李錄強

(哈爾濱五聯(lián)電氣設備有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

目前國內(nèi)外電力設備已向超常規(guī)、超大型方向發(fā)展，百萬千瓦級超超臨界火電機組及核電機組等產(chǎn)品必將成為我國下一輪電力市場建設的主力機型。因此建設百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機試驗站是保證百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機技術發(fā)展及安全生產(chǎn)運行的基礎。基于百萬千瓦級超超臨界火電機組及核電機組等產(chǎn)品目前的發(fā)展狀況，建設的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機試驗站應適應不同容量等級的產(chǎn)品要求，同時要考慮到能源的節(jié)約，試驗站應具有良好的擴充性。

1 設計原則

試驗站拖動系統(tǒng)應是具有先進的電源設備及先進的檢視、測量水平的百萬千瓦級汽輪發(fā)電機試驗站。

試驗站拖動系統(tǒng)應在一定程度上滿足百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機試驗要求，對試驗設備要求具有擴充性。

2 拖動電機及其供電電源的選擇

2.1 拖動電機功率的確定

拖動被試汽輪發(fā)電機的電機容量選擇取決于被試發(fā)電機在做三相短路試驗時的機械損耗和短路損耗。汽輪發(fā)電機的短路損耗包括定子、轉(zhuǎn)子的基本銅耗和雜散損耗。

根據(jù)1 500MW 汽輪發(fā)電機的技術數(shù)據(jù)，定子線圈銅耗(75℃)為3 545kW，轉(zhuǎn)子線圈銅耗(75℃)為4 725kW，雜散損耗為2 235kW，機械損耗為1 330kW，共計總損耗為11 835kW，即進行額定電流下的三相短路試驗時所需要的拖動功率約為12 000kW?？紤]到進行1700 ～1800MW汽輪發(fā)電機試驗的需要及能承受一定的過載，本試驗站拖動電機采用17 000kW的拖動能力。

2.2 拖動系統(tǒng)的多方案比較

2.2.1 采用單臺異步電機的拖動方案(方案一)

本方案的示意圖如圖1 所示。

圖1 單臺異步電機的拖動方案示意圖

本方案采用單臺17MW 的異步電機做拖動電機，拖動電機由變頻器供電適應四象限運行，變頻器為17MW，用于被試汽輪發(fā)電機的起動、制動及短路試驗時的負荷。

2.2.2 采用一臺6MW 異步電動機、一臺11MW同步電動機的拖動方案(方案二)

本方案的示意圖如圖2 所示。

圖2 6MW 異步電動機和11MW 同步電動機的拖動方案示意圖

圖2 中被試汽輪發(fā)電機由一臺6MW 異步電動機和一臺11MW 同步電動機聯(lián)合拖動。6MW 異步電機由變頻器供電，用于被試汽輪發(fā)電機的起動和制動，并承擔空載試驗時的負荷。當進行短路試驗時，11MW 同步拖動電機需掛網(wǎng)運行，承擔短路試驗時的負荷。

2.2.3 采用雙異步電動機的拖動方案(方案三)本方案的示意圖如圖3 所示。

圖3 雙異步電動機的拖動方案示意圖

圖3 中被試汽輪發(fā)電機由一臺6MW 異步電機和一臺11MW 異步電機聯(lián)合拖動。6MW 異步電機由6MW 變頻器供電，用于被試汽輪發(fā)電機的起動、制動、空載試驗及拖動功率不大于6MW的短路試驗。當進行拖動功率大于6MW 的短路試驗時，11MW 異步電機掛網(wǎng)運行與變頻器供電的6MW 異步電機聯(lián)合拖動，共同承擔短路試驗的負荷。

2.2.4 方案比較

通過對三種方案進行比較，發(fā)現(xiàn)各自的特點如下。

方案一操作比較簡單，但是單個拖動電機及變頻裝置的容量巨大、制造較困難并且投資較大，在做容量低一級的汽輪發(fā)電機試驗時較大的拖動電機容量會造成能源的浪費。

方案二中單個拖動電機及變頻裝置的容量較小，因此對電網(wǎng)的諧波污染較小，功率因數(shù)較高。其缺點是同步拖動電機掛網(wǎng)需要精確的準同期操作，為了達到精確準同期的目的，需要異步拖動電機能實現(xiàn)精細的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及準同期裝置對同期條件實現(xiàn)嚴格限制，很難操作。

方案三操作較方案一復雜，但較方案二簡單，也不需要精確的準同步操作，單個拖動電機及變頻裝置的容量較小，并采用結構較簡單的異步電機拖動，投資也比較節(jié)省。一大一小的拖動電機組合，對于不同容量等級的汽輪發(fā)電機可選擇不同的拖動方案，節(jié)約能源。

已建的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機試驗站選擇的是方案三，采用雙異步電機拖動，即一臺電機由變頻器供電，另一臺電機掛網(wǎng)運行的方案。在進行拖動功率大于6MW 的短路試驗時，方案三需要11MW 異步電機掛網(wǎng)運行。根據(jù)同步電機試驗方法中可用自減速法進行短路特性試驗的規(guī)定，異步拖動電機掛網(wǎng)運行所存在的滑差不會影響短路特性試驗的參數(shù)測量。

3 異步電動機掛網(wǎng)線路的檢測

雙異步電動機拖動系統(tǒng)中11MW 異步電動機掛網(wǎng)線路采用自耦起動變壓器起動的方式，安裝調(diào)試時必須確保變壓器進出口三相線的相序是對應的，防止11MW 異步拖動電機與6MW 異步電機轉(zhuǎn)向不一致。相序的檢測程序如下。

(1)自耦起動變壓器相序檢測線路如圖4。

圖4 自耦起動變壓器相序檢測線路圖

圖中開關QV1、QV2、QS2、QV3、QV4、QS4 及自耦起動變壓器組成11MW 異步電動機的起動、并網(wǎng)線路。KM 線路為相序檢測的測試電源。

(2)相序檢測

相序檢測步驟:(a)斷開所有高壓電源;(b)在供電母排上連接380V 電源(圖中開關KM處);(c)斷開QV1，閉合QS2、QV2 開關，QV3 閉合，QS4 閉合，測量QV4 同相序兩端電壓。

(3)相序檢測測量結果

同相序兩端電壓為零，接線正確。(4)抽頭檢測

閉合QV1，閉合QS2、QV2 開關，QV3 閉合，QS4、QV4 閉合，測量QV4 相間電壓。

(5)抽頭檢測測量結果

斷路器下端相間電壓為170V 左右，為380V的45%，抽頭接線無誤。

4 結語

基于雙異步電動機為拖動系統(tǒng)的百萬千瓦級超超臨界汽輪發(fā)電機試驗站已經(jīng)建設完成。在建試驗站中變頻器供電6MW 電動機系統(tǒng)線路上增設了無功補償裝置，以確保試驗系統(tǒng)的供電質(zhì)量及節(jié)省能源。試驗站拖動系統(tǒng)中的各項功能均已完成了模擬試驗，測試結果符合設計要求。

［1］ 譚金超，譚學知.10kV 配電工程設計手冊.北京:中國電力出版社，2004.

［2］ GB 1029—2005 三相同步電機試驗方法.中國國家標準化管理委員會，2005.

［3］ 湯蘊璆，羅應立.電機學(第三版).北京:機械工業(yè)出版社，2008.5.

［4］ 莫岳平，翁雙安.供配電工程.北京:機械工業(yè)出版社，2011.2.