沙角A 电厂国产200 MW 发电机一变压器组的增容改造.pdf

第 1 8 卷 第 3 期 2 0 0 5年 3月 广 东 电 力 GUANGD0NG ELEC TRI C P OW ER Vo 1 ． 1 8 No． 3 M a r 2 0 0 5 文章编号 1 0 0 7 - 2 9 0 X 2 0 0 5 0 3 0 0 4 6 0 4 沙角 A 电厂 国产 2 0 0 MW 发 电机 一变压器组的 增 容 改造 林史峰 沙角 A 电厂 ，广东 东莞 5 2 3 9 0 8 摘要 为适应 国产三缸 三排汽 2 0 0 MW 汽轮发电机组全面技 术改造的需要 ，广东省沙角 A电厂分别于 2 0 0 0年 和 2 0 0 2 年对一期 3台 2 0 0 Mw 机组 中的 2号和 3 号汽轮机进行 了三缸通流 改造，同时对原发 电机 变压器组也 进行 了改造 ，使机组增容至 2 2 0 Mw。为此 ，对其发 电机 一变压器组增容的情况进行 了评估分析 ，并对相关设备 进行 了改造。实际运行表 明改造后发 电机 一变压器组各项指标均在运行规程规 定范围内。 关键词 发 电机 一变压 器组；2 0 0 MW 机组；增容 改造 中图分类号 TM3 1 0 ． 3 文献标识码 B Ca p a c i t y i n c r e a s i n g t r a n s f o r ma t i o n o f 2 0 0 M W Ch i n e s e - ma d e g e n e r a t o r - t r a n s f o r me r u n i t s i n S h a j i a o A P o we r P l a n t LI N S hi - f e n g S h a j i a o A P o w e r P l a n t ，D o n g g u a n ，Gu a n g d o n g 5 2 3 9 0 8 ，C h i n a Ab s t r a c t To me e t t h e n e e d s of o v e r a l l t e c h n i c a l r e c on s t r u c t i o n o n Ch i n e s e - ma d e 2 0 0 M W t h r e e - c y l i n d e r t r i p l e f l o w t u r b o u n i t s ，Un i t 2 a n d Un i t 3 s t e a m t u r b i n e s i n t h e f i r s t p h a s e p r o j e c t o f S h a j i a o A P o w e r P l a n t u n d e r w e n t t h r e e - c y l i n d e r t h r o u g h f l o w t r a n s f o r ma t i o n i n 2 0 0 0 a n d 2 0 0 2 r e s p e c t i v e l y ． Th e g e n e r a t o r t r a n s f or me r u n i t s we r e a l s o r e c on s t r u c t e d S O a s t o r a i s e t h e c a p a c i t y o f t h e u n i t s t o 2 2 0 MW ． Ev a l u a t i o n a n a l y s i s wa s ma d e i n t h i s r e g a r d a n d r e l e v a nt e q u i p me nt s t r a n s f o r me d ． Op e r a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t a l l i n d i c e s o f t h e t r a n s f o r me d g e n e r a t o r - t r a n s f o r me r u ni t s s a t i s f y t h e c o r r e s p on d i n g o pe r a t i o n c o d e ． Ke y wo r d s g e n e r a t o r - t r a n s f o r me r u n i t ；2 0 0 M W u ni t ；c a p a c i t y i n c r e a s i n g t r a n s f o r ma t i o n 广东省沙角 A 电厂一期 3台 2 0 0 MW 机组均 为哈尔滨三大动力厂 2 0世纪 8 0年代制造的机组 ， 分别于 1 9 8 7年至 1 9 8 9年相继投入商业运行 。发电 机为水氢氢冷却方式 ，汽轮机为设计技术 落后 的 5 5型机组。为适应国产三缸三排汽 2 0 0 Mw 汽轮 发电机组全面技术改造的需要 ，分别于 2 0 0 0年和 2 0 0 2年期间对 2号和 3号汽轮机进行三缸通流改 造，使汽轮机组达到降低损耗，提高调峰适应能力 的 目的。同时对原发电机 一 变压器组进行适当的改 造，使机 组 增 容 至 2 2 0 MW，具 有 良好 的经 济 效益 。 收稿 日期2 0 0 4 ． 0 8 ． 2 4 1 发电机增容评估及改造 1 ． 1 增容后发电机损耗分析 哈尔滨 电机厂制造的 QF S N ． 2 0 0 ． 2发 电机 出 力从 2 0 0 Mw 增至 2 2 0 Mw 后，在功率 因数、出 口电压 、频率、运行氢压不变的情况下主要额定参 数变化如表 1 。 发电机增容后 ，由于定、转子本身结构未有改 变，气隙合成磁密变化不大，故铁心损耗基本不 变，因此发电机损耗中主要是绕组的铜耗增加，其 它损耗基本保持不变。经测试 ，定子线圈每相直流 电阻 R ≈2 ． 4 91 0 Q，转子绕组直流电阻 R。 ≈ 0 ． 2 1 9 4 Q R 、尺z 已换算至 B级绝缘的基准工作 维普资讯 第 3 期 林史峰 沙角 A电厂国产 2 0 0 MW 发电机变压器组的增容改造 温度 7 5℃ ，所 以定 、转子绕组铜耗增 加量分别 为 △尸1 9 4 8 8 一8 6 2 5 A2 2 ． 4 91 0 n3 1 1 6 ． 8 k W ； AP， 1 8 8 4 一 1 7 6 5 A2 ． 2 1 9 4 Q9 5 ． 3 k W。即发 电机 的 总损耗 约增 加 2 1 2 ． 1 k W ，约增 加 7 ． 1 ％。 1 ． 2 增容后发电机温升分析 根据厂家计算 ，2 2 0 Mw 发电机定子上层线棒 损耗约为 7 ． 6 k W ，发电机定子绕组的冷却水量按 3 0 t ／ h计算 ，则定子每根线棒的水量 q 3 0 0 0 0 k g 3 6 0 0 s 1 0 8 0 ． 0 7 7 k g／ s ，因此线棒出水温 升是 7 ． 6 k W [ 4 ． 21 0 J ／ k gK ． 0 7 7 k g ／ s ] 2 3 ． 5 K 其 中，4 ． 21 0 。 J ／ k g K 代表水的 质量热容 ，考虑到线棒实心股线和水之间温差约 为3 ～5 K，同层线棒的不均匀温升系数为 1 ． 2 ，估 计线棒最高铜温升达到 3 3 ． 2 K，按定子线棒进水 水温为 5 0℃计算 ，绕组铜线 的最 高温度 不超过 8 3 ． 2℃。按照原国家标准 GB ／ T 7 o 6 4 --1 9 9 6 透 平型同步电机技术要求 ，温升还有较大裕度 ，满 足增容要求。 1 ． 3 发电机定子部分改造 1 ． 3 ． 1 更换新型的氢气冷却器 沙角 A电厂 2 0 0 MW 汽轮发电机原设计有 4 个绕簧式氢气冷却器 ，布置于定子的 4个角上 ，其 换热裕度只有 6 ％，因此满足不 了增容至 2 2 0 Mw 的要求 ，必须全部更换为新型冷却器。新型冷却器 具有如下的特点 a 新冷却器 型号 Q L 3 5 6 ． 2 0 0 采用穿片式 ， 带出损耗 6 7 5 k w 氢压 0 ． 3 MP a ，比原绕簧式冷 却器 型号 QR I 1 4 9 ． 5 - 3 0 5 2 的换热容量 5 0 0 k W 高出 3 5 ％，当进水温度为 3 3℃、冷却气体出口温 度为 4 0℃的技术参数条件下能满足增容的要求 ； b 翅片采用 T 2材料 ，铜管采用 B f e l 0 ． 1 ． 1 硬 紫铜管替代 H6 8黄铜管 ，适用于近海江湖水，而 且传热效果更佳 ； c 冷却器木支架改为钢板整片套穿 ，既改善 了通风散热条件 ，又增加了散热面积； d 新型冷却器的安装尺寸与原绕簧式冷却器 相同，可以互换。 1 ． 3 ． 2 加装冷热风区气隙隔板 增容后 ，发电机转子温升相对提高，为克服这 一 缺点 ，在定子铁心内圆冷热风区之间加装径向气 隙隔板 见图 1 ，以减少冷热风气流的混合 ，确保 转子具有较低的进风温度 ，强迫气隙处冷却气体流 经转子，提高转子冷却风量。同时也减少端部气隙 气流对内部风区的干扰 ，从而可确保转子温升分布 的均匀性和定子风量分布的合理性 。经制造厂的多 次试验表明加装气隙隔板可使转子温升下降 1 K左右，转子温升不均匀系数下降 0 ． 0 5 左右。 图 1 发 电机风区隔板示意 图 组 1 ． 3 ． 3 定子线圈端部 固定结构改进 增容后 ，端部电动力增加 2 1 ％，因此应特别 注意绕组鼻端径向电动力问题 。沙角 A电厂 2号、 3号发电机分别是 1 9 8 7年 6月和 1 9 8 8年 1 1月出 厂的产品，发电机端部均采用 2 7块窄压板的压板 式固定结构。1 9 9 3年 2号机组大修期间已对端部 进行加固改造，具体措施是将 2 7块窄压板改为宽 压板 ，相邻压板之 间加装切向支撑块 俗称 “ 小扁 担” ，并加绑 夺 5 mm 涤沦玻璃丝绳；水电接头绝 维普资讯 广东电 力 第 1 8卷 缘盒全部更换为盒缝在背风面的新型绝缘盒 ，并加 装两道 夺 2 mm涤沦玻璃丝绳 ；槽 口垫块更换为新 型的三块式契形垫块。 3 号机组在 2 0 ／ 2年 4月大修期间，结合现场 重压铁心、更换全套线棒的工作采用了新设计的端 部固定结构，特殊的加固措施是在线棒与上层压板 及下部支架间加垫一层氟橡胶板，起阻尼作用，以 降低端部固有振动频率，避开电磁共振区域。 1 ． 4 发电机转子结构的评估 发电机转子原设计是沿轴向划分成 9个冷却风 区，4 进 5出，与定子进 出风区一一对应；转子线 圈在槽内部分为中间铣孔 ，构成斜流式气隙取气的 氢气通道 ；端部采用一路半通风结构 ，能解决大号 线圈风路过长末端温升偏高的问题 ；转子线圈采用 含银铜铜线冷拉成型，抗蠕变能力强；匝间和槽绝 缘均采用高强度的 B级绝缘 ，最高允许温度为 1 3 ℃ ；轴和联轴器均采用高机械强度的合金钢，能满 足增容后发电机扭振时的强度要求 。因此 ，转子结 构能满足增容需要 ，不需改造 。 2 发电机励磁系统 的评估 2 ． 1 主励磁机的评估及改造 原 主励 磁机 型号 为 J L ． 1 1 5 1． 4 ，设 计容 量为 1 0 5 8 k W，额定电压 4 1 5 V 2 0 0 MW 、额定电流 1 6 0 0 A，因此 主励磁机 的储备系数 K [ 1 o 5 8 ／ 4 1 5 1 ． 6 ] 1 1 ． 2 6 2 ，设计容量裕度较大，满足 发电机增容 1 】 ％的要求。 原主 励 磁 机 的 空 气冷 却 器 为绕 簧 式 型号 KL Q 5 2 ／ 8 - 1 2 0 0 ，背包式放 置，每一风 路上 只有 一 个冷却器 ，不能满足 “ 停运一个冷却器，仍能保 证额定出力的要求” ，因此冷却器需改为一组两个 冷却器 型号 O 2 A 7 8 4 1 ，共两组。冷却器水管及水 箱材质选用 B f e l O - 1 - 1 和 Q2 3 5 A，翅片选用 T 2材 料。新型的一组冷却器与原冷却器具有互换性 。 2 ． 2 副励磁机评估 原副励磁机型号为 T F Y ． 4 6 ． 5 0 0 ，设计容量为 4 0 k W、额定 电压为 1 6 1 V、额定 电流为 1 6 5 A， 其储备系数 K 1 ． 2 2 7 ，显然设计容量裕度能满足 发电机增容 1 【 ％的要求。副励磁机是 5 0 0 Hz的稀 土钴永磁体 ，具有外特性硬、技术参数好 、可靠性 高等特点 ，因此副励磁机不需改造。 2 ． 3 其它设备的评估 发电机励磁系统原设计采用哈尔滨电机厂配套 的 K GT ． 2 D型励磁系统 ，其整流装置额定输出电 流为 2 A，电压 为 1 0 0 0 V，灭磁开关 采用 D M ． 2 5 0 0型 自动灭磁开关 ，长期允许分断能力为 直流电压 5 0 0 V，电流 2 5 0 0 A，可 以满足增 容 要求。 由于早期的转子放电器过 电压保护性能不可 靠 ，一旦发生过电压就极易烧损 ，对发电机转子回 路造成事故隐患 ，因此在 1 9 9 5年沙角 A电厂加装 了中国科学院等离子体物理研究所的 MB 1 1 ． 1 ． 0型 发电机灭磁、过电压保护柜 ，利用高能氧化锌压敏 电阻进行恒压和吸收能量。原配套的励磁调节器调 整功能不全 ，运行近 1 0年后 又出现元件老化，不 能满足 目前系统对无功调节及稳定的要求，因此沙 角 A电厂在 1 9 9 6年 和 1 9 9 8年机组第 三次大修期 间已更换为 GE C 一 1 A型全数字式微机励磁调节装 置，提高了电压调节精度并改善了系统振荡时无功 调节能力 ，为发电机的增容创造了有利条件 。 另外 。原励磁系统设计有两个整流硅屏 ，单屏 运行时只能维持 1 ． 1 倍额定励磁电流，不能满足发 电机 2 倍的强励要求。并且采用带水冷却器的风冷 系统，屏内顶部水箱一旦出现漏水，易造成短路事 故。又因整流器件老化而性能变差、发热严重，屏 内通风散热不 良，如关闭柜门运行，时常出现屏内 风温过高 ，威胁晶闸管的安全运行 尤其在夏天 ， 故运行中必须打开柜门通风散热 ，但也带来许多不 安全因素。因此沙角 A 电厂在 2 年和 2 0 0 2年 机组大修期间 ，将硅屏更换为清华同方股份公司的 Z OL F - 2 0 0 0 A／ 1 J V整流硅屏 ，取消冷却水系统， 单靠纯风冷就可以关 闭柜门安全运行 ，效果 良好， 而且能够满足单柜运行时具有 2 倍强励的要求。 3 主变压器的评估及改造 3 ． 1 主变压器增容前后的温升情况 沙角 A电厂 2号、3号机组主变压器均是保定 变压器厂产品 ，型号为 S F P 7 ． 2 4 ／ 2 2 产 品代 号 I B B ． 7 1 ． 2 5 7 ． 1 、标准代号 GB 1 0 9 4 ． 1 ～5 8 5 ， 共 4组冷却器 。发 电机带 2 2 0 Mw 有功 负荷时 ， 如果 功 率 因 数 在 ． 8 5 ，视 在 功 率 将 达 2 5 8 ． 8 O MV A，主变压器低压侧电流将达到 9 4 8 8 A，因此 主变 压 器 必须 增 容 至 2 6 0 MVA 型 号 S F P 7 ． 维普资讯 第 3 期 林史峰 沙角 A电厂 国产 2 0 0 MW 发电机变压器组的增容改造 2 6 0 0 0 0 ／ 2 2 ，电压 高 压侧 为 2 4 2 k V，低压 侧 为 1 5 ． 7 5 kV 。 根据计算 ，主变压器 由 2 4 0 MV A增 容至 2 6 0 MV A时 ，主要性能数据和温升 的变化见表 2和 表 3 。 表 2 主变压器增容前后主要性能参数对照表 表 3 主变 压器增容前后温升计算数据表 K 从表 3可看出，主变压器增容后保持原 3组冷 却器工作 、1 组冷却器备用方式投入运行 ，油面温 升和绕组温升均在国家标准允许的范围内，但在夏 天环境温度高 4 0 K 时油面温度可能超过 8 5 K， 这时可以投人第 4组风扇运行 ，油流速度尚在允许 范围内。为安全起见，沙角 A 电厂利用原变压器 预留位置增加 了一组 2 5 0 k W 冷却器 ，采用 “ 3组 工作、1 组辅助、1 组备用”或 “ 4组工作 、1 组备 用”的运行方式 。 3 ． 2 主变压器低压侧电流密度改善措施 主变压器 从 2 4 0 MVA 增 至 2 6 0 MVA 后 ，额 定的低压线电流由 8 7 9 8 A增 至 9 5 3 1 A，而原低 压套管选用 k A 大电流套管，油 中部分 由两个 导电面与低压引线相接 ，平均每个接触面通过的额 定电流为 5 0 0 0 A，为了保证套管油中接触面电流 密度不致过高而局部发热，沙角 A电厂在套管与 低压引线的两个接触面之问加装短接片 ，保证该处 的电流密度分布均匀 见图2 。 4 厂用高压变压器、发电机出口封闭母线、 主变压器出口开关等设备的评估 a 沙角 A电厂 2号、3号机组厂用高压变压 W V 图 2 主变压器低压侧套管与低压 引线的两个触面 之间加装短接片示意图 器 的型号分别 为 S F F 1 ． 3 1 5 o o ／ i 5和 S F F L 一 2 5 0 0 0 ／ 1 5 ，保定变压器厂生产。铭牌上额定容量高压侧为 3 1 5 0 0 k VA，低压侧分别为 2 0 0 0 0 k V A，1 1 5 0 0 k V A；高压侧 2 5 0 0 0 k V A，低压侧分别为 1 2 5 0 0 k V A，1 2 5 0 0 k V A；电压均为高压侧 1 5 7 5 0 k V， 低压侧分别为 6 3 0 0 k V，6 3 0 0 k V。由于汽轮机 三缸通流改造后 ，机组在炉蒸发量 不增加的情况 下可带 2 1 0 Mw 负荷 经济运行额定负荷 ．所 以 机组增容至 2 2 0 Mw 时 ，实际上只增加约 1 Mw 的蒸汽流量，经计算评估机炉辅机的额定容量基 本能满足 2 2 0 Mw 负荷要求 ，因此 厂用电量未有 明显的变化 ，厂用高压变压器设计容量能满 足增 容要求。 厂用 6 k V共箱封闭母线为 L MY ． 2 1 2 O1 铝母线 ，额定电流为 2 1 A，裕量较大 ，能满足 增容要求 。 b 发电机出口封闭母线为全连式分相封闭母 线 ，规格为 q ,3 8 mm1 2 mm铝母线 ，额定电压 2 0 k V，额定电流 1 0 k A，而发电机在功率 因数为 0 ． 8 5 、带 2 2 Mw 负荷时，定子额定 电流为9 4 8 8 A，因此能满足增容要求 。 c 主变压器高压侧额定 电流 6 2 0 ． 3 A，分接 开关在 “ V”位置时 比额定电压降低 5 ％ ，电流 为 6 5 2 ． 9 A，而主变压器 出口为 2 2 O k V 日本三菱 GI S ，断路器额定电流 3 1 5 0 A，额定开断电流 5 k A；主变压器出口隔离开关额定电流 2 0 0 0 A，额 定短时允许最大电流 5 【 k A。两者裕量较大 ，均能 下转 第 7 页 维普资讯 7 0 第 1 8卷 空破坏门能有效地降低真空度 ，真空度的降低将直 接影响汽轮机进汽量和排汽温度的变化 ，而排汽温 度的升高使得后汽缸的膨胀加大，这种变化将有效 地控制机组胀差的正向增长。也就是说在允许的范 围内，尽量以较低真空度来冲转 ，这样有利于控制 胀差，也有利于暖机。 2 汽轮机停运 主要针对胀差的控制问题来讨论汽轮机停运操 作的优化。 汽轮机停运时应严格按照规程规定来减负荷 ， 将减负荷速度控制在每 5 mi n减负荷 5 MW 左右 ， 因为减负荷过快容易使负胀差变大和机组金属温度 下降得过快 。同时 ，在机组惰走过程中应力求转速 和真空度至零。在机组转速惰走至零后，仍应保证 凝汽器有足够 的通水量 ，防止后汽缸温度异常升 高。因为机组刚停时，各抽汽管道和汽缸内部仍有 部分剩余蒸汽未来得及凝结。停机后很多时候都习 上接 第 4 9页 满足增容要求。 d 由于电气主 回路及励磁系统均无变化，送 出系统也不增加，电气二次线系统在改造中基本未 改变。 5 增容改造效果 沙角 A电厂 2号、3号发电机大修增容后进行 了各项性能试验，如发电机空载特性试验、三相稳 态短路特性试验、额定负载温升试验及发电机噪声 测试等。试验结果表明 a 发电机三相电压、三相电流基本平衡 。 b 发电机实测空载和短路特性 曲线与设计 曲 线和上次大修后测得的曲线基本吻合。 c 电机实测空载额定励 磁电流约为 6 3 0 A， 额定三相稳态短路励磁电流约为 1 3 3 0 A，与设计 值较接近 设计值分别为 6 7 A，1 2 2 4 ． 5 A 。 d 实测 3号发电机剩磁 电压为 1 2 】． 3 V，与 常规电机吻合。 e 3号发电机温升试验结果 发 电机各部分 温升与规定温升值相比均有较大余量。发电机各部 分温度如下 定子线圈温度 6 1 ～6 4℃；线 圈出水 温度 5 3 6 8℃；氢气温度 ，冷风 4 ～4 4℃、热风 惯将凝汽器出水门关至 5 ％，再停 1台循环水泵以 节约用电，但这种做法并不完全合理。广州发电厂 的 1台 2 5 MW 发电机组 曾发生过停机后因排汽缸 温度控制不当，使后汽缸膜式安全门动作 的事故 。 事实证明，在停机后、凝汽器 出水门开度为 1 ％ 时，能保证有足够的水量来冷却排到后汽缸中的剩 余蒸汽，防止因后汽缸温度升高而使胀差值增大的 情况 出现 。 3 结束语 汽轮机的合理起动和停运 。是可以在实践中摸 索 、改进的，以上谈的这些优化操作主要是着眼于 合理缩短起动时间，减少机组起动、停运时的安全 隐患等方面，同时兼顾运行经济性。实践证明这些 方法是行之有效的。 作者简介 李三军 1 9 7 5 一 ．男．湖南岳阳人 ．热动助理 工程 师 在读 MB A．主要从事发电厂运行工作。 4 1 ～4 9℃；铁心温度，3 段 4 9 5 3℃、5 1 段 6 2 ～ 6 8℃、1 0 0段 5 1 ～5 6℃ ；内冷 水温度，进 水 4 1 ℃、出水 6 4℃。主励磁机，线圈 5 1 ～5 4℃、铁心 4 8 5 ℃；转子绕组平均温度 7 9 ． 7℃。 f 3号发电机大修增容期间，在发电机定子 线圈端部加装了振动在线监测系统。从大修后投入 运行的一个多月来看 2 0 2年 5月 1 1日至 6月 1 3 日 ，定子端部振动情况 良好。发电机负荷有功功 率从 2 2 3 MW 至 1 5 0 MW、无功功率从 1 0 9 Mv a r 至 1 0 Mv a r ，端部振幅最大值 汽侧 9号通道 为 4 5 ff m，远低于 1 2 0 m 的要求。 沙角 A电厂 2号、3 号机组 自增容改造后发电 机 一变压器组运行情况一直较好，机组带 2 1 0 Mw 至 2 2 0 Mw 负荷时主变压器温升同以前相 比变化 不大，均在运行 规程规定 范 围内。因此 国产 2 0 0 MW 发电机 一 变压器组增容至 2 2 0 Mw 是可行的， 是一项节省投资、具有显著经济效益的技术改造 项 目。 作者简介林 史峰 1 9 6 5 一 ，男，广东潮 州人．工学学士，高级 工程师，从事火电厂生产及技术管理 工作。 维普资讯