660MW雙水內冷發(fā)電機技術探秘

白音高老

摘 要：汽輪發(fā)電機是火電廠三大主機之一，是將機械能轉換電能的關鍵設備。發(fā)電機的性能直接關系著整個電廠的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟指標。

關鍵詞：660MW 發(fā)電機 技術性能

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）01-0-01

汽輪發(fā)電機在運行中，其內部各部件產(chǎn)生各種損耗，如定、轉子銅損耗、鐵損耗、機械損耗、附加損耗等。這些損耗均已熱的形式傳播到發(fā)電機各部件上，產(chǎn)生溫升，嚴重影響發(fā)電機絕緣性能、金屬性能及使用壽命。

發(fā)電機冷卻效果對發(fā)電機安全運行，有非常重要的意義?？梢哉f沒有好的冷卻效果就沒有發(fā)電機的安全穩(wěn)定。發(fā)電機常用的冷卻介質主要有空氣、氫氣和水。實驗證明，水的冷卻效果高達空氣的50倍，氫氣的12倍左右，冷卻效果最顯著。

660MW雙水內冷發(fā)電機在安全性能、機型結構以及效率、溫升、振動、漏水、噪音等技術性能上有非常顯著的特點和優(yōu)勢。

一、安全性能

660MW 雙水內冷發(fā)電機，由于不采用氫氣冷卻，消除了制氫站、氫氣管道等重大危險源；徹底排除了安裝調試、運行維護、檢修過程中氫爆的可能性。

相比水氫氫發(fā)電機，無密封油系統(tǒng)，消除了密封油漏入發(fā)電機內部的隱患。

二、機型結構

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

機座無防爆和密封結構，結構比較簡單，安裝和檢修維護方便。上下機座可以分開，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)電機的密封油系統(tǒng)和氫系統(tǒng)（包括電站制氫設備）等，日常運行維護方便。

空氣冷卻器布置在運轉層平臺上機座兩側，本體外罩起到定子風路作用，從而省去了發(fā)電機空冷小室，結構簡單，拆裝方便，又便于空冷器的維護。

三、技術性能

1.效率高

效率是發(fā)電機的運行性能的重要技術指標之一。大型發(fā)電機在效率方面，氫冷發(fā)電機的效率最高，在98～99%左右；空冷發(fā)電機的效率其次，在97～98%左右；水內冷發(fā)電機的效率最低96～98%左右。660MW雙水內冷發(fā)電機通過定子線棒、轉子繞組選用優(yōu)質銅線，鐵芯沖片采用無人機沖剪、去毛及噴漆技術，齒壓板采用內傾式齒壓板結構，端部階梯五檔鐵芯圈采用沖片偏小槽結構等先進技術，大大提高了效率，其效率高達98.95%，與氫冷發(fā)電機同水平。

2.振動小

在運行中發(fā)電機定子鐵芯受轉子旋轉磁場的磁力的影響，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。為防止定子忒心的振動，定子鐵芯與下機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引起的動態(tài)振動，機座與鐵芯彈簧板連接如圖1所示。

圖1 下機座與鐵芯彈簧板連接結構

發(fā)電機運行中，由于定子繞組本身的電磁力振動和定子鐵芯的橢圓振動，造成定子端部繞組的倍頻振動。660MW雙水內冷發(fā)電機定子繞線棒端部嵌裝在汽、勵兩端的絕緣大錐環(huán)上，灌入SF1806室溫固化膠，用上層壓板、層間壓板、絕緣螺桿等結構件固定，構成牢固的整體結構。其強度已達到橋梁工程中C60高強度混凝土的力學性能水平，大大提高端部繞組受倍頻振動的能力。

圖2 端部整體灌膠結構

在轉子振動方面，660MW雙水內冷發(fā)電機采用集電環(huán)轉子集電環(huán)轉子上增加穩(wěn)定軸承，降低轉子進水側的振動，同時避免了進水支座漏水隱患。

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

3.溫升底

在發(fā)電機空載溫升試驗1.05UN（定子電壓21kV）工況下，定子鐵芯最高溫度74.9℃，溫升50.5K，遠低于國標GB/T7064中規(guī)定發(fā)電機鐵芯溫度120℃限值標準。

在發(fā)電機短路溫升試驗1.1IN（定子電流23415A，相當于733MW工況時的電流），定子進水溫度31.1℃情況下，定子繞組平均溫度61.4℃，溫升30.3K，遠低于國標GB/T7064中規(guī)定水內冷定子繞組層間溫度90℃限值標準。

轉子繞組每槽設置2排繞組，水量大，在發(fā)電機短路溫升試驗1.1IN（定子電流23415A，相當于733MW工況時的電流），轉子進水溫度40.1℃情況下，轉子繞組出水溫度60.4℃，溫升僅20.3K，遠低于國標GB/T7064中規(guī)定水內冷轉子繞組出水溫度90℃限值標準。

4.防漏水性能好

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

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 水電接頭結構

發(fā)電機運行時，轉子線圈內的冷卻水經(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蓋板組成，本體為鑄鋼件，內襯不銹鋼板，以防銹蝕。蓋板為鑄鋁件，內圓處襯銅齒，用于密封水。經(jīng)發(fā)電機廠試驗，該密封在發(fā)電機3150r/min轉速下不漏水。

圖4 轉子出水支座

5.噪音低

發(fā)電機外部采用外罩結構，該結構由三部分組成，即汽端隔聲罩、本體外罩和勵端隔聲罩。其中汽、勵兩端的隔聲罩主要起降噪作用。發(fā)電機本體外罩具有形成定子鐵芯冷卻風路，相當于300MW水冷發(fā)電機的空冷小室的作用，同時起到隔聲降噪作用。

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

圖5 發(fā)電機外罩

京能（錫林郭勒）發(fā)電有限公司2臺660MW雙水內冷發(fā)電機，是目前全世界容量最大的雙水內冷發(fā)電機。具有水內冷發(fā)電機獨有安全性能，又有新型結構上的特殊優(yōu)勢，且效率高、溫升低、振動小、防漏水性能高、噪音低等良好的技術性能指標，為同容量發(fā)電機中的佼佼者。