肖智毓，于代軍，李宗營

(山東齊魯電機制造有限公司， 山東濟南　250100)

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中小型空冷燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)需要注意的幾個問題

肖智毓，于代軍，李宗營

(山東齊魯電機制造有限公司， 山東濟南250100)

摘要：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組以其熱效率高、造價低、環(huán)境性能好、占地少、運行調(diào)整靈活等優(yōu)點得到了快速發(fā)展。與燃?xì)廨啓C配套的燃?xì)廨啺l(fā)電機由于技術(shù)相對簡單，且我國汽輪發(fā)電機制造技術(shù)與國際水平相差不大，因此我國各大發(fā)電設(shè)備制造廠家均已著手研發(fā)燃?xì)廨啺l(fā)電機。對中小型空冷燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)過程中與傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機幾個不同點進行探討，總結(jié)了中小型空冷燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)需要注意的幾個問題，供燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)者和用戶們參考。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啺l(fā)電機；設(shè)計；制造

0引言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組以其熱效率高、造價低、環(huán)境性能好、占地少、運行調(diào)整靈活等優(yōu)點得到了快速發(fā)展。隨著“西氣東輸”及“引進液化天然氣”工程的實施，我國燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的發(fā)展將會更加快速。我國燃?xì)廨啓C制造技術(shù)和國外相比還有一定的差距，至今還沒有掌握大型燃?xì)廨啓C產(chǎn)品整套設(shè)計、制造技術(shù)。

與燃?xì)廨啓C配套的燃?xì)廨啺l(fā)電機技術(shù)相對簡單，且我國汽輪發(fā)電機制造技術(shù)與國際水平相差不大，因此我國各大發(fā)電設(shè)備制造廠家均已著手研發(fā)燃?xì)廨啺l(fā)電機?，F(xiàn)在國內(nèi)市場的燃?xì)廨啺l(fā)電機組大部分在300 MW以下。此等級及以下發(fā)電機組，空冷發(fā)電機具有其他冷卻方式無可比擬的優(yōu)勢。

根據(jù)市場需要，企業(yè)相繼研發(fā)了與燃?xì)廨啓C配套的30 MW等級、80 MW等級發(fā)電機產(chǎn)品，用戶反應(yīng)良好。本文對30 MW等級、80 MW等級等中小型燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)過程中與傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機幾個不同點進行了探討，供燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)者和用戶們參考。

1方案選型

燃?xì)廨啺l(fā)電機組不需要傳統(tǒng)燃煤汽輪發(fā)電機組那樣的雙層廠房布置，一般是直接布置在0米層，目前國內(nèi)比較常見的燃?xì)廨啺l(fā)電機多為燃機制造廠家成套供應(yīng)，很多發(fā)電機(如西門子公司、英國BRUSH公司)采取在發(fā)電機基礎(chǔ)建一個土建平臺。這種結(jié)構(gòu)方式不僅增加了電廠的土建成本和機組維護工作量，也影響了機組的外形美觀。我們加高發(fā)電機中心高的同時，將發(fā)電機空冷器放置在發(fā)電機定子下部，使得空冷器的安裝、拆卸更加方便。典型燃?xì)廨啺l(fā)電機外形圖如圖1。

從經(jīng)濟性考慮，發(fā)電機價格相對燃機而言非常低，因此一般發(fā)電機額定工況需與燃機的冬季工況相匹配。而燃機在冬季工況下的最大連續(xù)出力增加并不很大，因此燃?xì)廨啺l(fā)電機的超發(fā)能力可適當(dāng)縮小，與燃機在冬季工況下的最大連續(xù)出力匹配或稍大一點即可。其他電氣選型與傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機相同。

圖1　燃?xì)廨啺l(fā)電機外形圖

2調(diào)峰運行能力

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組一般為供熱、調(diào)峰運行機組，在供熱高峰期以熱定電供熱運行，用電高峰期按調(diào)峰運行。對于按連續(xù)負(fù)荷運行的機組來說，絕緣老化、氧化和腐蝕是影響壽命的主要因素，而對于頻繁啟停的機組來說，熱疲勞和機械疲勞是影響壽命的主要因素。對于調(diào)峰運行機組，我們在傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機組中已有大量成熟的經(jīng)驗，如采取定子VPI整體絕緣系統(tǒng)(圖2)、轉(zhuǎn)子線圈層間增加滑移層、轉(zhuǎn)子線圈端部加強墊塊綁扎、轉(zhuǎn)子線圈端部設(shè)置彈性裝置等技術(shù)措施。

圖2　VPI整體浸漬絕緣后的定子

3中心高增大

為減小電廠的土建成本和機組維護量，發(fā)電機中心高也調(diào)成和燃機中心高一致的高度。這樣就使得發(fā)電機機座尺寸增大很多，這也是燃?xì)廨啺l(fā)電機與蒸汽輪發(fā)電機的最大區(qū)別之一，并將對發(fā)電機產(chǎn)生多方面的影響。

第一，提高了機座剛度要求。機座作為固定、支撐、保護定子鐵心、定子繞組之用，同時它還構(gòu)成發(fā)電機通風(fēng)循環(huán)回路。機座高度增大，勢必對其剛度、強度要求大大的提高。采取在機座下部增加加強板(圖3)、機座整體框架焊接結(jié)構(gòu)等方法，經(jīng)過機組的實際運行(最早的已商業(yè)運行八年時間)，證明了這種方法是行之有效的。

圖3　機座加強底板

第二，燃?xì)廨啺l(fā)電機的機座不僅受定子鐵心的倍頻振動影響，也受轉(zhuǎn)子的質(zhì)量及振動影響。遵循標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10392—2002《透平發(fā)電機定子鐵心、機座模態(tài)試驗分析和振動測量方法及評定》規(guī)定：“定子鐵心和定子機座橢圓固有頻率應(yīng)避開倍頻的±10%”，“對于軸承與機座連接在一起的發(fā)電機，機座的固有頻率還應(yīng)避開轉(zhuǎn)頻為宜”。因此在設(shè)計機座時，須核算機座的固有頻率，采取措施使其避開轉(zhuǎn)子基頻及倍頻，并注意留有較大范圍余量以消除制造工藝的偏差引起機座動特性的分散性影響。汽輪發(fā)電機減小振動的處理方法也可以應(yīng)用到燃?xì)廨啺l(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如轉(zhuǎn)子大齒部分開橫向槽減小轉(zhuǎn)子倍頻振動、鐵心與機座間加彈性裝置(圖4)以減小振動的傳遞等方法。

1. 焊在鐵心上的環(huán)； 2. 兩側(cè)起彈簧作用的固定板

第三，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組采用單層布置，定子下部空間有限。對于大中型發(fā)電機組，發(fā)電機額定電流非常大，采用電纜出線是不可能的，只能采用較粗的銅排引出電子電流。不管從電氣絕緣方面還是機械安裝方面考慮，還像汽輪發(fā)電機一般采用的定子下出線的方式是不合適的。所以，目前的燃?xì)廨啺l(fā)電機一般采用上出線或側(cè)出線方式。

4啟動方式

燃?xì)廨啺l(fā)電機組的起動方式可分為機械式和電氣式。機械式主要應(yīng)用于發(fā)電機末端加一個起動電機來拖動整個機組的起動。對于這種起動方式，發(fā)電機轉(zhuǎn)子整個軸系在起動是需承受一定的強度，像汽輪發(fā)電機末端一般有勵磁機懸掛軸、接地軸，而其軸徑往往較小，因此必須核算其強度是否能滿足要求或者采用替代方法。電氣式主要應(yīng)用于變頻方式將燃?xì)廨啺l(fā)電機作為起動電機來實現(xiàn)整個機組的起動。對于大功率機組來說，由于機組本身的軸功率太大，外配起動電機已不可能，采取靜止變頻器(SFC)啟動方式是唯一的辦法。對于電氣式起動方式，一般要求發(fā)電機作為啟動同步電動機，啟動電源從廠用電引接，在發(fā)電機定子繞組上加變頻交流電源和在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上加勵磁電源，由專用隔離變壓器通過SFC整流和變頻后，經(jīng)隔離開關(guān)輸入發(fā)電機，從而使機組慢慢升速至自持轉(zhuǎn)速。

5快裝式

對于燃?xì)廨啺l(fā)電機組，由于其單層布置的特點，燃?xì)廨啺l(fā)電機一般要求室外布置，采用帶有防雨功能的隔音罩，既滿足了燃?xì)廨啺l(fā)電機室外布置的要求，也大大降低了發(fā)電機組的噪聲水平。

對于燃?xì)廨啺l(fā)電機來說，定子為最大(重)部件，其次是轉(zhuǎn)子，如80 MW等級燃?xì)廨啺l(fā)電機定子重量在100 t左右，轉(zhuǎn)子在25 t左右，其他部件軸承、勵磁機、空冷器等都在3 t左右及以下。我們對燃?xì)廨啺l(fā)電機一般采用快裝式機組。機組在制造廠組裝，以整臺或幾個大件的形式提供給用戶，可以大大縮短機組的安裝時間，降低電站造價，并提高機組的運行可靠性。

圖5　準(zhǔn)備整體發(fā)運的燃?xì)廨啺l(fā)電機

在機組進行檢修(一般是指大修)時，定子是不需再起吊的，其最大起吊部件為轉(zhuǎn)子。依據(jù)現(xiàn)場一般具備的現(xiàn)有條件，如汽車起吊機、空氣壓縮機等，配備簡單的抽裝轉(zhuǎn)子專用工具，即可在現(xiàn)場實現(xiàn)抽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子檢修。

6結(jié)語

我國汽輪發(fā)電機的設(shè)計、制造技術(shù)已接近于世界先進水平。隨著燃?xì)廨啺l(fā)電機組的迅速發(fā)展，我們應(yīng)該利用自己的設(shè)計、制造汽輪發(fā)電機經(jīng)驗，應(yīng)用到燃?xì)廨啺l(fā)電機的研發(fā)上，形成我們?nèi)細(xì)廨啺l(fā)電機領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。本文總結(jié)了中小型空冷燃?xì)廨啺l(fā)電機在研發(fā)過程中與汽輪發(fā)電機的區(qū)別點和特點，供燃?xì)廨啺l(fā)電機研發(fā)者參考。

肖智毓，男，1978年生，沈陽工業(yè)大學(xué)電機及其控制專業(yè)畢業(yè)。從事空冷汽輪發(fā)電機設(shè)計工作。

作者簡介：