300MW汽轮发电机的增容改造

300MW汽轮发电机的增容改造

苏志奋

佛山市顺德五沙热电有限公司528300

摘要：燃煤火力发电企业为社会发展和经济发展提供电力能源的同时也在大量消耗一次能源和水资源。随着近几年我国和全球经济、能源和环保形势的发展．火力发电企目前面临的节能降耗需求越来越迫切。

关键词：300MW；汽轮发电机；增容改造

前言：随着经济规模的不断扩大，城市化进程的迅速发展，我国能源消费呈持续上升趋势，能源供需矛盾日益突出，生态环境压力加大，节约和消耗能源已成为当前经济发展的迫切任务。为了在日益激烈的发电市场中保持领先地位，燃煤发电企业必须客观地分析发电厂的能源消耗来源，运用现代先进技术改造主辅助机的节能和消耗。实现廉价燃料煤和优质燃煤的战略，深挖机组节能降耗潜力，提高机组产量，大大降低机组的供电用煤水平，降低生产成本，增加经济效益。它是提高现有发电机组容量的重要手段之一。

1汽轮发电机

1.1汽轮发电机概述

汽轮发电机（steamturbinegenerator）是指用汽轮机驱动的发电机。由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水泵、凝结水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。

1.2汽轮发电机原理

汽轮发电机是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的发电设备。发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立转子磁场，这个磁场称主磁场，它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个磁极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，再进入转子另一个相邻磁极，从而构成主磁通回路。由于发电机转子随着汽轮机转动，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线被装在定子铁芯内的u、v、w三相绕组（导线）依次切割，根据电磁感应定律，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势。

2汽轮发电机增容改造的必要性

由于大多数发电机组为早期产品，设计及制造均不成熟，致使机组的效率偏离设计较大，高中低压缸实际运行效率达不到设计效率，大大影响了机组运行的经济性。因此，对该机组进行完善改进是非常必要的。汽轮机增容改造后，热耗率大幅度降低，经济性提高，机组出力可增加30MW，为使发电机与汽轮机容量相匹配，提高机组的整体效率，也必须对发电机进行增容改造。

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，线路相间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。在发电机进相运行时，就其本身而言有两个特点，一是发电机端部的漏磁较滞相运行时大，会造成定子端部铁心和金属结构件上的温度增高，甚至超过允许的温度限值；二是发电机运行的稳定性较滞相运行时低，可能会在某一进相深度时达到或超过稳定限值而失步。

3增容改造技术性能要求

3.1增容改造的基本技术指标要求

（1）通过改造，机组在满足出力指标的同时，具有良好的变负荷性能，并具有很好的调峰能力，在40%～100%额定工况下能高效连续运行，变负荷速率不小于每分钟3%额定负荷。

（2）增容改造后，发电机定、转子、出线、铁心、及机内部件满足热稳定要求，温升试验合格。发电机在330MW额定功率工况和340MW最大功率连续运行工况下，其中下列部位温度或温升不超过如下值。1.定子绕组及出线出水温度≤85℃；2.定子线圈层间温度≤90℃；3.转子绕组（电阻法测量）温度≤110℃；4.定子铁心温度≤120℃；5.定子端部结构件温度≤120℃；6.集电环温度≤120℃；7.冷氢温度≤46℃。

（3）改造后，发电机进相运行能力不变，在冷却器进水温度≤33℃时，允许发电机在330MW、功率因数-0.95的工况下连续运行（此时氢压不低于0.3MPa），并且各部位温度或温升不超过规定值。

（4）改造后，发电机定、转子、出线、及机内固定部件满足动稳定要求，定子绕组抗短路能力满足安全运行要求，其端部椭圆型振型的自振频率符合国标及电力行业标准要求（应避开94～110Hz），发电机各瓦振动合格。

（5）改造后，发电机绝缘性能无下降，各电气试验项目合格。流量、气密、水压等试验合格。

3.2增容改造的基本设计要求：

（1）汽轮发电机增容改造应是成熟的技术，并具有当前国内最先进水平，不得使用试验性的设计和部件。

（2）机组增容改造过程中将同步进行“三机”励磁方式改自并励系统，主、副励磁机拆除后要设计增设稳定轴承及发电机集电环碳刷底架，同时设置测速装置。

（3）机组集电环增容后励磁电流增加，发热量增加，但碳刷数量和碳刷尺寸因排列位置所限已不能再增加，要考虑集电环尺寸、碳刷数量和碳刷尺寸、集电环通风散热、集电环防护罩和碳刷架底座的设计和更换。

（4）在不影响改造效果的前提下，尽可能利用原设备或部件。

（5）设计上考虑降低运行维护费用。小修间隔不少于1年，大修间隔不少于5年。

430OMW汽轮发电机增容改造主要技术措施

4.1通风系统的改进

由于在300MW汽轮发电机增容改造中，发电机的总体结构和有效部件（如定、转子绕组，定子铁心、定子端部结构件等）均未变更，因此，通风系统能否得到有效的改善则是增容改造成败的关键。同样，改进通风系统的技术措施也是增容改造中所必不可少的。

（1）定子铁心上加装气隙隔板。发电机增容后，转子绕组热负荷增加，温升将有较大幅度的上升。为了降低转子绕组的温升，保证机组的安全运行，在定子铁心内圆的相邻冷、热风区之间加装径向气隙隔板将是一个非常有效的措施，它可以减少气隙中冷、热风之间的串风，提高转子绕组的冷却效果，同时似寸降低铁心的温升带来较大益处。

（2）更换定子槽楔。新型定子槽楔将在对应铁心风道处开设斜槽，以减少通风风阻，提高了定子铁心的冷却效果。

（3）更换氢气冷却器。发电机增容后，由氢气冷却器带走的损耗相应增加，原机冷却器的换热容量已不能满足要求，所以应更换为换热容量更大的氢气冷却器。新型氢气冷却器的翼片采用片式，可减少通风风阻，有益于通风系统的优化。

4.2增容改造的配套措施

在300Mw发电机增容改造中，除上述必须实施的通风系统的改进措施外，一些配套措施也是不可缺少的。

（1）更换发电机集电环及其绝缘。发电机增容后，由于励磁电流的增加，集电环上的电气损耗将随之增加，从而引起集电环温度的升高，为保证安全可靠运行，应更换集电环、集电环绝缘和碳刷、刷握等。

（2）更换主励磁机空气冷却器。由于主励磁机具有较大的容量裕度，仍可满足发电机增容后励磁容量增加的要求，但主励磁机空气冷却器的容量已不能满足增容后的换热要求，应更换为换热容量更大的新型空气冷却器。

4.3其他技术措施

300MW增容改造中，根据用户需要也可以增加一些其他方面的技术措施（或选择部分项目），以提高发电机运行的安全性、可靠性。

（1）更换内端盖。将铝质内端盖更换为玻璃钢绝缘内端盖，以减少发电机的端部损耗，并可提高发电机的效率。

（2）提高调峰运行能力的措施。转子护环下扇形绝缘更换为带有滑移功能的扇形绝缘，有利于延长转子绕组的使用寿命；增设定子绕组冷却水温度调节装置，有利于延长定子绕组的使用寿命。

（3）控制系统的改进措施。电压调节器（AVR）更换为数字式调节器；更换整流柜；更换灭磁开关和过电流保护装置等。

4.4改造完工后的验收

在完成增容改造之后，应对发电机进行考核性验收试验，以评定增容改造的效果。具体的评估事项一般都在合同和技术协议中加以规定。验收试验主要包括：发电机出力考核；额定负荷下的温升试验；发电机效率测定等。

5结语

300MW汽轮发电机的增容改造具有良好的市场前景和可观的经济效益。文章简要的说明了汽轮发电机的概述，增容改造技术性能要求及主要技术。这一技术适用于国产300MW发电机，具有很大的潜在市场。300MW汽轮发电机的增容改造，除了对社会作出了巨大贡献外，也给制造厂自身带来较好的经济效益。

参考文献：

[1]调顺电厂发变组增容改造试验研究[D].杨文杰.华南理工大学2018

[2]某300MW汽轮发电机增容改造试验研究[D].陈华辉.华南理工大学2015

[3]汽轮机-发电机-主变压器容量配合选择的建议[J].王多印，杜小军.电力建设.2000（01）

[4]300MW汽轮发电机的增容改造[J].侯强.东方电机.2004（01）

[5]国产300MW发电机增容技术改造[J].张伟.中国电力.2002（09）