國產(chǎn)300MWe-雙水內(nèi)冷發(fā)電機增容技術(shù)研究與應(yīng)用.doc

國產(chǎn)300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機增容技術(shù)研究與應(yīng)用程東立大唐淮南洛河發(fā)電廠 安徽 淮南 232008Technical Study & Application of Power Output Uprating-oriented Domestic 300 MW turbo-generator with double internal water-cooling systemCHENG Dong-li Huainan Luohe power plant of DaTang Corporation, Huainan ,232008,ChinaABSTRACT: Through analysing status of early Domestic 300 MW turbo-generator with double internal water-cooling system, the necessary of Power Output Uprating-oriented of generator has been amplified.The range and implementary scheme of Power Output Uprating-oriented of generator has been introduced. Meanwhile,the problem and processing method after modification of generator have been summarized. The detailed countermeasure and suggestion has been put forward. It can be used for reference to technical transformation of turbo-generator in future.KEY WORD: Generator； Transformation for Power Output Uprating ； Application摘 要:通過分析早期國產(chǎn)300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機的設(shè)備狀況，闡述了發(fā)電機進行增容改造的必要性，介紹了發(fā)電機增容改造的范圍和實施方案，同時總結(jié)了發(fā)電機改造后發(fā)生的問題及處理方法，提出了具體的對策和建議，對今后汽輪發(fā)電機技術(shù)改造具有借鑒意義。關(guān)鍵詞：發(fā)電機；增容改造；應(yīng)用1 前言大唐淮南洛河發(fā)電廠（以下簡稱洛河電廠）現(xiàn)總裝機容量為2440MW，分一、二、三期工程建設(shè)，一期工程為2300 MW機組，分別于1985年、1986年投產(chǎn)發(fā)電，二期工程為2300 MW機組，于1999年投產(chǎn)發(fā)電，三期工程為2600 MW機組，于2007年投產(chǎn)發(fā)電。一、二期共有4臺雙水內(nèi)冷發(fā)電機，#1、2發(fā)電機為上海電機廠70年代產(chǎn)品，其型號為QFS-300-2，#1、2發(fā)電機分別于2007年、2002年進行了增容改造，其額定功率增至320MW。#3、4發(fā)電機為上海汽輪發(fā)電機有限公司（原為上海電機廠）生產(chǎn)的改進型雙水內(nèi)冷發(fā)電機。5、6發(fā)電機采用上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的600MW水氫氫汽輪發(fā)電機。2 發(fā)電機改造前的設(shè)備狀況及改造的必要性洛河電廠1、2發(fā)電機為七十年代上海電機廠自行設(shè)計制造的QFS-300-2型雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機，其中1發(fā)電機定子為上海電機廠同類型機組第4臺，轉(zhuǎn)子為第6臺。定子出廠編號：30S004，轉(zhuǎn)子出廠編號：30S006，1發(fā)電機1975年9月制造，1985年投入運行。早期產(chǎn)品在設(shè)計、制造工藝、絕緣材料上存在諸多問題，并且已超出設(shè)計使用年限，對安全生產(chǎn)造成極大隱患。2.1發(fā)電機定子絕緣等級低，絕緣材料老化1、2發(fā)電機定子線棒的主絕緣為B級絕緣。參照某電廠7機（75年9月上海電機廠的產(chǎn)品）的定子絕緣老化試驗報告，說明同時期的發(fā)電機（包括洛河電廠1機）定子線棒絕緣已存在嚴重的老化現(xiàn)象；發(fā)電機定子水電接頭處的手包絕緣為黑臘帶，定子端部沒有采取分相綁扎；多次發(fā)生絕緣過熱裝置報警，取樣送華北電力科學(xué)研究院分析認為定子絕緣存在過熱現(xiàn)象。2.2 發(fā)電機與已改造的機爐功率不匹配1、2 機組鍋爐、汽輪機分別在2001年、2002年中進行了技術(shù)改造，功率增至320MW。發(fā)電機進行增容改造后能與機爐功率相匹配。2.3發(fā)電機端部發(fā)熱嚴重，不具備進相運行能力發(fā)電機定子端部壓圈溫度較高，造成端部外殼溫度較高（最高點98），線圈出水溫差較大（接近8），進出風(fēng)溫度高（進風(fēng)溫度超過40，出風(fēng)溫度超過75）。夏季高峰發(fā)電機參數(shù)經(jīng)常壓紅線運行。發(fā)電機不能進相運行，滿足不了電力市場的要求。2.4發(fā)電機存在缺陷并發(fā)生過定子線圈燒毀和轉(zhuǎn)子漏水造成事故停機。2.4.1發(fā)電機定子線棒存在松動和電腐蝕現(xiàn)象。2003年對1發(fā)電機定子測溫元件電位測量時達30多伏，是其它3臺300MW發(fā)電機10倍多。2.4.2 1987年9月23日，2發(fā)電機投產(chǎn)運行不到一年，定子線圈52槽上層線棒汽側(cè)距水電接頭20cm至到距槽口30cm處燒毀。經(jīng)過15天的搶修，更換了#52槽上層線棒。2.4.3 1992年2月4 日#2發(fā)電機差動保護動作跳閘，解體發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機汽側(cè)30槽上層線棒離水電連接頭處260mm左右，燒斷約180mm。原因是定子進水濾網(wǎng)破裂，造成30槽和51槽的絕緣引水管處堵塞，使水路受阻，流量減少，至使發(fā)電機30槽線棒發(fā)熱燒斷。2.4.4 1997年12月5日#1發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈漏水停機，漏水部位在汽側(cè)距小線圈端部拐彎處約500mm處的焊接頭。原因是該處接頭焊接工藝不良造成漏水，重新進行焊接處理。3、發(fā)電機改造范圍及方案3.1.發(fā)電機定子線棒改造3.1.1更換全部上、下層定子線棒。增大銅線截面積，定子線棒截面由原661mm2增加到759mm2，降低了定子銅耗。3.1.2定子線棒的主絕緣由原來的B級多膠環(huán)氧粉云母帶改為F級桐馬粉環(huán)氧云母帶，提高線棒的絕緣水平。3.1.3定子線棒的槽部換位絕緣采用浸漆的適形材料，加強了股間絕緣及粘結(jié)，有效防止換位處的股間短路。3.1.4定子線棒端部連接由原來四根16mm*16mm空心銅線改為一根32mm32mm9mm的空心銅線，端部連接、固定可靠。3.1.5定子線棒間及槽底部墊有適形材料，線棒在槽內(nèi)側(cè)面采用半導(dǎo)體墊條，槽楔下墊有絕緣彈性波紋板，使線棒在槽內(nèi)固定可靠，防止絕緣磨損。3.1.6定子槽內(nèi)層間測溫元件及出水小元件全部更換為PT100鉑電阻元件。定子槽內(nèi)層間測溫元件設(shè)置兩套，一套運行，一套備用。3.2發(fā)電機端部結(jié)構(gòu)件改造3.2.1拆除發(fā)電機端部外磁屏蔽和冷卻銅管，壓圈處理后鍍銀，保證與銅屏蔽有良好的接觸。3.2.2在定子端部壓圈上加裝銅屏蔽，并在銅屏蔽內(nèi)圓損耗密度較高處用空心銅管與銅屏蔽焊接后通水加以冷卻，在銅屏蔽溫度較高處，埋設(shè)四只熱電偶，監(jiān)視運行中的溫度。3.2.3在發(fā)電機壓圈外加裝整體式磁屏蔽，以減少機座端部加裝銅屏蔽后的局部漏磁和發(fā)熱，并埋設(shè)兩只測溫元件加以監(jiān)視，有效地解決了漏磁問題。3.2.4更換發(fā)電機兩側(cè)匯水母管為無磁整圓不銹鋼管，增加了其剛度，并在上方開有排氣孔，下方加大了排污孔。3.2.5更換并重新設(shè)計支架及定子線棒端部絕緣件，使端部更加可靠。3.3.發(fā)電機轉(zhuǎn)子改造3.3.1轉(zhuǎn)子返廠后線圈進行沖洗，除去長期運行所結(jié)的污垢，起出的線圈匝間絕緣進行修理，空心導(dǎo)線進行探傷，并且更換發(fā)電機轉(zhuǎn)子的所有絕緣件。3.3.2更換轉(zhuǎn)子兩只滑環(huán)和轉(zhuǎn)子引線，保證滑環(huán)和引線有良好的接觸，且更換轉(zhuǎn)子線圈不銹鋼拐角和鋼絲編織管。3.3.3大小護環(huán)測量緊力和金屬探傷。在轉(zhuǎn)子修理期間，對4只小護環(huán)進行著色滲透檢測，發(fā)現(xiàn)1只小護環(huán)（勵內(nèi)）的配合面有1處條狀缺陷顯示，長度約為30。由于小護環(huán)為熱套件并承受離心力作用，缺陷有可能擴展成裂紋，存在事故隱患，對該小護環(huán)進行了更換。3.3.4轉(zhuǎn)子線圈端部加裝滑移層。4、發(fā)電機改造后主要性能指標通過對發(fā)電機定子端部增加銅屏蔽、調(diào)整定子線規(guī)等有效措施，發(fā)電機的額定功率從300MW增容至320MW（功率因數(shù)0.85）。從表1中可以看出，改造后發(fā)電機內(nèi)冷水的水量、水壓、發(fā)電機冷卻空氣量、勵磁數(shù)據(jù)變化不大，原發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機空氣冷卻器均不需要進行改造。改造后發(fā)電機在額定功率因數(shù)下電壓變化范圍為5，頻率變化范圍為2時，能連續(xù)輸出額定功率。具有150320MW調(diào)峰運行能力。發(fā)電機能在功率因數(shù)為0.95（超前），工作容量為額定值時進相運行。發(fā)電機各部分結(jié)構(gòu)強度能承受在額定負荷和1.05倍額定電壓下運行。表1 發(fā)電機改造前后參數(shù)對比性能參數(shù)名稱改造前改造后型 號QFS-300-2QFS-320-2有功功率（MW）300320視在功率（MVA）353377定子電壓（V）1800018000定子電流（A）1132012075定子線圈直流電阻（）2.12910-3(15)1.8610-3(15)轉(zhuǎn)子線圈直流電阻（）0.229(15)0.226(15)發(fā)電機滿載勵磁電壓（V）485（55）508（55）發(fā)電機滿載勵磁電流（A）18501930轉(zhuǎn) 速（r/min）30003000頻 率（Hz）50 50功率因數(shù)0.850.85定子線圈接線方式雙Y雙Y絕緣等級BF定子繞組冷卻水量（t/h）4646轉(zhuǎn)子繞組冷卻水量（t/h）3131定子繞組冷卻水壓（Mpa）0.20.4約0.3轉(zhuǎn)子繞組冷卻水壓（Mpa）0.20.4約0.3定、轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)冷水進水溫度（）10403040發(fā)電機冷卻空氣量40m3/S40m3/S效率98.6198.75、發(fā)電機改造工作的實施5.1倒排工期，制定嚴密的窗口計劃，嚴格控制節(jié)點工期2發(fā)電機于2002年隨機爐同步進行改造，由于機爐改造工期較長，所以對發(fā)電機改造來說，時間比較寬裕，當時制造廠計劃工期69天，但實際從2002年2月6日開始拆舊線圈到2002年5月13日發(fā)電機轉(zhuǎn)子穿進，歷時3個多月，將近100天時間。但是1發(fā)電機改造是在2007年1機組大修中進行，大修工期55天，要在大修工期內(nèi)完成發(fā)電機改造工程，必須壓縮發(fā)電機解體和組裝的時間。制定特殊措施，機組滑參數(shù)停機后，在汽輪機缸溫許可的情況下，停盤車、潤滑油，改定時盤車，拆開發(fā)電機靠背輪螺栓后，投連續(xù)盤車。這樣停機2天后抽出發(fā)電機轉(zhuǎn)子，1發(fā)電機改造計劃工期為轉(zhuǎn)子抽出后50天改造工作結(jié)束，回穿轉(zhuǎn)子、汽機找中心和發(fā)電機組裝3天。在發(fā)電機改造過程中，舊線棒拆除工作是重點、難點，工作繁重、勞動強度大，進度不易控制。在起舊線棒時，又要保護好定子鐵芯，防止鐵芯受損，定子線圈拆除且鐵損試驗合格是發(fā)電機改造中的重要節(jié)點之一。1號發(fā)電機屬70年代早期產(chǎn)品，由于原制造工藝和運行時間較長，在線棒拆除中發(fā)現(xiàn)線圈和鐵芯大都粘連、脹起，這給拆除帶來了很大困難，在拆除108根定子線棒時，采用兩班制，白班早8點到晚6點，夜班晚6點到凌晨2點，經(jīng)過日夜奮戰(zhàn)，確保了拆除工作按期完成，為后續(xù)的改造工作贏得了時間。實際本次改造發(fā)電機本體部分工期比計劃提前2天時間。5.2 改進工藝方法5.2.1發(fā)電機改造中定子鐵損試驗需要做3次（未拆線圈前，拆下線圈后及嵌線前），通過定子鐵損試驗測量定子鐵芯的單位損耗，測量鐵軛和齒部溫度，檢查各部溫升是否超過標準值。從而綜合判斷定子鐵芯片間絕緣是否良好，有無短路。為#發(fā)電機增容改造提供必要的參數(shù)。2002年2發(fā)電機改造時，定子鐵損試驗電源用兩臺變壓器（1000KVA、63005%/400）作為試驗電源，且低壓串聯(lián)使用。6KV取自廠6KV備用二段#1酸洗泵間隔，用6KV電纜接至兩臺變壓器高壓側(cè)，低壓380VME開關(guān)安裝于試驗現(xiàn)場。試驗設(shè)備布置、接線比較繁雜。2007年1發(fā)電機改造時，定子鐵損試驗電源采用6KV電源，取自廠6KV工作三段一備用電源開關(guān)間隔作為試驗電源開關(guān)，試驗電源，電纜接于A、C相。試驗設(shè)備較少，接線簡捷。接線試驗接線圖見圖1圖1 定子鐵損試驗接線圖5.2.2改進發(fā)電機定子線圈烘焙方案。2002年2發(fā)電機改造時的定子線圈烘焙方案采用自制不銹鋼水箱和5.5KW熱水循環(huán)泵對定子線圈通熱水加熱。這種方法水量小，溫度上升慢，定子線圈烘焙效果不理想。2007年1發(fā)電機改造時，提前恢復(fù)定子內(nèi)冷水系統(tǒng)，將定子水箱的水通輔汽加熱，開啟定子水冷泵運行。具體方案為在熱水烘焙前先用冷水對1發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)進行循環(huán)試漏，確保系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。在每次熱水烘焙開始時先將定子冷卻水箱注滿冷水，待定子水冷泵開啟后逐步對定子冷卻水進行加熱（升、降溫速率不超過10/h），待發(fā)電機定子進口水溫達到755時進入保溫階段。待保溫時間達到后逐漸降溫，方法與升溫相同順序相反。此次發(fā)電機改造共需加熱線棒三次，第一次下層線棒加熱需保溫1624小時，第二次上層線棒加熱需保溫36小時，第三次線棒整體加熱需保溫48小時。對水溫及水壓進行調(diào)節(jié)（保溫時定子水冷器出口溫度為855，定子水管進口壓力為0.1MPa）。5.3、發(fā)電機改造主要試驗項目5.3.1發(fā)電機轉(zhuǎn)子返制造廠進行改造，所有試驗項目在制造廠進行，電廠派人監(jiān)造、驗證。發(fā)電機定子鐵損試驗、交直流耐壓試驗、電位外移試驗等電氣試驗以電廠為主、制造廠協(xié)助完成。5.3.2定子端部繞組模態(tài)試驗由制造廠派人進行。2007年4月11日1發(fā)電機的測試結(jié)果：(1)、汽端端部繞組橢園型振動頻率為84.42Hz(2)、勵端端部繞組橢園型振動頻率為91.84Hz分析結(jié)果：根據(jù)透平型發(fā)電機定子繞組端部動態(tài)特性和振動試驗方法及評定GB/T20140-2006規(guī)定，該機汽、勵兩端的端部繞組橢園型振動頻率均避開95110Hz共振范圍，引線端部徑向固有頻率均避開95108Hz共振范圍，運行時不會發(fā)生端部繞組的整體電磁共振。5.3.3發(fā)電機三相穩(wěn)定短路試驗、空載特性試驗、發(fā)電機進相試驗委托安徽省電力科學(xué)研究院進行，結(jié)果如下：（1）1發(fā)電機三相穩(wěn)定短路試驗數(shù)據(jù)見表2發(fā)電機三相穩(wěn)定短路特性曲線見圖2表2 1發(fā)電機三相穩(wěn)定短路試驗數(shù)據(jù)定子電流A相（A）定子電流B相（B）定子電流C相（A）勵磁電流（A）0000127012701270147.39246024602460288.21363036503640426.83488049004890573.87611061306110716.77725072807250850.62851085308510998.279700973097001140.131088010920108901280.081203012080120501417.861079010820108101265.999710974097101139851085208510995.61723072507230843.85602060306030700.91484048504840562.55353035403530408.92241024002410276118011801180132.72圖2 1發(fā)電機三相穩(wěn)定短路特性曲線（2）、發(fā)電機空載特性試驗表3 1發(fā)電機空載特性試驗數(shù)據(jù)定子電壓UAB（V）定子電壓UBC（V）定子電壓UCA（V）勵磁電流IL（A）000017701790178064.94550054905490189.44912091109130309.91126601267012660427.64161801617016170560.10180201802018000641.99188601885018830684.04198101980019790735.93205102050020480776.74212402124021210828.94205602055020530761.40197901978019770713.39188901890018880667.63179101791017890617.74161301614016130540.71125301255012520403.68898089708970285.40530053105300160.4418001810180052.29圖3 1發(fā)電機空載特性曲線（3）2007年4月25日，安徽省電科院組織相關(guān)技術(shù)人員，完成了1發(fā)電機的進相試驗工作。發(fā)電機定子繞組在工況點P315.75MW、Q46.3MVAR時定子電流最大，定子銅屏蔽、磁屏蔽溫度最高達到106.42，小于溫度限額120。試驗結(jié)論：洛河電廠1機組具備進相能力，在調(diào)度下達的進相深度范圍內(nèi)，發(fā)電機各部位溫度測點的溫度正常，小于所規(guī)定的限額。#1發(fā)電機進相曲線見圖4。圖4 #1發(fā)電機進相曲線6 發(fā)電機改造后發(fā)現(xiàn)的問題和處理方法 經(jīng)過改造的發(fā)電機投入正常運行后，應(yīng)加強運行維護工作，此外，應(yīng)充分利用機組大小修機會，對發(fā)電機改造部分進行重點檢查，旨在消除發(fā)電機潛伏性故障，防止突發(fā)性事故發(fā)生。洛河電廠2發(fā)電機改造后于2002年8月投入運行至今已經(jīng)歷4次小修和1次大修工作，2005年4月在小修期間進行首次抽轉(zhuǎn)子檢查，2008年5月#2機組進行了改造后的第一次大修。1發(fā)電機改造后于2007年4月運行，經(jīng)歷了2次小修，2008年11月運行中發(fā)現(xiàn)勵側(cè)端部線圈漏水，由于發(fā)現(xiàn)及時，利用機組臨檢時進行了及時處理。6.12發(fā)電機改造后首次抽轉(zhuǎn)子檢查情況5.1.1定子槽楔及端部線圈檢查：測量楔下波紋板的波峰波谷差值均符合檢修標準。汽側(cè)端部線圈綁扎有二處（2點鐘，10點鐘位置）綁帶有松動現(xiàn)象，將綁帶拆除后重新綁扎。其他端部線圈間隔墊塊牢固，無黃粉現(xiàn)象。5.1.2槽口及關(guān)門槽楔綁扎情況檢查：3槽關(guān)門槽楔的綁扎在有松動現(xiàn)象，拆除后重新綁扎。在勵端上層線棒39槽40槽之間膠木間隔墊塊松動，綁帶拆除后重新綁扎。其余完好。5.1.3在電位外移試驗中發(fā)現(xiàn)汽端10槽手包絕緣外移電位偏大（1000V），后經(jīng)拆除重新包絕緣后降為200V，其余均達標。5.1.4定轉(zhuǎn)子水壓試驗：定子整體水壓試驗0.5Mpa /8h，無滲漏現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子進行泵水壓試驗8Mpa/8h，無滲漏。5.1.5層間線棒測溫元件測量完好，汽端線棒出水測溫元件發(fā)現(xiàn)115阻值不穩(wěn)，進行了更換。5.1.6定子壓圈檢查及處理：汽端壓圈正常；勵端壓圈在2點鐘和10點鐘位置與機座結(jié)合處有1.5m弧長的過熱痕跡，原來導(dǎo)電膠處理的綁帶局部發(fā)黑。處理方法：拆除原導(dǎo)電膠處理的綁帶；清理殘余導(dǎo)電膠；打磨結(jié)合面外圈，使該處金屬本色裸露；涂導(dǎo)電膠于結(jié)合面打磨處；用定向帶打箍3周；刷涂53841WC絕緣漆；待絕緣漆略干后，再用定向帶打箍2周；刷涂53841WC絕緣漆。2008年大修時，清除了導(dǎo)電膠和定向帶，沿壓圈外圓圓周方向，每隔約300mm，采用手工鎢極氬弧焊點焊一處，焊縫長15-20mm，保證壓圈與機座可靠連接。5.1.7進行了發(fā)電機繞組端部整體模態(tài)試驗，發(fā)現(xiàn)勵端1點鐘的位置由一處引線頭頻率（97Hz）不合格，經(jīng)制造廠人員綁扎處理后，固化后復(fù)測，其振動頻率為126 Hz。避開了95-108Hz共振范圍，合格。6.2 #1發(fā)電機改造后運行中發(fā)現(xiàn)的問題及處理2008年11月19日，運行在檢查中發(fā)現(xiàn)#1發(fā)電機在運行中勵側(cè)南端部26槽水電接頭處滲水，將發(fā)電機定子運行水壓從0.3MPa，調(diào)整為0.25mpa后，水跡消失。制定防范措施，對漏水處進行跟蹤檢查。2008年11月26日#1機組停運臨檢，制造廠來人將漏水處手包絕緣進行了剝離至三通部位，發(fā)現(xiàn)水電接頭處引水管銅螺帽下部有裂紋，開啟定子水后，水從裂紋處溢出，檢查接頭其它部位未發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象。將該引水管更換，并提高定子水壓力至0.5MPa，保持12小時，檢查各部無滲漏，對引水管的重新手包絕緣處理。7 改造后社會效益和經(jīng)濟效益分析7.1 2007年5月16日，#1發(fā)電機負荷升至330MW、340MW