沙角A电厂国产200MW发电机-干式变压器组增容改造

沙角A电厂产200MW发电机-干式变压器组增容改造作者：匿名2008年1月8日18:38336026

渠道：关键词：广东沙角A电厂一期3台200MW机组均为哈尔滨三电厂80年代生产的机组，分别于1987年至1989年投入商业运行。发电机采用水、氢、氢冷却，汽轮机为设计技术落后的55型机组。为了满足产三缸三排汽200MW汽轮发电机组综合技术改造的需要，分别于2000年和2002年对2号和3号汽轮机进行了三缸通流改造，使汽轮发电机组达到降低损失、提高调峰适应性的目的。同时对原发电机-干式变压器机组进行适当改造，使机组容量提高到220MW，具有良好的经济效益。

1发电机增容评估改造1.1增容后发电机损耗分析哈尔滨电机厂生产的QFSN2-200-2发电机出力从200MW提高到220MW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所示。

发电机增容后，定子和转子结构没有变化，气隙合成磁密变化不大，因此铁心损耗基本不变。所以发电机的主要损耗是绕组铜损耗的增加，其他损耗基本不变。根据试验，定子线圈各相的直流电阻R12.4910-3，转子绕组的直流电阻R20.219(R1和R2已换算为一次绝缘的参考工作温度75)，因此定子和转子绕组的铜耗增加量分别为：P1=(94882-86252)a22.4910-p2=(18842-17652)a20.219即发电机总损耗增加约212.1kW和7.1。1.2增容后发电机温升分析根据厂家计算，220MW发电机上定子线棒损耗约为7.6kW，发电机定子绕组冷却水水量按30t/h计算，因此每个定子线棒的水量QM=(30000kg3600s)108=0.077kg/s，因此，盘条出水温升为7.6 kW 246[4.24考虑到盘条实芯线与水的温差约为3 ~ 5，同层导线按原家标准G/7064—1996 《透平型同步电机技术要求》，仍有较大的温升余量，满足增容要求。1.3发电机定子改造1.3.1更换新的氢冷却器沙角A电厂200MW汽轮发电机原设计为4个绕线弹簧式氢冷却器，布置在定子每个角上，换热裕度只有6%，不能满足增容至220MW的要求，必须全部更换为新型冷却器。新型冷却器具有以下特点：a)新型冷却器(QL356.2-00型)采用直通板，产生675kW的损失(氢气压力为0.3MPa)，比原弹簧缠绕式冷却器(QRI149.5-3052型)的换热能力高35%。当进水温度为33，冷却气体出口温度为40时，B)翅片采用T2材料，铜管采用fe10-1-1硬铜管代替68铜管，适用于江湖水近海，传热效果更好；c)冷却器木支架用全钢板代替，既提高了通风散热门槛，又增加了散热面积；d)新冷却器的安装尺寸与原螺旋弹簧冷却器相同，可以互换。1.3.2发电机转子在冷热风区增加气隙隔板扩容后温升相对增大。为了克服这一缺点，在定子铁芯内圆的冷风和热风区域之间安装了径向气隙隔板(见图1)，以减少冷热气流的混合，确保转子具有较低的进气温度，并迫使气隙处的冷却空气流过转子，以增加转子的冷却空气量。同时，还可以减少端部气隙气流对内部风区的干扰，从而保证转子温升分布的均匀性和定子风量分布的合理性。厂家多次试验表明，安装气隙隔板可使转子温升降低10左右，转子温升不均匀系数降低0.05左右。1.3.3定子线圈端部固定结构改进扩大后，端部电动势增加21%，所以要特别注意绕组鼻的径向电动势。沙角A电厂2号和3号发电机分别于1987年6月和1988年11月制造，发电机端部均用27块窄压板固定。1993年2号机组大修时，对端部进行了加固改造。具体措施是将27个窄压板改为宽压板，相邻压板之间加切向支撑块(俗称“小杆”)，绑5mm聚酯玻璃钢绳；水电接头的绝缘盒全部更换为背风面带盒缝的新绝缘盒，增加两根20mm聚酯玻璃钢绳；槽形垫块更换为新的三块楔形垫块。2002年4月3号机组大修时，梳齿采用了新设计的端部固定结构 #p#分页标题#e#

1.4发电机转子结构评估发电机转子原设计沿轴向分为9个冷却风区，5个进风口和5个出风口，分别对应定子进风口和出风口风区；转子线圈在槽内分成中间铣孔，形成氢气通道，从对角气隙取气；末端采用单向半通风结构，可解决大盘管风道长端温升高的问题；转子线圈由含银、铜的铜线冷拉而成，抗蠕变能力强；匝间绝缘和槽间绝缘采用高强度等级绝缘，较高允许温度为130；轴和联轴器采用高机械强度的合金钢制造，满足增容后发电机扭转振动的强度要求。因此，转子结构可以满足增容的要求

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JL-1150-4，设计容量为1058kW，额定电压415V(200MW)、额定电流1600A，因此主励磁机的储备系数K=［1058/(15×1.6)］1/2=1.262，设计容量裕度较大，满足发电机增容10％的要求。 原主励磁机的空气冷却器为绕簧式(型号LQ52/8-1200)，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02A781)，共两组。冷却器水管及水箱材质选用fe10-1-1和Q235A，翅片选用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TFY-46-500，设计容量为40kW、额定电压为161V、额定电流为165A，其储备系数K=1.227，显然设计容量裕度能满足发电机增容10％的要求。副励磁机是500z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KTG-2D型励磁系统，其整流装置额定输出电流为2000A，电压为1000V，灭磁开关采用DM2-2500型自动灭磁开关，长期允许分断能力为直流电压500V，电流2500A，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1995年沙角A电厂加装了中科学院等离子体物理研究所的MB11-1.0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10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1996年和1998年机组第三次大修期间已更换为GEC-1A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2000年和2002年机组大修期间，将硅屏更换为清华同方股份公司的ZGLF-2000A/1000V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。#p#分页标题#e#

3主干式变压器的评估及改造3.1主干式变压器增容前后的温升情况 沙角A电厂2号、3号机组主干式变压器均是保定干式变压器厂产品，型号为SFP7-240000/220(产品代号IBB.710.257.1、标准代号G109.1～5—85，共组冷却器)。发电机带220MW有功负荷时，如果功率因数在0.85，视在功率将达258.80MVA，主干式变压器低压侧电流将达到9488A，因此主干式变压器必须增容至260MVA(型号：SFP7-260000/220，电压高压侧为242kV，低压侧为15.75kV)。 根据计算，主干式变压器由240MVA增容至260MVA时，主要性能数据和温升的变化见表2和表3。

从表3可看出，主干式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家标准允许的范围内，但在夏天环境温度高(40)时油面温度可能超过85，这时可以投入第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电厂利用原干式变压器预留位置增加了一组250kW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主干式变压器低压侧电流密度改善措施 主干式变压器从20MVA增至260MVA后，额定的低压线电流由8798A增至9531A，而原低压套管选用10kA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5000A，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间加装短接片，保证该处的电流密度分布均匀(见图2)。

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4 厂用高压干式变压器、发电机出口封闭母线、主干式变压器出口开关等设备的评估 a)沙角A电厂2号、3号机组厂用高压干式变压器的型号分别为SFF1-31500/15和SFFL-25000/15，保定干式变压器厂生产。铭牌上额定容量高压侧为31500kVA，低压侧分别为20000kVA，11500kVA；高压侧25000kVA，低压侧分别为12500kVA，12500kVA；电[JP 1]压均为高压侧15750kV，低压侧分别为6300kV，6300kV。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210MW负荷(经济运行额定负荷)，所以机组增容至220MW时，实际上只增加约10MW的蒸汽流量，经计算评估机炉辅机的额定容量基本能满足220MW负荷要求，因此厂用电量未有明显的变化，厂用高压干式变压器设计容量能满足增容要求。 厂用6kV共箱封闭母线为LMY-2(120×10)铝母线，额定电流为2000A，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φ380mm×12mm铝母线，额定电压20kV，额定电流10kA，而发电机在功率因数为0.85、带220MW负荷时，定子额定电流为9488A，因此能满足增容要求。 c)主干式变压器高压侧额定电流620.3A，分接开关在“Ⅴ”位置时(比额定电压降低5％)，电流为652.9A，而主干式变压器出口为220kV日本三菱GIS，断路器额定电流3150A，额定开断电流50kA；主干式变压器出口隔离开关额定电流2000A，额定短时允许较大电流50kA。两者裕量较大，均能满足增容要求。 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。#p#分页标题#e#

5增容改造效果 沙角A电厂2号、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630A，额定三相稳态短路励磁电流约为1330A，与设计值较接近(设计值分别为670A，1224.5A)。 d)实测号发电机剩磁电压为120.3V，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61～64℃；线圈出水温度5～68℃；氢气温度，冷风40～44℃、热风41～49℃；铁心温度，段49～5℃、51段62～68℃、100段51～56℃；内冷水温度，进水41℃、出水64℃。主励磁机，线圈51～54℃、铁心48～50℃；转子绕组平均温度79.7℃。 f)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(2002年5月11日至6月1日)，定子端部振动情况良好。发电机负荷有功功率从223MW至150MW、无功功率从109Mvar至10Mvar，端部振幅较大值(汽侧9号通道)为45μm，远低于120μm的要求。 沙角A电厂2号、3号机组自增容改造后发电机–干式变压器组运行情况一直较好，机组带210MW至220MW负荷时主干式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。因此产200MW发电机–干式变压器组增容至220MW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。