制在二十到三十八攝氏度，壓力在三千到六千帕之間，冷卻器保證通水。

3.1.5 失磁運(yùn)行

當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了失磁現(xiàn)象就會(huì)作為感應(yīng)發(fā)電機(jī)而運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)處在磁場(chǎng)回路的時(shí)候出現(xiàn)了失磁現(xiàn)象，就應(yīng)該考慮到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正處于部分過(guò)熱的情況，可以根據(jù)相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)使發(fā)電機(jī)在失磁的狀態(tài)下按照相應(yīng)的曲線運(yùn)行一段時(shí)間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)失磁的時(shí)候，勵(lì)磁回路正處于開路的狀態(tài)，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò)電壓，可能會(huì)危及到轉(zhuǎn)子的絕緣效果。

3.1.6 斷水運(yùn)行

當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)冷卻器中的冷卻水小于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，那么我們就可以定義為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子正處于斷水情況，在這種情況下我們可以有兩種方式供選擇，一種是發(fā)電機(jī)的定子在額定電流下運(yùn)行一段時(shí)間，在這個(gè)期間內(nèi)沒(méi)有恢復(fù)供水，就可以立即跳閘。一種是在出現(xiàn)斷水五秒鐘開始減少負(fù)荷，在兩分鐘內(nèi)減少百分之十五的負(fù)荷，定子運(yùn)行六十分鐘，如果還是沒(méi)有恢復(fù)供水，就可以將勵(lì)磁電流調(diào)為零。

3.2 維護(hù)

在發(fā)電機(jī)工作的過(guò)程中，有時(shí)候因?yàn)槟承┰驅(qū)е鲁霈F(xiàn)非正常運(yùn)行情況，直接影響到發(fā)電機(jī)的正常工作。有關(guān)于發(fā)電機(jī)的非正常運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究資料都比較少，特別是對(duì)于在非正常運(yùn)行情況下發(fā)電機(jī)能夠承受多少荷載以及極限能力是多少都沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的定義，對(duì)于如何維護(hù)非正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)也沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的理論。當(dāng)前，發(fā)電機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)以及發(fā)電站對(duì)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行十分重視，同時(shí)隨著社會(huì)對(duì)電能的需求，相關(guān)部門對(duì)電能生產(chǎn)的質(zhì)量提出了更高的要求。此外，還有很多高校也開始重視發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)，設(shè)立了相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題并提出了一系列的具有指導(dǎo)性的意見，特別是對(duì)發(fā)電機(jī)的非正常運(yùn)行的一些情況作了更加詳細(xì)的分析和闡述，并不斷完善形成了一整套科學(xué)的準(zhǔn)則。在這些標(biāo)準(zhǔn)中也明確規(guī)定了生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該遵循的準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方案，在這些標(biāo)準(zhǔn)制定的過(guò)程中，不僅借鑒了中國(guó)的相關(guān)法律法規(guī)還吸取了國(guó)外的相關(guān)準(zhǔn)則。

任何一種汽輪發(fā)電機(jī)都不能保證一直正常工作，在使用的過(guò)程中有時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)非正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者停機(jī)現(xiàn)象，為了使發(fā)電機(jī)能夠正常運(yùn)行，就需要相關(guān)人員能夠加大對(duì)發(fā)電機(jī)的巡查力度。通過(guò)相關(guān)的培訓(xùn)使員工知道發(fā)電機(jī)的非正常工作所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，并能夠在工作中高度重視這個(gè)問(wèn)題。檢修人員應(yīng)該做好平時(shí)的檢查記錄，并提前做好預(yù)防措施，一旦發(fā)現(xiàn)非正常運(yùn)轉(zhuǎn)的跡象，就應(yīng)該馬上去解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大型汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)的建設(shè)具有十分重要的作用，我們應(yīng)該保證其正常運(yùn)行。在實(shí)際工作中會(huì)出現(xiàn)一些非正常運(yùn)行，影響到發(fā)電機(jī)的正常工作，所以我們應(yīng)該采取措施才保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]梁秀珍，王世英.300MW等級(jí)引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)組非正常工況下的運(yùn)行[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2012，13（2）.