QF-150-2型汽轮发电机组产品资料.doc

QF-150-2型空冷150MW汽轮发电机2006-12-28 10:13:00 哈电自主开发设计的首台QF-150-2型空冷150MW汽轮发电机，于2003年3月1日在山东滕州电厂投入运行，历经一年多的运行考核，其各项技术指标均达到或优于国家有关标准要求，完全符合设计要求，受到用户好评。该型发电机在设计过程中运用了许多先进技术并采用了许多新结构，是当前国内具有较高技术水平的大容量空冷汽轮发电机。该产品在设计开发过程中，充分权衡技术的先进性与现有工艺装备水平的约束、创新与成熟的传统结构与工艺的结合，力求先进与可靠并重、进步与节约兼得。优秀的方案及结构大大减少了新工艺装备的需求，既节约了投资、又赢得了宝贵的时间，使科研、工装准备及生产周期大为缩短。1 发电机主要数据1.1 基本数据型 号 QF-150-2视在功率 176471 kVA有功功率 15000 kW定子绕组联接方式 YY额定电压 13.8 kV 额定电流 7383 A额定转速 3000 r/min额定功率因数（滞后） 0.85额定频率 50 Hz相数 3绝缘等级 F级（温升按B级考核）冷却方式 密闭循环空气冷却，其中转子绕组为空内冷、定子绕组及铁心为表面冷却励磁方式 由机端变压器经静止可控硅整流装置励磁额定励磁电压 269 V额定励磁电流 1686 A1.2 主要部件尺寸及重量发电机总长 9150 mm发电机中心高 920 mm定子机座长度 3726 mm定子机座宽度 3600 mm定子重 127 t转子重 38.2 t发电机总重 200 t1.3 发电机在额定工况下的主要性能参数直轴同步电抗Xd 198.5 %直轴瞬变电抗不饱和值Xd 34.69 %直轴超瞬变电抗饱和值Xd 28.28 %发电机转子临界转速 一阶(hor. /ver.): 1086/1364 r/min二阶(hor. /ver.): 2408/3539 r/min发电机转子飞轮转矩 20 t.m2发电机的惯性常数 0.9 kw.sec/kva效率 98.7 %短路比 0.52定子电压波形畸变率 1%电话谐波系数 0.2 %1.4 运行特性进相运行能力 功率因数超前0.95，可带100%负荷长期连续运行失磁运行能力 带50%负荷运行30min负序承载能力 I2 /IN 8%(I2)2t 10s调峰能力 允许40100%负荷变动及两班制起停运行2 发电机主要结构特点本型发电机整体设计紧凑，温升、效率性能指标优良，结构简单，运行安全可靠。能满足最大连续出力要求及停一组冷却器发电机能保证带80%负荷要求。150MW发电机总长为9150mm，减小厂房占用长度，节省基建投资。结构见图1。根据哈电现有整浸设备，为了满足下完线后整个定子整浸需要，将发电机定子机座设计成内外分离结构。并在定子机座与内定子（铁心）之间装设弹簧板隔振结构，减小机组运行时基础的振动，降低机组噪音（见图2）。外机座为上下分瓣结构。内定子采用铁心外叠装，下完线后内定子进行VPI（真空压力浸渍）整浸。整浸是空冷机区别氢冷机一个显著特点。不仅可以保证线棒绝缘性能，而且使线棒和槽壁没有间隙，提高传热性能，有利于定子线棒冷却，同时防止铁心槽楔和线圈松驰，消除铁心和线圈之间的振动磨损。在生产制造中，内外定子可平行作业，缩短加工制造周期。定子铁心沿轴向采用高强度绝缘穿心螺杆压紧，减小端部压板尺寸和损耗，更好压紧铁心齿部。端部在空冷机设计中首次采用磁屏蔽结构，大大减弱端部漏磁场，与电屏蔽方式相比，其杂散损耗降低40%（见图3），解决了端部发热问题。转子线圈分成四半、直角结构。直线部分为冷拉含银铜线，端部为软态含银铜线。转子线圈在线圈车间将各号线圈焊成整圈，下线时完成整形。减少了下线时的工作量，90%焊接工作量在转子线圈制造时完成，不仅缩短了转子加工制造周期，而且减少了铜屑掉入线圈里的机会，有利于防止匝间短路，提高产品质量。转子在大齿上装设有阻尼绕组，较大提高发电机承受负序能力。发电机转轴具有良好的刚性，启动升速不经过2阶临界转速。发电机底部配置空气冷却器，有宽敞且便于维护的冷却器空间，且有利于杜绝意外的漏水对发电机的危害。4 主要设计特点4.1冷却系统优化整个发电机采用密闭空气自通风单路循环冷却方式（见图4）。整个风路共分三路，一路是从转子副槽和转子端部进风，沿径向从转子表面出风；一路从定转子气隙进风，沿铁心径向通风道出风；一路直接冷却定子绕组端部。定子铁心和绕组采用表面空气冷却。定子线棒设计高而窄，减薄主绝缘。下完线后整个定子进行VPI整浸，提高定子线棒散热系数。定子铁心段为不均匀分布，使风量按温度热点进行合理分配，保证定子整体温升分布均匀。转子绕组由空气直接冷却。转子铜排沿轴向冲有径向通风孔，转子槽采用了半梯形槽加副槽结构。半梯形槽有利于容纳更多的转子导体，有效降低损耗和温升。精心设计副槽槽底斜率、槽楔上出风孔大小和节距，使转子绕组温度沿轴向分布更趋于均匀。（见图5）。转子绕组端部通风采用HEC成熟的两路通风结构，有效地降低端部线圈温升。研究表明，双路通风路径短，风速高，其表面散热系数也高。同时较多的风量带走较短线匝的损耗，使端部线圈温升较低。定子采用单路通风系统，铁心段不等节距，中间薄两边厚。与多路通风系统相比，同样的风量风扇压头降低25%以上，相对冷却效果好。单路、副槽与多路、轴向冷却系统比较（同为压风式通风）如下： 单路+转子副槽冷却系统多路+转子轴向冷却系统风路特点冷风一次拐弯，铁心通风道并联通风，风路短，风阻小，冷热风温差较小，需要风扇功率较小冷风拐弯二次，铁心通风道串联通风，风路长，风阻大。冷热风温差较大，需要风扇功率较大 4.2 高水平的绝缘系统定、转子绝缘全部采用“F”级绝缘，提高了绝缘可靠性并将主绝缘厚度减薄一个等级及辅以定子整浸，显著改善了定子绕组散热性能，控制了定子绕组温升。 定子绕组转子绕组提高定子绝缘导热性能采用先进的薄绝缘系统VPI真空整浸技术。端部线棒的固定采用涤玻绳与径向支架和多道绑环绑扎结构，整浸后整体性好。槽衬采用环氧玻璃NOMEX复合模压绝缘，匝间采用NOMEX纸提高了机械性能和介电强度防止电晕和放电槽内和端部防晕系统在空气状态下开发18kV等级防晕体系，并运行多年；控制手包绝缘质量。 4.2.1定子线棒高可靠性通过计算机数值分析改善线棒角部场强，优化线棒结构。定子线棒采用不完全换位，有效减少内部涡流损耗。定子上、下层异截面线棒，使同槽线棒温度均匀，降低绝缘热应力。定子线棒主绝缘厚度3.5mm(单边)，可以实现击穿电压超过100kV（13.8kV等级）。3.5mm线棒击穿试验的对比 优化线棒（kV） 1#1401122#1381123#138 4#135 平均137.5112 快速电老化试验的对比（场强35kV/3.5mm） 优化线棒（h）普通线棒（h）1#10316582#15557163#13737434#2009801中值寿命1555743试验证明：定子线棒介电贮备系数10；电老化寿命提高1倍以上，可以满足发电机长期运行要求。HEC在应用该结构定子线棒绝缘失效率为0。4.3 高效率设计通过采取优化通风系统，提高进出风温升，控制总风量，降低通风损耗；采用较小直径光滑转子，降低风摩损耗；定子绕组采用不完全换位，以降低环流；适当增大气隙，降低附加损耗等措施，降低损耗，提高效率。 在设计中气隙较常规加大约15%，谐波损耗降低20%-25%。齿头加高30%，降低上层线棒热点温度（见图6），增大超瞬变电抗，同时方便装抽转子作业。虽然励磁电流增加会带来损耗增加，但综合结果却使发电机效率提高0.05%-0.08%。且发电机体积并没有因此而增大。效率比较型 号QFS-125-2QF-60-2QF-100-2QF-150-2QFN-125-2冷却方式双水内冷空内冷空内冷空内冷氢内冷发电机效率(%)98.3598.3(实测98.4)98.56(实测98.66)98.7098.72 4.4 新材料和新技术应用大量采用了优质材料，如转轴采用高强度等级和高抗疲劳的25Cr2Ni4MnV整体锻件；护环采用高强度、防腐蚀裂纹的Mn18Cr18N优质合金锻钢；低损耗的无取向硅钢片H10；冷拉成型的高屈服限、抗蠕变转子0.1%含银铜排，适用于频繁起停和调峰运行。4.5 运行维护简单动、静配合面采用高压气封的全封闭式冷却，防止油污和灰尘进入，保证电机安全可靠运行。发电机维护措施序 号措施名称特 点1低损耗集电环，组合式刷盒碳刷插拔式在线更换,安全方便2配置自动加热器防止停机期间电机受潮3动、静配合面采用高压气封的全封闭式冷却防止油污和灰尘进入4补风处配置空气净化器以杜绝灰尘侵入防止灰尘进入5VPI整浸，无铁心、线圈和槽楔的松弛和磨损定子几乎免维护 5 性能试验厂内性能试验测试值： 测试值设计值标准值（GB/T7064-2002）定子电阻（75）（）0.0011370.00111 转子电阻（75）（）0.13640.1327 空载励磁电流（A） 560.5 短路励磁电流（A） 1114 额定励磁电流（A） 1687.6 短路比 0.5030.5机械损耗（kw）804.5803 铁耗（kw）290.4218 定子基本铜耗（kw） 162 附加损耗（kw） 255.35 励磁损耗（kw） 375.65 碳刷损耗（kw） 20 总损耗（kw） 效率（%） 98.798.5%轴振动（m）4.8 75m定子绕组温升() 61.780K(按RTD)定子铁心温升() 39.8680K(按RTD)转子绕组温升() 35.675K（按电阻法）轴瓦温度() 50K(按RTD)集电环温度() 80K波形畸变率(%)0.01% 5%电话谐波因数(%)0.638% 1%同步电抗196203 瞬变电抗(%) 24.14 超瞬变电抗(%) 21.78 负序电抗(%) 20.67 零序电抗(%) 9.64 6 结论QF-150-2型空冷汽轮发电机充分利用了哈电技术储备和技术进步，吸收大量的国内外的先进技术。在经过大量的科学计算和科研试验基础上，选择合理的电磁方案，在结构设计上进行大胆技术创新，使该产品开发研制获得十分成功。经过全面性能试验，各项技术指标均达到并优于国家标准要求。本型发电机具有良好性能。能够满足发电机进相、负序、调峰等要求。发电机效率优于国家标准。因其在安装、启停、运行和维护方面简单易行，必将会有更广阔的市场前景。经济和社会效益分析哈电为山东滕州新源热电有限公司制造的2台150MW空冷汽轮发电机，自2003年3月1日、2003年11月20日投入运行至今，两台机累计发电16060小时，运行稳定可靠，各项技术参数达到国家标准，满足用户需要。经济效益：滕州电站两台150MW空冷汽轮发电机产值2200万元，销售收入1822万元，成本2016万元，利润-194万元。虽然公司获得的利润为负值，却拥有了150MW空冷汽轮发电机的制造业绩。此后相继完成了135MW以上23台空冷汽轮发电机的制造，销售总收入52463万元，共获利润5639万元。详见下表：经济与社会效益情况一览表 单位： 万元（现价）项目总投资1590投产时间2003年3月 年 份指 标投产当年投产第二年投产第三年合 计生 产 量4台7台12台23台新增产值9215161272764652988销售收入9124159672737252463新增利润9811716