大唐秦嶺發(fā)電有限公司 梁忠海

引言

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等分布式發(fā)電的發(fā)展，新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)所占的比例不斷提升，目前在西北地區(qū)的占比已達(dá)20%～30%左右，部分地區(qū)占比高達(dá)40%。為提高對(duì)新能源的吸納，降低棄風(fēng)、棄光率，電網(wǎng)對(duì)燃煤火電機(jī)組實(shí)行競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、靈活性調(diào)峰，使得燃煤火電機(jī)組原來(lái)主要承擔(dān)“基荷”運(yùn)行轉(zhuǎn)變成調(diào)峰方式運(yùn)行，并且機(jī)組深調(diào)幅度不斷提高，最高深調(diào)幅度已達(dá)90%。頻繁深調(diào)的運(yùn)行方式對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)的靈活性、可靠性、安全性等提出了更高的要求。

某公司#7、#8機(jī)由東方電機(jī)有限公司供貨，發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN-660-2-22，額定容量630MW。其中#7機(jī)出廠編號(hào)HD270-1-12，于2011年12月投運(yùn)；#8機(jī)出廠編號(hào)為HD270-2-12，于2012年12月投運(yùn)。兩臺(tái)機(jī)組投運(yùn)至今已有近11年。

1 深度調(diào)峰對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

深度調(diào)峰就是受電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大影響而導(dǎo)致各發(fā)電廠降出力、發(fā)電機(jī)組超過(guò)基本調(diào)峰范圍進(jìn)行調(diào)峰的一種運(yùn)行方式，一般燃煤火電機(jī)組的深調(diào)幅度為30%～50%額定負(fù)荷。目前，燃煤火電呈現(xiàn)出參與調(diào)峰、啟停調(diào)峰機(jī)組數(shù)增多、利用小時(shí)數(shù)減少、機(jī)組負(fù)荷率低、負(fù)荷變化快等特點(diǎn)。

基于行業(yè)需求，燃煤火電發(fā)電機(jī)在最初設(shè)計(jì)制造時(shí)，主要考慮以帶基負(fù)荷長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行為主，具備一定程度上的調(diào)峰運(yùn)行能力。但近年來(lái)的能源行業(yè)發(fā)展對(duì)基荷型發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式不斷帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，煤電機(jī)組由基荷電源向調(diào)節(jié)電源進(jìn)行轉(zhuǎn)變，因此煤電機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻、輔助服務(wù)等功能將愈發(fā)突顯。雖然發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)之初，考慮了各種運(yùn)行環(huán)境對(duì)發(fā)電機(jī)的影響，也采取了相應(yīng)的措施加以應(yīng)對(duì)，具備一定的適應(yīng)性。但是由于深調(diào)為近幾年才出現(xiàn)的，之前很少發(fā)電機(jī)廠家及發(fā)電企業(yè)對(duì)此進(jìn)行跟蹤分析。

長(zhǎng)期、頻繁的脹縮會(huì)使轉(zhuǎn)子銅線，特別是轉(zhuǎn)子端部頂匝線圈的銅線容易因應(yīng)力蠕變而發(fā)生變形，進(jìn)而可能發(fā)展成匝間短路，尤其是目前調(diào)度對(duì)調(diào)節(jié)響應(yīng)速率要求愈發(fā)嚴(yán)格的情況下，問(wèn)題更為突出。調(diào)峰調(diào)頻運(yùn)行對(duì)基荷型發(fā)電機(jī)的影響是多方面的，主要包括以下方面：

由于定子銅鐵溫度脹差，容易引起定子繞組槽內(nèi)固定件、端部支撐結(jié)構(gòu)件和端部綁扎固定件的松動(dòng)、磨損等；調(diào)峰調(diào)頻運(yùn)行時(shí)的鐵芯受周期性熱應(yīng)力和交變磁場(chǎng)影響，容易引起定子鐵芯松動(dòng)、過(guò)熱等；由于轉(zhuǎn)子銅鐵脹差，引起轉(zhuǎn)子銅線循環(huán)蠕變產(chǎn)生轉(zhuǎn)子線圈熱疲勞變形、轉(zhuǎn)子匝間絕緣磨損，進(jìn)而可能發(fā)展成為匝間短路，造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)加大或接地等；對(duì)發(fā)電機(jī)零部件壽命、機(jī)內(nèi)漏油等也存在一定影響。

建議參與調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組提前做好策劃部署，在機(jī)組大修期間，有針對(duì)性的進(jìn)行發(fā)電機(jī)升級(jí)提質(zhì)改造，提高發(fā)電機(jī)適應(yīng)深度調(diào)峰調(diào)頻的靈活性運(yùn)行能力，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。在升級(jí)提質(zhì)改造前增加檢查、檢修頻次，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組狀態(tài)的監(jiān)控和掌握，及時(shí)消除一些缺陷，防止缺陷擴(kuò)大引起事故。

2 解決方案

2.1 靈活性改造前

2.2 靈活性改造方案

維持目前參數(shù)不變：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的升級(jí)提質(zhì)改造；發(fā)電機(jī)定子現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造；其他適應(yīng)性改造。

2.2.1 發(fā)電機(jī)檢查評(píng)估試驗(yàn)

改造實(shí)施前均應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行以下檢查評(píng)估試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)缺陷或隱患應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理并消除，以保證機(jī)組后續(xù)改造的順利進(jìn)行。

發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷下的溫升試驗(yàn)，主要項(xiàng)目有：發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷下的定子繞組溫度（層間）；發(fā)電機(jī)定子繞組冷卻水的進(jìn)、出水溫度；發(fā)電機(jī)定子鐵芯的溫度；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的溫度；發(fā)電機(jī)冷卻器進(jìn)水及發(fā)電機(jī)冷風(fēng)、熱風(fēng)溫度；集電環(huán)的溫度；發(fā)電機(jī)各軸承振動(dòng)及軸振測(cè)量；發(fā)電機(jī)軸電壓測(cè)量；發(fā)電機(jī)漏氫量測(cè)量；發(fā)電機(jī)整體氣密試驗(yàn)。

定子繞組檢查及試驗(yàn)：定子繞組及其固定件檢查。檢查端部繞組絕緣有無(wú)變色、破損、開(kāi)裂、脫漆，檢查端部綁扎固定是否有松動(dòng)磨損跡象，定子槽楔松緊檢查，定子線圈槽口是否有磨損跡象，定子環(huán)形引線和過(guò)渡引線綁扎固定是否有松動(dòng)磨損，定子繞組端部滑移件是否存在磨損及松動(dòng)，定子繞組進(jìn)出水匯流管及絕緣引水管有無(wú)彎癟、開(kāi)裂、磨損跡象；定子繞組絕緣性能試驗(yàn)：絕緣電阻和吸收比、直流耐壓及泄漏試驗(yàn)、手包絕緣局部泄漏電流試驗(yàn)、起暈及交流耐壓試驗(yàn)；定子繞組水路試驗(yàn)：熱水流試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)、超聲波水流量試驗(yàn)；定子繞組端部及環(huán)形引線模態(tài)試驗(yàn)。

定子端部緊固件檢查。各種螺釘、螺母是否有松動(dòng)跡象；定子各測(cè)溫元件檢查；定子鐵芯檢查及試驗(yàn)：定子鐵芯外觀檢查：鐵芯有無(wú)水斑、銹蝕、油垢、金屬或絕緣粉末等異常，有無(wú)碰傷擦毛（毛邊毛刺，凹凸點(diǎn)），是否有異物卡澀；檢查鐵芯松緊及緊固情況；鐵芯發(fā)熱試驗(yàn)。

定子出線部分檢查。定子支撐瓷瓶緊固件是否有松動(dòng)，支撐瓷瓶是否有裂紋；出線瓷瓶是否有裂紋，出線瓷瓶是否有積油。

轉(zhuǎn)子檢查。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子跳動(dòng)檢查、外觀檢查及轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻測(cè)試，其余檢測(cè)項(xiàng)待返廠進(jìn)行；端蓋、軸承及油密封檢查。整機(jī)氣密試驗(yàn)時(shí)，檢查是否存在泄漏點(diǎn)。檢查軸承各接觸面的接觸面積是否合格。檢查勵(lì)端軸承、密封座、高壓油頂、擋油蓋的絕緣電阻是否合格。

在教學(xué)進(jìn)程中，教師每一環(huán)節(jié)的推進(jìn)，每一步驟的實(shí)現(xiàn)心中要裝著細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)，眼中觀察學(xué)生的表現(xiàn)，隨時(shí)丈量標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)生認(rèn)知的偏差，選擇合適的評(píng)價(jià)方法和策略，扎實(shí)有效指導(dǎo)。

刷架及穩(wěn)定軸承檢查。刷架是否有過(guò)熱、放電痕跡。刷握彈簧壓力檢查。穩(wěn)定軸承是否有放電腐蝕痕跡。穩(wěn)定軸承球面、合縫面接觸檢查。穩(wěn)定軸承絕緣電阻檢查；發(fā)電機(jī)歷次故障或事故情況（若有）。電廠根據(jù)發(fā)電機(jī)自投運(yùn)以來(lái)的歷次故障或事故的資料，包括故障或事故的現(xiàn)象、處理過(guò)程、處理結(jié)果，用于綜合評(píng)估發(fā)電機(jī)狀況。

2.2.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的升級(jí)提質(zhì)改造

轉(zhuǎn)子外觀檢查。聯(lián)軸器、軸頸、護(hù)環(huán)、槽楔等部分有無(wú)有碰傷、過(guò)熱、放電等痕跡；更換轉(zhuǎn)子全部絕緣件。對(duì)導(dǎo)電桿絕緣和集電環(huán)絕緣進(jìn)行預(yù)防性耐壓試驗(yàn)評(píng)估，若有異常則進(jìn)行更換；更換導(dǎo)電螺釘?shù)拿芊饧?、絕緣件；檢查轉(zhuǎn)子線圈是否存在變形，并進(jìn)行相應(yīng)處理；對(duì)轉(zhuǎn)子軸頸、聯(lián)軸器、風(fēng)扇座環(huán)、護(hù)環(huán)進(jìn)行無(wú)損探傷檢查；檢查集電環(huán)外圓跳動(dòng)，必要時(shí)車削處理；轉(zhuǎn)子線圈端部改造為彈性伸縮結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子兩端中心環(huán)鉆孔加裝彈簧伸縮結(jié)構(gòu)。增加轉(zhuǎn)子線圈在軸向伸縮空間，提高轉(zhuǎn)子線圈適應(yīng)負(fù)荷變化的能力；按新產(chǎn)品生產(chǎn)流程進(jìn)行全部試驗(yàn)項(xiàng)目，包括電氣試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)、通風(fēng)試驗(yàn)、動(dòng)平衡及超速試驗(yàn)。

2.2.3 發(fā)電機(jī)定子現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行頻繁調(diào)峰適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

圖1 定子槽內(nèi)固定改造前（左）、改造后（右）

定子槽內(nèi)固定改造。將原“斜槽楔+斜楔”結(jié)構(gòu)的定子槽楔及固定件，更換為“斜槽楔+斜楔+波紋板”結(jié)構(gòu)定子槽楔及固定件，以提高定子線圈在槽內(nèi)固定的可靠性。

增設(shè)定子線圈槽口塊。在定子線圈兩端的出槽口位置增加槽口塊，加強(qiáng)定子線圈槽口固定，有效避免定子線圈槽口部位的松動(dòng)、磨損。注意：安裝下層線圈的槽口塊前，需要將全部上層線圈從槽內(nèi)取出。

圖2 增設(shè)定子線圈槽口塊

定子線圈端部固定優(yōu)化。根據(jù)東電近些年來(lái)600MW等級(jí)機(jī)組的電廠實(shí)際運(yùn)行狀況，東電對(duì)600MW 等級(jí)發(fā)電機(jī)定子端部線圈綁扎方式進(jìn)行了優(yōu)化，使線圈端部固定更加可靠。此外，發(fā)電機(jī)增容后定子電流增大，定子線圈受到的電動(dòng)力也將增大，增加了線圈端部墊塊、綁繩松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。為提高線圈固定的可靠性，需對(duì)線圈端部的綁扎方式進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 定子線圈端部固定優(yōu)化改造前（左）、改造后（右）

氫氣冷卻器改造。將原繞片式四組冷卻器，更換為整張串片式四組冷卻器，以提高冷卻器換熱容量（由1030kW 增至1150kW），確保發(fā)電機(jī)改造后安全可靠運(yùn)行。

2.2.4 其他適應(yīng)性改造

測(cè)溫接線板改造，將現(xiàn)有穿針式測(cè)溫接線板進(jìn)行升級(jí)，改造成了密封性能更好、質(zhì)量更可靠、檢修更方便的插拔式航空插座結(jié)構(gòu)；增加接觸式油檔裝置。在密封瓦與內(nèi)擋油蓋之間增加一道接觸式油檔，有效防止密封油進(jìn)入機(jī)內(nèi)給發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

圖4 測(cè)溫接線板改造

增加碳刷電流及集電環(huán)溫度智能監(jiān)測(cè)裝置。在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)碳刷電流和集電環(huán)溫度情況，提早預(yù)防故障的發(fā)生和擴(kuò)大；定子出線陶瓷支撐瓷瓶改造為環(huán)氧樹(shù)脂材料的支撐瓷瓶。原陶瓷支撐瓷瓶受振動(dòng)影響容易產(chǎn)生裂紋。新型環(huán)氧樹(shù)脂支撐瓶熱穩(wěn)定性好、固定可靠；將匯流管直接接地改為絕緣結(jié)構(gòu)，方便機(jī)組檢修時(shí)測(cè)量定子繞組絕緣電阻和進(jìn)行相關(guān)電氣試驗(yàn)。

圖5 增加碳刷電流及集電環(huán)溫度智能監(jiān)測(cè)裝置

原熱電偶測(cè)溫元件更換為熱電阻測(cè)溫元件。早期600MW 等級(jí)發(fā)電機(jī)采用熱電偶作為定子鐵芯和定子繞組出水測(cè)溫元件，受機(jī)組運(yùn)行時(shí)電磁場(chǎng)影響，其可靠性不高，可能出現(xiàn)溫度測(cè)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。若需進(jìn)行邊端鐵芯改造，則建議同時(shí)將鐵芯、壓圈、銅屏蔽、定子線圈水溫的測(cè)溫元件全部更換為熱電阻元件，并將測(cè)溫接線板也配套改造為插拔式航空插座結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的適應(yīng)性改造，基本解決了發(fā)電機(jī)在頻繁深調(diào)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子溫度大幅度、周期性變化，由于部件材料膨脹系數(shù)差異引起脹差，所導(dǎo)致的零部件產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞、松動(dòng)、磨損、變形等問(wèn)題，對(duì)目前參與深度調(diào)峰的火電機(jī)組發(fā)電機(jī)的改造有一定借鑒作用。