靳慧勇 趙永昌 梁洪濤

摘? 要：短路試驗發(fā)電機對于提升國家電力系統(tǒng)運行水平和大電流試驗效果能夠發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)主要介紹哈爾濱電機廠有限公司自主設計的不同類型和不同容量大型短路試驗發(fā)電機的主要技術參數(shù)和設計結構特點，并進行了優(yōu)化設計。

關鍵詞：短路試驗發(fā)電機;有功;無功;容量;設計特點

0? ? 引言

隨著我國輸電系統(tǒng)電壓、容量以及輸電距離不斷提升，高壓斷路器和變壓器等元件的重要性顯得更為突出，短路試驗發(fā)電機（沖擊發(fā)電機）可用于電力系統(tǒng)中的高壓電器如高中壓斷路器、電氣開關、變壓器、電纜等元件的短路電流開斷、電氣強度、短時承受能力、高瞬態(tài)電流和熱穩(wěn)定等項試驗，因此大容量短路試驗發(fā)電機對保證電網(wǎng)和電力系統(tǒng)安全運行具有十分重要的地位和作用。

1? ? 短路試驗發(fā)電機參數(shù)選型和優(yōu)化

短路發(fā)電機[1]作為試驗對象，需要在短時間內(nèi)承受極大電流，工作在常規(guī)發(fā)電機的突然短路狀態(tài)，同時隨著試驗對象的參數(shù)日趨提高，對短路試驗發(fā)電機短路電流、額定電壓以及電流和電壓衰減的要求也越來越高。

1.1? ? 短路試驗發(fā)電機組工作原理

短路試驗發(fā)電機先由電動機拖動，當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速后，輸入勵磁建立電壓，在額定空載電壓下機械能經(jīng)瞬態(tài)短路后變?yōu)殡娔?，即短路期間巨大的電流被輸送到試驗對象上。根據(jù)短路試驗要求，發(fā)電機在短短的1 s時間或幾個周波內(nèi)將流過巨大的短路電流，這就要求超瞬變電抗和瞬變電抗越小越好，且兩者越接近越好。同時要求短路試驗發(fā)電機時間常數(shù)適當，時間常數(shù)大，即短路電流衰減小，但不利于勵磁系統(tǒng)施加強勵。

1.2? ? 短路試驗發(fā)電機參數(shù)選型和優(yōu)化

無功短路試驗發(fā)電機主要技術參數(shù)如表1所示。

基于QFCJ-6500-2和QFCJ-3200-2型短路試驗發(fā)電機，通過電磁參數(shù)優(yōu)化，先后開發(fā)了5 900 MVA和兩種不同電壓等級的3 200 MVA短路試驗發(fā)電機，優(yōu)化后機組Xd′/Xd″比值降低，進一步降低了短路過程中電流衰減。同時根據(jù)用戶的特殊需求，開發(fā)了18 kV等級高壓短路試驗發(fā)電機。

1.3? ? 短路試驗發(fā)電機結構特點

短路試驗發(fā)電機采用臥式隱極式交流同步發(fā)電機結構，座式軸承，為了在短路過程中施加和控制勵磁，通常采用靜止勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機工作制為間斷運行，為保證發(fā)電機安全可靠運行，發(fā)電機組采用空氣冷卻，定子鐵芯、繞組為多路徑向通風，轉(zhuǎn)子空外冷。

定子采用整體機座，鐵芯采用高導磁性、低損耗的無取向硅鋼片疊制，鐵芯與機座之間設置彈性定位筋，同時在鐵芯兩端由整體壓圈與定位筋螺桿將鐵芯壓緊。為了對抗突然短路時的巨大電動力，定位筋與機座焊接固定，并且發(fā)電機鐵芯端部無階梯段鐵芯，有擴槽，在此處墊滌綸氈用環(huán)氧填料將線圈固定牢靠。因為短路試驗發(fā)電機在極短時間內(nèi)流過巨大的電流產(chǎn)生的電動力作用在繞組端部會引起繞組振動和變形，同時沖擊發(fā)電機每年要進行數(shù)千次短路試驗，定子繞組端部采用特有的屏蔽結構及端部環(huán)氧樹脂灌注填充工藝，保證發(fā)電機安全可靠運行。

根據(jù)試驗工況需求，發(fā)電機可以進行三相短路試驗也可以進行兩相短路試驗。同時為了滿足系統(tǒng)強勵要求，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)設置通長阻尼繞組和槽楔全阻尼繞組。

2? ? 短路試驗發(fā)電機結構優(yōu)化

2.1? ? 提升機組工況適用性

擴大機組適用范圍，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體結構進行優(yōu)化設計，以使發(fā)電機可以兼容50 Hz和60 Hz運行工況。

2.2? ? 提高發(fā)電機短路容量和工作電壓

短路試驗發(fā)電機機端短路容量與發(fā)電機及工作電壓平方成正比，與超瞬變電抗成反比，因此提升發(fā)電機工作電壓是提高發(fā)電機短路容量最有效的方式。同時隨著電力系統(tǒng)和電網(wǎng)容量、電壓不斷提高，現(xiàn)有短路試驗發(fā)電機工作電壓已不滿足試驗設備的要求?，F(xiàn)有短路試驗發(fā)電機最高工作電壓為15 kV，后續(xù)可根據(jù)用戶需求提高發(fā)電機工作電壓至18～20 kV。

2.3? ? 優(yōu)化機組設備

短路試驗發(fā)電機組包括發(fā)電機、拖動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)。隨著技術進步，可進一步優(yōu)化機組系統(tǒng)，在發(fā)電機尾端安裝變頻啟動系統(tǒng)，取消常規(guī)拖動電機系統(tǒng)。一方面可以減小短路試驗發(fā)電機機組軸系長度，縮短廠房長度，降低造價;另一方面，變頻啟動系統(tǒng)日益成熟，智能化程度高，可以提高機組的可靠性，減少機組的維護。

2.4? ? 機組狀態(tài)監(jiān)測和維護

短路試驗發(fā)電機屬于特殊發(fā)電機，其運行工況惡劣，因此應對其進行全生命周期的運行狀態(tài)監(jiān)測和分析，并根據(jù)機組運行分析和診斷結果進行維護和檢修，以保證機組運行可靠性。

3? ? 結語

哈爾濱電機廠通過自主研發(fā)，設計生產(chǎn)制造了具有自主知識產(chǎn)權的不同類型大型短路試驗發(fā)電機。該產(chǎn)品的應用，極大地提升了我國大電流電氣設備質(zhì)量檢測能力和水平，實現(xiàn)了強電流沖擊試驗跨越式發(fā)展，為我國高壓、特高壓輸變電技術和裝備的發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

[參考文獻]

[1] 陳世坤.電機設計[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

收稿日期：2020-07-03

作者簡介：靳慧勇（1979—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，高級工程師，從事汽輪發(fā)電機和新產(chǎn)品開發(fā)設計工作。