丹江口水電廠150MW發(fā)電機(jī)增容改造的設(shè)計(jì)
丹江口水電廠3#發(fā)電機(jī)原型號(hào)為TS1280/180-60，單機(jī)容量150MW，立軸全傘式結(jié)構(gòu)，采用密閉自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)，機(jī)組1972年5月投入運(yùn)行，定子線圈為環(huán)氧粉云母B級(jí)絕緣。由于發(fā)電機(jī)已運(yùn)行了28年，機(jī)組絕緣性能已明顯下降，另外，該機(jī)定子鐵芯壓指材料為磁性材料，導(dǎo)致定子鐵芯端部階梯齒及壓指嚴(yán)重發(fā)熱，使發(fā)電機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)出力。隨著水輪機(jī)增容改造的進(jìn)行，發(fā)電機(jī)溫度過高的問題將更加突出，成為機(jī)組安全運(yùn)行的重大隱患。所以必須對(duì)該發(fā)電機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，要求在保持額定轉(zhuǎn)速和額定電壓不變的情況下，通過技術(shù)改造，使發(fā)電機(jī)額定出力達(dá)到175MW。改造前后機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如下：
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序號(hào) |
參數(shù)名稱 |
單位 |
改造前 |
改造后 |
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1 |
額定容量 |
KVA |
176500 |
205882.4 |
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2 |
額定功率因數(shù)（滯后） |
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0.85 |
0.85 |
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3 |
額定電壓 |
KV |
15.75 |
15.75 |
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4 |
額定電流 |
A |
6480 |
7547 |
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5 |
額定轉(zhuǎn)速 |
r/min |
100 |
100 |
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6 |
飛逸轉(zhuǎn)速 |
r/min |
218 |
218 |
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7 |
接線方法 |
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3Y |
3Y |
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8 |
絕緣等級(jí) |
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B |
F |
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9 |
凈槽尺寸 |
mm |
26.5×173.5 |
29.9×147.1 |
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10 |
銅線線規(guī) |
mm |
26.3×6.9/3.03×7.5－42 |
2.65×10/2.9×10.25－36 |
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11 |
股線換位角度 |
° |
360 |
320 |
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12 |
轉(zhuǎn)子電壓 |
V |
345 |
359.5 |
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13 |
轉(zhuǎn)子磁極銅材形狀 |
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七邊形 |
翼型 |
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14 |
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑 |
mm |
12038 |
12038 |
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15 |
轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù) |
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21 |
23.5 |
2 定子改造
2.1 定子的槽數(shù)
丹江口水電廠150MW水輪發(fā)電機(jī)改造在電磁設(shè)計(jì)時(shí)從594槽、倒504槽均做了詳細(xì)的計(jì)算研究。若槽數(shù)太多，線負(fù)荷就太大；若槽數(shù)太少，線負(fù)荷又太小。2種槽數(shù)的方案均能利用原勵(lì)磁設(shè)備，勵(lì)磁參數(shù)均沒超過原勵(lì)磁設(shè)備的能力。
改造前的方案為594槽，大齒壓板結(jié)構(gòu)，每張沖片10槽，全圓54片。如采取與改造前的槽數(shù)相同，鐵芯長度一致，沖片內(nèi)外、徑完全一致，故可完全利用原定子機(jī)座，拉緊螺桿孔位置和定位筋位置可原封不動(dòng)，從而明顯縮短工期，為電站及時(shí)發(fā)電作最充分的準(zhǔn)備。與此同時(shí)，594槽方案還具有發(fā)電機(jī)效率最高的優(yōu)點(diǎn)。最終選擇了594槽方案。3#機(jī)改造設(shè)計(jì)時(shí)在1#改造的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了發(fā)電機(jī)接線，降低定子繞組的分布系數(shù)，增大磁場(chǎng)飽和程度，短路比計(jì)算值不小于1.0，設(shè)計(jì)值為1.04。
2.2 定子鐵芯
新定子鐵芯與原定子機(jī)座相匹配，新定子鐵芯的定位筋數(shù)為108根，定子鐵芯采用低損耗，高導(dǎo)磁率，無老化的優(yōu)質(zhì)冷軋無取向硅鋼片DW270-50沖制而成，鐵芯壓緊采用分段預(yù)壓、整體熱壓、兩端膠粘的方式，兩面刷F級(jí)絕緣漆，漆膜厚薄均勻，雙面漆膜厚度不超過0.025mm,并在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)坑內(nèi)整圓疊裝。為有效減少次諧波振動(dòng)，該方案將定子軛寬與槽深之比增至1.5，使次諧波頻率避開了70Hz～120Hz范圍，從而有效降低了磁振動(dòng)幅值。
鐵芯長度1800mm，分成47段設(shè)置46個(gè)高度為6mm的通風(fēng)溝。通風(fēng)溝槽鋼采用非磁性材料1Cr18Ni9Ti熱軋而成，橫載面為工字型，具有減小鐵損和提高機(jī)械性能的雙重作用。為了降低端部軸向漏磁在端部的發(fā)熱，鐵芯上、下兩端沖片沖有小槽，并在上、下兩端疊成臺(tái)階。
上、下壓指采用非磁性材料，以消除其感應(yīng)發(fā)熱和電磁受力。每塊壓板設(shè)有吊環(huán)螺孔。為防止壓指松動(dòng)、斷裂，除采用非磁性鋼和加寬壓指外，設(shè)計(jì)還將壓指直接焊于壓板上。沖片與定子機(jī)座采用雙鴿尾筋固定，定位筋與鐵芯及托塊間有一定的間隙，足以防止由于鐵芯熱膨脹而產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。為保證定子鐵芯在長期運(yùn)行后的緊量，即在沖片毛刺的壓服的沖片漆膜熱收縮后，沖片片間仍有足夠的緊量，螺桿上端套有碟形彈簧。
2.3 定子繞組
定子繞組為雙層條式繞組Y型連接，定子繞組導(dǎo)體為全軟銅材料。定子線圈制造采用先進(jìn)的換位技術(shù)，以最大限度的減少損耗和股間電流，降低運(yùn)行中股間溫差。導(dǎo)線采用股線絕緣厚為0.2mm的滌綸玻璃絲燒結(jié)線，為了消除由端部漏磁產(chǎn)生的股間環(huán)流發(fā)熱,采用直線段320°/322°換位。經(jīng)計(jì)算，該換位角度最佳。所有繞組的連接，包括銅環(huán)引線，極間連接線的連接均采用銀銅焊工藝,端頭接頭焊接后直流電組小于2μΩ。繞組工藝必須保證視絕緣和線棒成為無間隙的嚴(yán)密而均勻的整體，線圈能無損傷的嵌入、取出，整個(gè)線圈能承受潮氣和連續(xù)高溫而不致?lián)p傷,完善的電暈屏蔽使單個(gè)線棒1.5倍額定線電壓時(shí)不起暈。
線棒的工藝采用多點(diǎn)均壓槽底墊低電阻墊條均壓等措施，為使線棒在定子槽內(nèi)與鐵芯間配合緊密，保證線棒與鐵芯單側(cè)間隙小于0.3mm,為了進(jìn)一步提高線棒槽內(nèi)固定的預(yù)緊力，該機(jī)采用波紋板加槽楔固定，絕緣結(jié)構(gòu)按高場(chǎng)強(qiáng)絕緣規(guī)范執(zhí)行，由半導(dǎo)體電紡布替代了工藝上要求嚴(yán)格控制的滌綸適性氈，使槽內(nèi)固定牢靠，不會(huì)因長期運(yùn)行產(chǎn)生收縮而引起槽楔松動(dòng)。
3 轉(zhuǎn)子改造
轉(zhuǎn)子線圈采用翼型銅排繞制爾成，其散熱面積大幅提高。
磁極托板采用整體壓制結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了托板的介電強(qiáng)度，消除了由于拼接托板連接處爬電的可能。該托板的整體性能比拼接托板要高，提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性。
4 通風(fēng)系統(tǒng)
通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)子支架單路循環(huán)、旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗式機(jī)構(gòu)，空氣冷卻器采用雙金屬翅片式冷卻器。在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮發(fā)電機(jī)改造前的機(jī)組狀況和通風(fēng)情況，以及改造后的機(jī)組狀況和通風(fēng)要求，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的比較，選擇了合理的設(shè)計(jì)方案及制造工藝，滿足發(fā)電機(jī)改造的通風(fēng)冷卻要求，具體改造如下：
1）拆除原機(jī)上下斗式風(fēng)扇和相應(yīng)的水平和立式擋風(fēng)板，簡化風(fēng)路結(jié)構(gòu)；
2）在轉(zhuǎn)子磁極上下端利用原機(jī)把合風(fēng)扇的螺栓把合一圈高強(qiáng)度玻璃鋼旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗，增強(qiáng)定轉(zhuǎn)子氣隙壓頭，強(qiáng)化上下齒板區(qū)域的散熱，防止熱風(fēng)回流；
3）改盒形轉(zhuǎn)子支架為圓盤支架結(jié)構(gòu)，減少轉(zhuǎn)子支架旋渦，提高支架有效壓頭；
4）封堵轉(zhuǎn)子支架下入風(fēng)口，消除電機(jī)下風(fēng)洞中的大旋渦；
5）合理增大冷卻器有效面積，冷卻器應(yīng)采用雙金屬翅片式新型高效冷卻器，材質(zhì)采用耐磨且導(dǎo)熱性能高的紫銅管，冷卻器銅管單邊厚度為2mm。
4 結(jié)語
3#機(jī)改造在2001年6月份成功發(fā)電，經(jīng)過3年來的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，效果良好。首先，發(fā)電機(jī)的出力明顯增加，在52.4m水頭時(shí)做機(jī)組的相對(duì)效率實(shí)驗(yàn)，發(fā)電機(jī)的出力打到了125.7MW，而機(jī)組的絕對(duì)效率試驗(yàn)顯示，在40MW—160MW負(fù)荷范圍內(nèi)，機(jī)組平均效率約增加了3%。其次，降低了損耗和溫升，在52.4m水頭時(shí)的通風(fēng)溫升試驗(yàn)表明，當(dāng)負(fù)荷在175MW時(shí)，定子最高點(diǎn)溫聲降低了40K，轉(zhuǎn)子平均銅溫升降低22K，發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗降低281.1KW，負(fù)荷損耗換算到175MW時(shí)降低了1256.8kw，同時(shí)，下機(jī)架處的巨大的旋轉(zhuǎn)風(fēng)徹的消除，從而解決了推力油槽處油得霧化的問題。保證了定﹑轉(zhuǎn)子表面的清潔，有利于提高發(fā)電機(jī)的絕緣壽命。3#機(jī)組的成功改造對(duì)我們以后的幾臺(tái)機(jī)組的改造增容有著很好的借鑒意義。
發(fā)電機(jī)改造的總裝圖
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| 聯(lián)系電話： | 0731-58626841 |
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| 公司郵箱： | 2547364023@QQ.COM |
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