国产QFSN—200—2型汽轮发电机增容改造评估及实施

摘 要：本文介绍了QFSN-200-2型汽轮发电机增容改造的可行性，通过分析提出了改造实施的措施，对改造效果进行了总体评价。

关键词：汽轮发电机；增容；可研；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.156

1 前言

沙角A电厂1号水氢冷汽轮发电机为哈尔滨电机厂设计制造的QFSN-200-2型隐极同步汽轮发电机，其定子铁芯径向氢外冷，定子绕组水内冷，转子绕组本体气隙取气，采用有刷三级励磁系统，于1987年4月投入商业运行。1号汽轮发电机属于上世纪80年代产品，限于当时的设计理念、设计能力及制造加工技术等因素，机组效率低，运行经济性差。经过近20多年的运行，机组重要部件的老化，也同样影响着机组的运行安全。在这种情况下，沙角A电厂于2013年进行了汽轮机通流改造，同时对发电机进行增容改造。

2 发电机增容评估及改造

经过计算分析，发电机出力从200MW增至220MW后，在功率因数、出口电压、频率、运行氢压不变的情况下，发电机额定电流将增加至9488A，额定励磁电流增加至1884A，发电机定子线棒最高铜温升为33K，按定子线棒进水温度50℃计算，绕组线棒的最高温度将不超过83℃，根据国标《GB/T 7064-2008隐极同步发电机技术要求》温升还有较大裕量，可以扩容至220MW，但由于发电机增容后总损耗约增加了193kW，因此需对发电机的冷却系统进行改造，根据厂家建议，可以将冷却器更换为最新型穿片式氢冷却器，相比原绕簧式冷却器的换热容量高出35%，能满足发电机增容后的散热要求。同时，可以在定子铁芯内圆冷热风区之间加装径向气隙隔板进一步改善冷却效果（见图1），以减少冷热风气流的混合，确保转子具有较低的进风温度，强迫气隙处冷却气体流经转子，提高转子冷却风量。同时也减少端部气隙气流对内部风区的干扰，从而可确保转子温升分布的均匀性和定子风量分布的合理性。另外，由于增容后定子绕组端部电动力增加约21%，定子线圈端部固定结构也需进行改进加固。

1号发电机主励磁机设计容量为1060kW，额定电压UFn=400V（200MW）、额定电流IFn=1800A，主励的储备系数K=1.213，设计容量裕度较大，能满足发电机出力增加到220MW的要求。1号机主励空气冷却器为绕簧式，背包式放置，每一风路上只有一只冷却器，不能满足“停运一个冷却器，仍能保证额定出力”的要求，运行可靠性较差，需将冷却器改为一组两个冷却器，共两组。1号机组副励磁机设计容量為40kW，额定电压为161V、额定电流为165A，其储备系数K=1.227，设计容量裕度能满足发电机出力增加10%的要求。

发电机励磁用整流装置型号为ZGLF-2000A/1000V，其整流装置额定输出为2000A/1000V，能够满足单柜运行时具有2倍强励的要求。自动灭磁开关为科大创新股份有限公司DMX-2300-4/0型，过电压装置为MB61型，额定长期允许分断能力为DC2000V、3768A，可以满足增容要求。励磁调节系统为北京吉思电气有限公司的GEC-332调节器。主励磁机额定励磁电流为148.9A，励磁系统可控硅按单个整流桥额定输出电流为300A设计，满足1.1倍励磁电流长期运行和短时强励的要求。

3 增容改造效果

1号发电机增容改造，通过更换全部发电机定子槽楔，更换发电机四个冷却器及主励磁机2个冷却器，发电机定子加装风区隔板，定子线圈端部加固等工作，将发电机额定出力由200MW增容至220MW。相较原发电机，改造后机组运行至今，呈现以下几大优势：

（1）通过汽轮机通流、发电机增容改造，整个机组能耗大大降低，经济效益明显，符合国家节能减排政策。

（2）运行更加可靠，发电机定子槽楔全部更换为新型加固槽楔，紧力符合规范要求，不易松动，可最大程度保证发电机定子绕组安全运行。

（3）运行温度控制在合理范围。发电机增容后运行时转子电流、定子电流增加导致的发电机各部件温度升高，影响机械强度及绝缘件寿命及性能，通过更换高效氢气冷却器，并在定子膛内加装风区隔板等工作，保证发电机定子铁芯带220MW负荷时不超过95℃，定子绝缘温度不超过85℃，确保了发电机的安全运行。

4 结束语

沙角A电厂1号发电机增容改造完成后，机组的性能得到了提升，发电机出力增大了10%，安全性、可靠性也大大提高，取得了良好的经济效益及社会效益，为其他机组的改造提供了宝贵经验。

参考文献：

[1]全国旋转电机标准化技术委员会.GB/T 7064-2008隐极同步发电机技术要求[S].北京：中国标准出版社，2008.

作者简介：舒涛（1982-），男，电气工程师，主要研究方向：电气设备检修。