（电气工程专业论文）早期国产300mw双水内冷发电机增容改造及性能试验研究.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 随着我国电力市场需求的增长和电力工业改革的深入 发电企业为适应市场 需求和自身生存发展的需要 必须努力降低生产成本 提高经济效益 对现有发 电机组的增容改造是重要的手段之一 本文依据中华人民共和国水利电力部标准中规定3 5 3 m v a 及以上容量的发电机 有1 1 0 额定值的连续过载能力 分析了改造前发电机的定子线棒绝缘 端部发热 进相能力 转子绝缘等现状 提出发电机增容改造的范围及所要解决的问题 同 时结合增容改造后发电机的新参数 研究分析了发电机系统相关主要电气设备的 适应性 在此基础上通过参阅国内外汽轮发电机组增容改造实际经验 研究了发 电机增容改造的主要技术措施 同时结合谏壁发电厂 7 汽轮发电机 3 0 0 m w 现状 进行了大规模增容改造工程实践 改造后发电机额定负荷由3 0 0 m w 增容至3 3 0 m w 机组煤耗较大幅度降低 提高了机组的调峰能力和机组运行的安全性 获得了较 高的经济效益 并对国内同类型机组的增容改造起到一定的指导和借鉴作用 关键词 发电机 3 0 0 m w 增容 改造 性能试验 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t a si n c r e a s eo fr e q u i r e m e n tf o re l e c t r i c i t y p o w e rp l a n t sm u s td ot h e i rb e s tt or e d u c e p r o d u c t i o nc o s ta n di n c r e a s ef i n a n c i a lb e n e f i t si no r d e rt oa d a p tt om a r k e tr e q u i r e m e n t c a p a c i t yi n c r e a s ea n dt r a n s f o r m a t i o no fg e n e r a t o r si so n eo fi m p o r t a n tw a y a c c o r d i n gt ot h em i n i s t r yo fw a t e rc o n s e r v a n c ya n de l e c t r i cp o w e rs t a n d a r d so f p e o p l e sr e p u b l i co fc h i n a t h ec a p a c i t yo f3 5 3 m v ag e n e r a t o r sa r el10 c o n t i n u o u s r a t i n go v e r l o a d t h i sp a p e ra n a l y s i st h et r a n s f o r m a t i o no ft h ef o r m e rg e n e r a t o rs t a t o r b a ri n s u l a t i o n t h ee n d so ff e v e r i n t ot h er e l a t i v ea b i l i t yo ft h er o t o ri n s u l a t i o ns u c ha s t h es t a t u sq u o t h eg e n e r a t i n gc a p a c i t ya n dt h et r a n s f o r m a t i o no ft h es c o p eo ft h e p r o b l e mt ob es o l v e da tt h es a n l et i m ec o m b i n e dw i t l lt h et r a n s f o r m a t i o nc a p a c i t yo ft h e n e w p a r a m e t e r sa f t e rt h eg e n e r a t o r t h eg e n e r a t o rs y s t e mr e s e a r c ha n da n a l y s i sr e l a t e dt o t h ea d a p t a b i l i t yo ft h em a i ne l e c t r i c a le q u i p m e n t t h i st h e s i sa n a l y z e st h es i t u a t i o n b e f o r et h et r a n s f o r m a t i o ng e n e r a t o r s i ta l s og i v e ss o m em a i nt e c h n o l o g i e so fc a p a c i t y i n c r e a s ea n dt r a n s f o r m a t i o no fg e n e r a t o r s a st h es a m et i m e w ep r a c t i s ee n g i n e e r i n g p r o d u c to fc a p a c i t yi n c r e a s ea n dt r a n s f o r m a t i o no fn o 7g e n e r a t o r so fj i a n b ip o w e r p l a n t a f t e rc a p a c i t yi n c r e a s ea n dt r a n s f o r m a t i o n t h er a t e dl o a dc a p a c i t yi n c r e a s ef r o m 3 0 0 m wt o3 3 0 m w t h ec o n s u m p t i o no fc o a lr e d u c el a r g e l y a n dt h ec a p a b l eo f a d j u s t i n gt h ep e a ka n dt h es a f e t yo fg e n e r a t o r si si n c r e a s e dl a r g e l y t o o t h i sa c h i e v e m o r ef i n a n c i a lb e n e f i t s a n dp r o v i d eag u i d er e f e r e n c et ot h es a m et y p eo fd o m e s t i cu n i t k e y w o r d s g e n e r a t o r 3 0 0 m w c a p a c i t yi n c r e a s e t r a n s f o r m a t i o n p e r f o r m a n c et e s t i i 江苏大学工程硕士学位论文 主要符号说明 放电量单位皮库伦 微微库伦 介质损耗角 额定电压下和起始游离电压下介质损耗的差值 电容增加率 发电机损耗 发电机有功功率 发电机效率 转子漏磁通经过气隙进入定子端部的等效值 转子端部漏磁通 i l l 6 6 坛 凹 锯 刚 一 p n 钒 瓯 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 保密口 在年解密后适用本授权书 不保密 学位论文作者签名 了寻 导师妣翻 趸 专审 导师签名 参碍 趸 专霉7 签字日期 2 0 0 9 1 1 月 0 日签字日期 2 0 0 9 年i 月 7 日 独创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独 立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容以外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 了寻 日期 如句年 1 月t 日 o 江苏大学工程硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章概述 能源是国民经济的基础 节约能源是我国的一项基本国策 我国是一个能源生 产大国 也是一个能源消耗大国 尽管我国能源总量位于世界前列 但由于众多 的人口 我国的人均能源拥有量较低 我国又是一个高能耗国家 能源利用效率 低 能源的过度消耗制约国民经济可持续发展 还严重危及环境保护 因此 节 能降耗对我国国民经济更是至关重要 电力工业是国家的基础能源工业 电力工业的健康发展对国民经济起到至关重 要的作用 安全性和经济性一直是电力工业健康发展的两大重点课题 随着电力 系统安全性的不断提高 节能降耗已在电力发展格局中占据了主导地位 发电站是能源的转换工厂 火电发电机组的任务是将煤炭等一次能源的化学能 转换为电能 锅炉 汽轮机 发电机是大型火力发电机组的主要设备 锅炉将煤 炭 油 天然气等资源的化学能转换为蒸汽的热能 汽轮机将蒸汽的热能转换为 机械能 发电机将机械能转换为电能并输出到电网 大功率汽轮机组承担着国家 大部分电力的生产任务 也消耗了大量一次能源 因此发电厂中锅炉 汽轮机 发电机的效率是考核机组的主要指标 提高其效率是节能降耗的主攻方向 在我国的电力发展格局中 除新投产的少量6 0 0 m w 1 0 0 0 m w 机组外 国产 大型汽轮机组主要是3 0 0 m w 机组及其同类型机组仍属于电网主力机组 这些机组 设计技术是2 0 世纪6 0 年代的 主要投产于8 0 年代至9 0 年代 由于设计技术落 后 运行时间过长 机组的经济性远远低于国际先进水平 因此必须找到一种适 合我国国情的方法来提高现役大型汽轮机组的效率问题 随着现代科学技术日新月异的发展 特别是计算机设计能力的高速发展 三维 设计和制造已经成为可能 该技术在汽轮机设计制造中也得到了广泛应用 国内 制造厂通过对关键加工工艺的改进和引进大型精密加工设备 产品工艺和质量得 以大大提高 为先进机组国产化生产制造提供了可能 利用原有热力系统的基础 上 引入先进技术对汽轮机进行改造 提高现役机组的效率 增加出力是一项事 半功倍的事 江苏大学工程硕士学位论文 现役汽轮机通流部分改造就是在这样的前提下应运而生的 汽轮机通流部分 是工质在汽轮机本体中流动做功所经过的汽轮机部件的总称 汽轮机通流部件主 要包括截流调节装置 汽轮机静叶栅和动叶片 汽封和轴封及其它辅助装置 在 锅炉各项运行参数不变的情况下 通过对汽轮机组通流部件的改造 提高整个汽 轮机的效率 同样的参数的蒸汽流量可以增加1 0 的出力 换句话说烧同样的煤 用同样的水可以达到原设计额定出力的1 1 0 由于汽轮机达到原设计额定出力的 1 1 0 与之配套的发电机必须增容 将汽轮的出力全部转化成电能输送电网 降 低发电能耗 h 1 2 1 3 1 4 1 5 1 1 2 火电机组改造国内外发展现状 随着技术的进步 国际上一些工业先进国家将老机组改造放在重要位置上 老机组采用新技术进行改造 不仅是效率的提高 出力的增加 而且可大大节省 电厂的基建投资 美国的g e 公司和w h 西屋 公司均在积极进行老机组翻新工作 6 1 据一l z 述两公司的统计 翻新后的老机组 其出力 可用率和热效率均得以提高 热耗率大大降低 其新增出力每k w 的投资仅为新增机组的5 0 9 6 日本的日立公司 从8 0 年代初就对1 2 5 1 0 0 0 m w 机组进行改造 改造的主要内容为 动 静叶型改 进 汽封改进 降低中 低压排汽损失等 改造后机组的热效率提高了2 一4 东 芝公司对l1 0 1 6 5 2 2 0 m w 的老机组进行通流部分更新 使三种汽轮机的热效率 分别提高了1 2 1 4 和1 3 我国大型火电机组改造起步于1 9 8 7 年 联合国提供援助立项改造中国的燃煤 机组 确定的内容为改造三排汽2 0 0 m w 汽轮机低压通流 汽轮机通流部分改造首 先是从2 0 0 m w 机组开始的 随着改造的逐步深化与推广 相继在1 2 5 m w 机组和 3 0 0 m w 机组上实施 迄今为止 全国已经改造的大型火电机组多达7 0 台 国产 1 2 5 m w 2 0 0 m w 以及3 0 0 m w 机组的现代化改造已经进入全面铺开的时期 参与 现代化改造工程的有东方汽轮机厂 哈尔滨汽轮机厂 上海汽轮机厂 北京汽轮 电机厂 龙威公司以及国外的s i e m e n s 公司等多家制造厂川 8 1 1 9 1 1 1 0 1 1 1 1 1 9 9 1 年 首先在邢台电厂和焦作电厂进行低压缸前4 级试点改造 然后在四 川白马电厂进行了低压缸全改的工作 通过对高 中压缸改造技术的完善 1 9 9 7 年在大同二电厂3 号机组上实现了真正意义上的汽轮机通流部分改造 高 中 2 江苏大学工程硕士学位论文 低压缸全改 1 9 9 9 年1 月 国内第一台1 2 5 m w 汽轮机组通流部分改造在徐州发电厂槲机 实现 1 9 9 8 年7 月 国内第一台3 0 0 m w 汽轮机组通流部分改造在国电谏壁发电 厂撑7 机实现 并且是国内第一次采用国外先进技术进行改造的汽轮机组 1 3 早期国产3 0 0 m w 双水内冷发电机增容改造的意义 1 容量要求 汽轮机改造后 热耗率大幅度降低 经济性提高 机组出力可增加3 5 m w 为 使发电机与汽轮机容量相匹配 提高机组的整体效率 必须对发电机进行增容改 造 2 效率要求 改造后发电机效率将由9 8 6 提高到9 8 8 提高了机组的运行经济性 按照 机组一年运行5 0 0 0 小时 负荷率6 5 一台机组一年可节电3 3 5 1 0 3 5 1 0 3 x o 6 5x0 0 0 2 2 18x1 0 6 k w h 经济效益可观 3 电网调压的要求 q f s 3 0 0 2 型发电机因结构原因端部漏磁较大 造成端部发热严重 进相运行 能力差 随着电网装机容量的增加 输电线路的容量和距离不断扩大 线路相问 和对地电容相应地增大 系统的容性负荷大量增加 在负荷低谷时 系统发出的 总感性无功可能超过用户的感性无功和线路的无功损耗总和 导致电网局部电压 超出容许范围 此时需要发电机从系统吸收感性无功 发电机进相运行 保证电网 设备的安全运行 根据能源部部颁标准s d 3 2 5 8 9 电力系统电压和无功电力技术导则 试行 要求 新装机组在有功功率为额定值时 均应具备按功率因数0 9 5 进相运行的能 力 对已投入运行的发电机 应有计划地按系列进行典型的吸收无功电力能力试 验 并应将试验结果作为运行方式的依据 予以应用 国外也根据运行经验 作出了一些规定 现归纳如下 幻原苏联 美国 意大利规定 发电机应能在额定有功功率时 具有在c o s 由 0 9 5 超前 进相运行的能力 b 1 日本规定 所有汽轮发电机必须具备在额定容量时 能够在c o s 咖 0 5 9 滞 江苏大学工程硕士学位论文 后 长期运行的能力 在c o s 巾 o 时所吸收的无功功率能达到0 5 倍额定容量的能力 c 法国规定 汽轮发电机必须具备在额定有功功率时 吸收的无功功率能达 到0 3 5 倍额定容量的能力 因此本次改造必须使机组具备进相运行的能力 以适应电网运行的要求 4 运行可靠性的要求 大型发电机主绝缘 定子绝缘 在长期的运行过程中 要遭受电 热 机械和环 境等应力因子的联合作用 其机械性能和介电性能逐渐变坏 电气强度降低 即 所谓老化 最终导致绝缘击穿 这类事故大约以占发电机事故总数的1 3 一旦发 生这种事故 不但危及发电机本身 而且还会使整个系统停电 造成巨大的经济 损失 因此提高大型发电机绝缘 对保证发电机的运行可靠性具有非常重要的意 义 5 国家有关政策的要求 能源部部颁标准s d 3 2 5 8 9 电力系统电压和无功电力技术导则 试行 对发电 机吸收无功功率的能力提出了下述要求 新装机组在有功功率为额定值时 均应 具备按功率因数o 9 5 进相运行的能力 对己投入运行的发电机 应有计划地按系列 进行典型的吸收无功电力能力试验 并应将试验结果作为运行方式的依据 予以 应用 1 4 本文主要研究内容 基于国家对现役汽轮机节能降耗的要求 国电谏壁发电厂提出了该厂 7 机组一 早期国产3 0 0 m w 汽轮机通流改造 提高效率的任务 由于汽轮机效率的提高 输 出功率的增大 要求发电机提高出力至3 3 0 m w 功率因数为o 8 5 能满足进相要 求 功率因数为 0 9 5 最高出力为3 4 0 m w 本论文是在结合谏壁发电厂3 0 0 m w 机 组增容改造工程的基础上完成的 本论文的主要工作如下 1 在技术上分析了3 0 0 m w 发电机改造前发电机的定子线棒绝缘 端部发热 进相能力 转子绝缘等现状 提出发电机增容改造的范围 所要解决的问题及增 容改造目标 2 针对 7 发电机由于增容改造 定子电流 励磁电压等相关电气参数发生 改变 发电机系统相关的主变压器 灭磁开关 整流柜 出线隔离丌关等设备能 4 江苏大学工程硕士学位论文 否满足发电机增容改造后的参数要求进行分析研究 并针对改造目标采取的技术 措施进行了研究 3 为保证改造过程中质量 对增容改造采取电气检查试验进行了设计及研究 4 针对发电机增容改造后存在问题进行分析研究 提出了优化改进措施 并 在后续的机组改造中实施 对增容后的发电机的性能试验进行分析 目的是检验 发电机改造后是否实现了预期的目标以及改造手段的成功与否 试验的结果验证 了3 0 0 m w 发电机增容改造主要技术手段的正确性 江苏大学工程硕士学位论文 第2 章发电机改造前性能状况及增容改造目标 谏壁发电厂 7 发电机由上海电机厂自行设计 自行制造 生产的第一代 q f s 3 0 0 2 型第5 台双水内冷发电机 于1 9 7 5 年制造 1 9 8 0 年投运 至今已运行近 二十年 7 发电机是该公司早期生产的产品 受到当时我国工业基础及该公司设 备条件等因素的限制 定子线棒绝缘材料 导线换位部分绝缘处理 制造工艺等 该型发电机还存在以下方面的不足 如效率低 端部温度高 进相能力差等 尤 其不能适应目前电网对发电机高力率运行的要求 本章就以上问题进行了分析研 究 并提出了发电机增容改造的目标 2 1主要技术参数 q f s 3 0 0 2 发电机主要技术参数如表2 1 所示 表2 1 q f s 3 0 0 2 发电机主要技术参数 额定容量 3 5 3 m v a 功率 3 0 0 m w 功率因数 0 8 5 定子电压 1 8 k v 定子电流 1 1 3 2 0 a 转子电压 4 8 4v 一次9 2 4 转 分 转子电流 1 8 4 4 a 临界转速 二次2 7 9 5 转 分 飞轮力矩3 4 吨 米2短路力矩倍数9 3 定子线圈冷却水量4 6 吨 d 时转子线圈冷却水量 3 1 吨 j 时 定子压圈冷却水量每端l o 吨 4 时定子线圈冷却水进水水压 4 k c m 2 转子线圈冷却水进水水压 4 k c m 2 定子压圈冷却水进水水压 4 k c m 2 1 3 6 0 k w 4 8 5 v 1 8 0 0 a 定转子冷却水进水温度2 5 型0 1 0 0 主励磁机 励磁电压7 6 v 电流7 9 7 a 定子 转子线圈冷却方式 水内冷定子 转子铁芯冷却方式空冷 2 2 存在的问题 国电谏壁发电厂 7 发电机长期投运后多年的故障情况总结如下 l 9 1 年6 月a 1 a 4 分支 3 2 线棒温度1 5 7 c 励侧接头过热流胶 检查结果是 由于橡皮堵塞进水接头引起线棒过热 同年6 月a 卜a 4 5 线棒也发生温度达1 5 7 c 励 侧接头过热流胶现象 运行中进行反冲洗提高冷却效果 使线棒温度下降 2 9 3 年7 月励侧转子绝缘引水复合管漏水造成发电机出线a c 相及中性点侧弧 6 江苏大学工程硕士学位论文 光短路 机组大差 小差 横差动作 3 9 3 年8 月a l a 4 5 线棒汽侧接头漏水 造成定子接地 进检查 5 线棒槽内 一空心导线有裂纹 水沿绝缘内部的气隙流向线棒两端造成接头漏水 4 9 5 年8 月b 2 b 5 2 0 2 1 下层线棒端部磨损 造成运行中定子绕组接地 5 9 4 9 6 9 7 9 8 年 定子接地多次发信 6 9 7 年定子线圈水回路堵塞造成发电机过热 振动 早期国产q f s 型发电机的主要问题有 1 加3 3 n 4 m 5 6 3 1 发电机因结构原因端部漏磁较大 在高功率因数运行时 端部发热严重 不具备进相运行能力 2 发电机端部压圈局部温度较高 由于发电机端部涡流磁场的影响造成铁芯 温度升高 夏季有时超过1 2 0 有时局部发生黄粉 影响发电机的安全运行 3 发电机转子复合管易泄漏 投产初期由于转子复合管质量差 且结构不合 理 曾多次泄漏并造成停机事故 制造厂家采用钢丝复合管进行改进后 质量有 所提高 4 发电机效率低 设计效率为9 8 6 实际运行中有时低于该值 5 同类型发电机因机组启动和振动时频繁受力发生转子拐角断裂现象 6 绝缘老化问题 谏壁电厂 7 发电机旧定子线圈委托西安交通大学进行了绝 缘性能分析 得出结论是 在发电机运行十九年后绝缘己经开始老化 2 2 1 定子线棒绝缘老化情况 定子绕组为环氧云母b 级绝缘 由于运行中定子绕组发生过短路 接地 过热 和漏水等事故 要遭受电 热 机械和环境等应力因子的联合作用 其机械性能 和介电性能逐渐变坏 电气强度降低 即所谓老化 最终导致绝缘击穿 这类事 故大约以占发电机事故总数的1 3 一旦发生这种事故 不但危及发电机本身 而 且还会使整个系统停电 造成巨大的经济损失 因此提高大型发电机绝缘 对保 证发电机的运行可靠性具有非常重要的意义n 刀n 8 1 9 1 相关研究表明 发电机运行 1 9 年后 定子绝缘 环氧粉云母b 级绝缘 的各项指标均已超标 老化程度比较严重 尤其是线棒的端部绝缘 位 为了调查定子绕组的绝缘状况 谏壁电厂与江苏省电力试验所协作 于9 7 年 1 1 月1 8 日对定子绕组进行了鉴定试验 试验按d l 4 9 2 1 9 9 6 发电机定子绕组环 氧云母绝缘老化鉴定导则 中的有关规定进行陇1 2 州2 5 i 7 江苏大学工程硕士学位论文 试验结果分析 l 该机6 个分支的局放电量如表2 2 所示 表2 2 撑7 发电机定子绕组各分支的局放电量 分支局放电量分支局放电量 h l h 4 分支 1 7 0 0 0 p ca l7 a 4 分支1 7 0 0 0 p c b 2 b 5 分支 7 0 0 0 0p c b 2 一b 5 分支 2 0 0 0 0p c c 3 c 6 分支 6 0 0 0 0p cc 3 一c 6 分支3 4 0 0 0p c 各分支局部放电量均远远超过导则1 0 0 0 0p c 的规定 引起局部放电量大的主 要原因是绝缘内部的气隙放电 2 6 个分支额定电压下的t 9 6 值如表2 3 所示 表2 3 撑7 发电机定子绕组各分支额定电压下的t 9 5 值 分支 额定电压下的t 9 8 值 分支 额定电压下的t 9 6 值 a 1 a 4 分支 5 7 a l a 4 分支 5 4 b 2 一b 5 分支 6 2 b 2 一b 57 分支6 1 c 3 c 6 分支 6 5 c 37 c 6 分支5 8 各分支t 9 8 均在导则规定的7 以下 但均大于5 额定电压下和起始游离电 压下t 9 6 的差值a t g i 值如表2 4 所示 起始游离电压按5 k v 计 表2 4 撑7 发电机定子绕组各分支的a t 9 5 值 分支 t 9 6 值 分支 蟾6 值 a 1 a 4 分支 4 0 a 1 a 4 分支3 6 b 2 一b 5 分支 4 7 b 2 一b 57 分支3 8 c 3 c 6 分支 5 4 c 3 c 6 分支 3 9 各分支 t 9 6 虽未超过导n q 口6 的标准 但所有分支的a t 9 5 均大于3 以上 因此 对该机绝缘状况必须加强监视 3 各分支的电容增加率a c 如表2 5 所示 表2 5 捍7 发电机定子绕组各分支的a c 值 分支a c 值分支a c 值 a 1 a 4 分支 5 4 8 a i a 4 分支 5 8 6 b 2 b 5 分支 9 3 8 b 2 一b 5 分支 5 1 c 3 c 6 分支 8 0 2 c 3 一c 6 分支 6 4 5 其中b 2 b 5 分支和c 3 一c 6 分支的a c 超过了导则中规定的8 标准 江苏大学工程硕士学位论文 各分支电容增加率的试验结果与局部放电量的大小相对照 可以看出基本符 合局部放电量大的分支其电容增加率亦大的规律 试验结论 根据 7 机组运行情况和鉴定试验结果认为 1 由于 7 机组定子绕组绝缘内部存在大量气隙 以致造成局部放电量很大 t 9 6 a t 9 8 以及a c 都偏高 且个别分支电容增加率很高 气隙来源有两部分原 因 一是制造工艺中控制不严 该机为7 5 年产品 质量存在一定问题 二是该机 运行1 7 年之久 绝缘已有老化现象 有关资料介绍 对3 3 台绝缘状况不同的发电机试验结果的统计 局部放电量 t 9 5 a t 9 8 以及a c 与绝缘状况的关系如如表2 6 所示 表2 6 绝缘状况不同的发电机局部放电量 t j 酶 t 9 6 以及a c 与绝缘状况的关系 绝缘状态局部放电量 p c t 9 5a t 酾 c 绝缘j e 常 1 0 0 0 5 0 0 02 5o 一22 3 绝缘不正常 1 0 0 0 0 9 0 0 0 07 83 78 1 2 而且国内曾发生局部放电量达9 6 0 0 0p c 运行中多次发生击穿 经解剖检查发 现绝缘已严重老化情况 在日本也发生过当局放量大于1 0 0 0 0 0p c 时 运行不久绝 缘就发生击穿的情况 根据上述统计规律 对比 7 机组试验结果 可以看出该机 定子绕组绝缘不正常状态 因此必须考虑更换绕组绝缘 2 7 机组改造增容后 发电机必须适应增容要求 根据目前定子绕组绝缘 状况 难以满足增容后的需要 需更换绕组绝缘 2 2 2 定子端部发热情况 1 该机组为上海电机厂早期产品 由于受工业基础和设备条件的限制 该机 组设计制造时采用在端部加装磁屏蔽 电屏蔽 非磁性压圈 并在压圈上嵌以冷 却水管通水冷却 消除端部漏磁的影响 改善了端部发热情况嘲嘲豳1 但仍存在 着明显的不足 正常运行时 端部压圈上冷却水管未能冷却的死区 温度仍在2 0 0 以上 7 机组二次发电机温升试验如下 1 华东电力试验研究院1 9 8 5 年进行过温升试验结论 定转子线圈温升与出 水温升基本上与线圈电流成正比 定子铁心温升在相同力率及频率下随着视在功 率增加而增加 额定负荷时除汽端压圈个别点 1 4 2 8 c 外升温均在5 7 c 以内 9 江苏大学工程硕士学位论文 2 江苏电力试验所于1 9 9 1 年对9 号机做过高力率试验 在功率因数0 9 8 3 时 有功功率从2 0 0 m w 升至2 4 0 2 7 0 3 0 0 m w 励侧距压圈冷却死区顺时针方向间隔5 个 槽对应的压圈内环处温度从1 0 1 2 c 升至1 0 8 1 2 4 8 1 4 6 2 c 其它各点的温度 均不高 2 撑7 发电机运行多年后已发现定子压圈与机座间 7 点到9 点位置 产生局部 过热 漆层变色脱落等缺陷 3 利用西屋公司引进并经二次开发的综合程序对o f s 一3 0 0 发电机端部磁场和 温度进行了详细计算 老的3 0 0 m w 及3 3 0 m w 发电机额定和进相运行单端损耗和温度 如表2 7 2 8 所示 表2 7 老的3 0 0 m w 发电机额定和进相运行单端损耗和温度 压圈损耗导风圈损耗端板损耗总计压圈最高温 t 况 k w k w k w k w 度 c o s g o 8 5 9 4 6 2 7 1 5 51 2 7 21 8 0 5 c o s g o 8 5 1 4 81 6 25 91 7 0 12 3 8 8 2 4 0 m 哺 c o s p o 8 5 8 6 28 43 49 81 7 0 1 表2 8 老的3 3 0 m w 发电机额定和进相运行单端损耗和温度 压圈损耗导风圈损耗端板损耗总计压圈最高温度 工况 k w k w k w k w c o s g o 8 5 1 1 5 83 1 66 61 5 42 0 8 6 c o s g o 8 5 1 7 51 9 67 o2 0 1 62 6 8 2 由表2 7 2 8 可知 如果随着汽轮机通流部分改造 发电机出力增大 未改 造情况下 发电机原端部结构在带到3 3 0 m w 时将发生过热现象 无法满足配合汽 轮机改造的需要 2 2 3 定子其他性能状况 发电机长期运行后 定子层间线棒及铁芯测温元件损坏较多 检修中无法恢 复 不能满足运行中安全监视的需要 同时由于受端部发热的限制 进相能力为 2 4 0 m w 不能满足满负荷进相的要求 l o 江苏大学工程硕士学位论文 2 2 4 转子绝缘情况乜帅们 1 发电机运行近十七年 近几年来运行中时有转子一点接地不稳定接地报警 现象出现 虽经检修中多次反复检查及寻找均未发现明显确切的故障点 直至1 9 9 6 年7 月n 9 月二次发生运行中转子一点接地报警并伴有绝缘焦味现象 而强迫停机 经检查前次为转子外滑环磁极引线过热造成脱焊 烧损小护环下绝缘筒而造成 后次为转子外滑环磁极引线软铜片在本体斜孔内断裂1 4 片 共计1 6 片 而造成 现场检修后一直运行至今 目前运行中转子仍然存在不稳定一点接地 2 原发电机转子额定电压4 8 4 v 转子的绝缘水平是按此电压等级进行设计 制造 而发电机增容改造后 转子额定励磁电压为5 2 3 v 原转子线棒的绝缘水平 将无法满足此电压下长期安全运行的需要 2 3 发电机增容改造的目标 1 改造后发电机要达到的技术参数如表2 9 所示 表2 9 改造后发电机技术参数 序号名称单位 参数 l 功率m w 3 3 0 2 定子额定电压 l 1 8 3 定子电流 a 1 2 4 5 3 4 功率冈数 0 8 5 滞后 5 空载励磁电流 a 6 3 4 6 空载励磁电压 1 5 c v 1 4 5 7 额定励磁电流 a1 9 8 0 8 额定励磁电压 5 5 c v 5 2 3 9 定子线圈直流电阻 1 5 c 0 0 0 2 1 3 1 0 转子线圈直流电阻0 5 c 0 2 2 7 l l 同步电抗 2 4 7 2 1 2 瞬变电抗 2 9 4 1 3 超瞬变电抗 1 8 o 1 4 负序电抗 2 1 9 1 5 零序电抗 9 7 1 6 短路比 0 4 3 江苏大学工程硕士学位论文 2 q f s 一3 0 0 发电机在3 0 0 m w 和3 3 0 m w t 况下 功率因数0 8 5 各主要部件的温升 温度 假定进水温度4 0 0 c 如表2 一1 0 所示 表2 1 0 二种工况下的主要部件的温升 温度情况 磁 3 0 0 m w3 3 0 m w 允许值 部件 定子铁芯温升 k 5 1 5 58 0 定子线圈出水温度 o c 6 0 6 48 5 转f 线圈出水温度 o c 6 8 7 28 5 3 q f s 3 0 0 发电机在带到3 3 0 m 1 j 时定子铁芯温升 定子线圈出水温度和转子线 圈出水温度在允许范围内 4 在3 3 0 m w 发电机主要参数符合国家标准 但励磁电压 5 5 0 c c o s t p 0 8 5 为 5 2 3v 而原励磁系统大部分部件的电气额定参数均为5 0 0 v 根据现在实际运行情 况 一般为高功率因素 建议改造后铭牌为3 0 0 m w 0 8 5 3 3 0 m w 0 9 励磁电压 不超过5 0 0 v 5 满足3 3 0 m w 额定和进相运行 同时在3 3 0 m w 时发电机总损耗约减少2 0 0 k w 出力3 3 0 m w 时效率计算值从9 8 6 0 提高n 9 8 6 5 江苏大学工程硕士学位论文 第3 章增容改造电气主设备性能分析及改造方案研究 本章针对 7 发电机由于增容改造 定子电流 励磁电压等相关电气参数发生改 变 发电机系统相关的主变压器 灭磁开关 整流柜 出线隔离开关等设备能否满足 发电机增容改造后的参数要求 存在的问题进行分析研究 并提出改造方案 3 1 7 发电机系统相关电气主设备性能主要参数 7 主变1 8 k v 侧额定电流1 1 5 4 7 a 厂高变1 8 k v 侧电流6 4 1 5 2 1 2 8 3 a 一台机组二台厂高变 发电机出线隔离开关额定电流 1 3 0 0 0 a 机组灭磁开关额定电压 1 0 0 0 v 机组灭磁开关额定电流 3 0 0 0 a 机组整流柜 5 台 型号 g l f 7 3 0 5 0 0 额定输入电压 3 8 0 v 额定输入电流 6 0 0 a 强励电压 1 0 0 0 v 强励电流 9 5 0 a 强励时间 2 0 s 额定输出电流 7 3 0 a 额定输出电压 5 0 0 v 3 2发电机增容改造对相关电气主设备运行状况的影响分析 3 2 1 主变的运行状况 7 发电机增容改造后功率因素为0 8 5 l 时定子电流如表3 一l 所示 表3 1 7 发电机增容改造后功率因素为0 8 5 一l 时定子电流 有功功率 i v a 3 2 0 功率阏素 0 8 5o 9o 9 1o 9 8l 定子电流 a 1 2 0 7 61 1 4 0 41 1 2 7 81 0 4 7 31 0 2 6 4 江苏大学工程硕士学位论文 1 由上表可知 发电机有功功率3 2 0 m w 时功率因素在0 9 以上时 定子电流 均小于主变额定电流1 1 5 4 7 a 所以机组可切去厂高变二台运行 2 在 0 5 公用变设计时曾对负荷作过调 原撑7 厂高变所带负荷总容量约 3 3 0 0 0 k v a 运行时实际负荷约2 1 2 0 0 k v a 约7 0 0 8 0 0 a 所以若发电机带有功功 率3 2 0 m w 功率因素在o 8 5 时 发电机额定电流1 2 0 7 6 a 大于主变额定电流11 5 4 7 a 因此此时发电机不可切去厂高变运行 否则 会造成主变过载 3 上海汽轮发电机有限公司给我厂的技术数据表明 发电机最大出力 3 3 0 m w 功率因素必须在0 8 5 滞后 这时发电机电流达1 2 4 5 0 a 二台厂高变如 带8 0 左右负荷时 主变一次侧电流达1 2 4 5 0 1 2 8 3 0 8 1 1 4 2 3 6 a 将达到主变额 定电流 如厂高变带小于8 0 负荷 主变一次侧电流将超过额定电流 比较稳妥 的是功率因素在0 9 左右 这与制造厂给出的数据有差别 为此建议利用此次定子 增容改造机会是否增加一点温度测点做一次发电机运行在3 3 0 m w 功率因素在0 9 左右的端部及其他地方发热试验 3 2 2 发电机出口刀闸的运行状况 定子增容后 发电机输出的最大电流虽然未超过出口闸刀的额定电流1 3 0 0 0 a 但运行电流已上升 接近额定值 所以此次大修时要加强刀闸动静导电部分检查 保证接触可靠 3 2 3 灭磁开关 整流柜的运行状况 发电机满载时励磁电流1 9 4 0 a 励磁电压4 9 7 v 发电机最大出力3 3 0 m w 功率因 素0 8 5 时 励磁电流1 9 9 0 a 励磁电压5 1 0 a 均小于灭磁开关的额定值 1 0 0 0 v 3 0 0 0 a 因此灭磁开关能满足正常运行 整流柜为g l f 7 3 0 5 0 0 5 台 其输出总电流为3 6 5 0 a 能满足要求 但发电机 所需的最大励磁电压5 1 2 v 已超过整流柜的额定电压 将对其绝缘及相连的阻容保 护等设备造成危害 因此在此次发电机增容改造中应进行考虑解决 3 2 4 发电机冷却器的运行状况 1 损耗计算 发电机增容前运行在3 0 0 圳 时 效率为9 8 6 1 9 6 发电机损耗 孝 p r l p 3 0 0 0 0 0 0 9 8 6 1 3 0 0 0 0 0 4 2 2 8 7 8 k w 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 发电机增容后运行在3 2 0 m w 时 效率为9 8 7 2 发电机损耗 孝 p r l p 3 0 0 0 0 0 0 9 8 7 2 3 0 0 0 0 0 4 1 4 9 1 k w 增容改造前后的损耗差 a p 孝一手 4 2 2 8 7 8 4 1 4 9 1 7 9 6 8 k w 因此发电机增容改造后由于效率提高 发电机的总损耗下降t 7 9 6 8k w 2 上海汽轮发电机有限公司在运行中3 3 0 m w 发电机做过的性能试验 发电机8 台冷却器带走的热量折算到功率为1 5 0 0 k w 左右 现8 台冷却器的总散热能力为 2 4 0 0 k w 由于冷却器长期运行结垢等原因 散热能力下降 但现有2 4 0 0 一1 5 0 0 9 0 0 k w 的余量 3 发电机增容为3 2 0 m w 后 定子电流增加 增加的损耗略为3 7 7 k w 这部分损 耗主要由定子内冷水带走 而通过热量传递 辐射需冷却器带走的热量仅为很少 一部份 4 上海汽轮发电机厂q f s 3 0 0 2 型汽轮发电机端部加装铜屏蔽前后的端部损 耗估算如表3 2 所示 表3 2q f s 3 0 0 2 型汽轮发电机端部加装铜屏蔽前后的端部损耗估算 单位 千瓦 运行工况铜屏蔽损耗压圈损耗导风圈损耗端板损耗 总损耗 3 0 0 m w u i8 k v 无铜屏蔽 1 0 83 4 71 21 4 4 q f s 3 0 0 2 c o s q 0 o 8 5 型未加铜屏 3 2 0 m 彬 蔽 u 1 8 k v 无铜屏蔽 1 1 7 73 8 8 91 3 5 91 5 8 c o s g o 8 5 3 0 0 m w u 1 8 k v 2 2 10 9o 3 82 6 2 6 c o s p o 8 5 q f s 3 0 0 2 3 2 0 m w u 1 8 k v 2 4 5o 9 8o 3 82 92 9 型加铜屏蔽 c o s q o 8 5 3 0 0 m w u 1 8 k v 4 0 31 10 3 83 44 6 c o s q o 9 5 由上表可见 如果此次发电机增容改造中将铝屏蔽改为铜屏蔽 同样在3 0 0 m w 负荷下 端部总损耗降低1 4 4 2 6 1 1 8 k w 同样在3 2 0 m w 负荷下 端部总损耗 江苏大学工程硕士学位论文 降低1 5 8 2 9 l1 9 k w 即改造后总的端部损耗降低 5 定子增容3 2 0 m w 后 在c o s q 0 8 5 下转子满载电流由18 4 4 a 变为1 9 4 0 a 因 发电机增容改造转子绕组铜线不换 即转子直流电阻不变 改造前后均为0 2 2 5 1 q 转子电阻损耗增加值为 1 9 4 0 x1 9 4 0 1 8 4 4 x1 8 4 4 0 2 2 5 1 8 0 k w 如功率因 素在0 8 5 以上 转子电阻损耗将大大下降 这部分损耗主要由转子内冷水带走 上 海汽轮发电机有限公司在一台运行中3 3 0 m w 发电机性能试验数据 发电机总损耗 4 3 4 5 k w 定子线圈内冷水带走1 2 5 8k w 转子线圈内冷水带走1 0 0 4k w 所以定转子 内冷水带走损耗转化的热量一半以上 根据以上几方面的分析可知 定子增容为3 2 0 k w 以后 如果冷却器不换 定 转子出水温度略有升高 发电机风温不会升高 所以 冷却器不换可保证机组安 全运行 3 2 5 发电机的机械强度 发电机的机械强度 主要是按能承受定子突然短路及转子运行中可能的超速 考虑的 因为发电机进行增容改造后定子电压及阻抗 绝对值 不变 因此发电 机突然短路力矩的绝对值不变 另外 改造前后转子的超速保护整定值不变 因 此 发电机改造前后的机械强度基本相同 在3 3 0 m w 情况下完全能正常运行 3 3 7 发电机增容改造采取的技术措施 3 3 1 定子部分 3 3 1 1 针对线棒的技术措施 定子部分线棒主要采取以下技术措施 1 更换全部上 下层定子线棒 并参 照引进技术同级电压绝缘厚度改变铜线线规 使铜线截面积增大 降低定子铜耗 进一步提高发电机效率 2 定子线棒用的空心铜线进厂后逐根做涡流探伤 并提 供探伤报告 实心铜线需提供铜线厂的探伤报告复印件及进厂后的抽检报告 3 线棒主绝缘从原b 级5 4 3 8 1 多胶粉云母带改为f 级特5 4 4 0 1 桐马环氧粉云母带 材料制造 实心铜线从原二根一换位改为一根一换位 4 线棒绝缘包扎采用进口 的六轴连动数控包带机 使直线和端部绝缘连续不断地机包 进一步提高线棒的 绝缘质量 5 槽部换位绝缘用浸漆的适性材料加强绝缘及粘结 有效防止换位处 的股间短路 6 定子线棒处防晕结构根据新加铜屏蔽后的结构重新设计 防止线 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 棒端部对金属结构件跳电 3 3 1 2 对减少端部发热采取的技术措施 拆除压圈外第二道磁屏和铝板制成的电屏 在原定子铁芯端部压圈外加装铜 屏蔽 铜屏和压圈接触面镀银 在铜屏蔽内圆损耗密度较高处用空心铜管与铜屏 蔽焊接后通水以加强冷却 采用铜屏蔽后 端部漏磁通将被铜屏蔽上所感应的涡 流阻挡 而使进入压圈的漏磁通大大减少 响应压圈的感应涡流和损耗也将大大 降低 使端区损耗主要集中在铜屏蔽上 而高电导率的铜屏蔽上损耗比原结构压 圈中的损耗要小得多 同时在发电机机座两端内壁 汇水母管外侧 加装整体式 磁屏蔽 以减少端部加铜屏蔽后的局部漏磁和发热 磁屏蔽要求采取有效措施防 止硅钢片片间短路 并提供测试手段 另外鉴于q f s 3 0 0 2 型双水内冷3 0 万千瓦 汽轮发电机的导风圈距离定子线棒端部较近 上面的涡流损耗较大 采用玻璃钢 材料替代原来的铸铝导风圈 将使端部附加损耗降低 采用以上3 种技术措施后 彻底解决压圈发热问题 降低定子铁芯端部温度 由于发热量的降低 在3 3 0 m w 时发电机总损耗约减少2 0 0 k w 出力3 3 0 m w 时效率计算值从9 8 6 0 提高到 9 8 6 5 进相能力由原来的2 4 0 m w 提高到3 3 0 m w 3 3 1 3 对定子线棒固定采取的技术措施 采用进口弹性波纹板垫在槽楔