世界首台700MW级双水内冷汽轮发电机的可行性研究

（京能（锡林郭勒）发电有限公司，内蒙古锡林郭勒 026000）

1.项目背景

随着我国经济发展水平的提升，人们的用电需求也在不断增大，根据近年来华北电网日用电量曲线来看，总体的电量缺口仍比较大。面对这样的问题，有必要在现有的基础上进一步突破双水内冷发电机组的容量，也就是开启世界首台700MW双水内冷发电机组的研究，如果可以取得进展就可以有效弥补当前的电量缺口，进而整个行业的发展都有着至关重要的意义[1]。全球首批两台660MW双水内冷发电机现阶段已经成功投入商业运营，据实际的运行情况来看，该发电机具有效率高、温升低以及振动小等优势，有效弥补了传统发电机的技术缺陷。与此同时，该发电机技术最为突出的特点就是用水替换了传统的氢气冷却方法，进而大大提升了整体设备运行的安全性，最大限度地避免了氢气爆炸安全事故的发生。如果站在运维检修的角度上来说，相较于传统的发电机技术，660MW双水内冷发电机具有操作量少、运维成本低以及检修周期短等优势，因此进一步加强对相关技术的深化研究具有十分关键的现实意义。然而当前行业内对700MW双水内冷发电机的研究仍然处于空白状态，国内外目前都没有相关技术的研究与应用案例。就当前实际的商运效果来看，该技术的各项运行指标都处于良好的状态，在此过程中以现有的运行参数为基础又进一步展开了720MW大负荷试验以及732MW VWO工况试验，进而有效对相关设备的性能进行验证，为后续700MW双水内冷发电机的研究提供了丰富而宝贵的研究数据。

2.以往双水内冷汽轮发电机存在的问题

2.1 对水质的要求较低

就早期双水内冷汽轮发电机水系统的运行情况来看，并没有对水质的情况提出明确的要求与标准，这导致水导电的效果大大降低，实际上的电导率只有10μs·cm-1。

2.2 过滤器精度不足

早期的双水内冷汽轮发电机水系统过滤器的精度较低，通常情况下只有40～80目，同时采用的是网布式结构不仅难以提升精度，还容易在水的冲击下造成破坏，破损的网布容易随着发电机运转进入到定子线圈当中，进而造成定子线棒堵塞、发动机运行故障等不良影响。

2.3 冷却器效率较低

早期的双水内冷汽轮发电机水系统并没有将研究的重点放在冷却器上，致使冷却器的冷却效率十分低下。与此同时，在设备运行的过程中，二次水和一次水并不能实现完全的热交换，进而导致线圈进水过程中的温度过高，限制发电机的正常运行[2]。

2.4 仪表问题

在早期相关设备运行的过程中，所能采用的仪表技术以及控制技术并不能有效满足当时设备的运行需求，因此在仪表安装的时候只能采用就地仪表；与此同时使用控制仪表的时候也只能采用基地式调节模式，这也导致了很多时候相关人员需要去到现场完成相应的手动操作。

2.5 散装件供货问题

早期的双水内冷汽轮发电机水系统采用的是散装件供货模式，进而导致在实际安装的过程中会出现一定问题，设备与设备之间的具体位置需要依靠设计院的要求加以布置，这大大限制了整体工作的有效开展，降低了发电机的安装效率。

3.700MW级双水内冷汽轮发电机的技术方案

700MW级双水内冷汽轮发电机技术的主要落实机制是通过在原有的基础上进一步优化发电机运行边界条件以及完成对少量部件的改造与优化，将原有的660MW额定功率提升到700MW，从而实现发电机组运行性能的显著提升。就实际的试验情况来看，其具体的技术方案主要涉及到如下几个方面：（1）将原先设定的额定冷却水进水温度从38℃调整到33℃，同时额定功率因素则与之前的0.9PF保持一致；（2）针对空气冷却器增容技术的研究可以在保持接口尺寸和安装尺寸大小不变的情况下，进一步对内部结构加以优化，从而有效提升冷却器容量，这样就可以保证双水内冷汽轮发电机组在运行的过程中可以通过空气冷却器带走更多的损耗，帮助定子铁心及端部结构件的温升可以稳定在一个较低的状态；（3）针对转子水冷却器增容技术的研究可以在原有的基础上增加散热板片数量，进而有效提升转子水冷却器换热的容量与效率，使得发电机的运行期间可以通过转子水冷却器更好地完成损耗搬运，以实现转子线圈出水温的降低；（4）针对集电环刷架结构优化技术的研究可以通过增加圆周向布置刷握以及碳刷的数量，提升可降低电刷载流密度，降低与碳刷接触面的温升；（5）当相应的工业化应用试验进展到一定阶段的时候，其预计的应用效果为额定功率提高至700MW、发电机效率提高到98.94%、定子绕组以及转子绕组的出水温度低于＜90℃、定子铁芯温度低于120℃、定子端部结构件温度低于120℃。

4.700MW级双水内冷汽轮发电机的发展前景

4.1 技术前景

700MW级双水内冷汽轮发电机技术方案的落实以及相关试验的开展具有十分重大的指导意义，如果站在技术前景的角度来看，其优势主要体现在以下几个方面：第一，双水内冷汽轮发电机水系统的应用将完全代替传统发电机设备中的氢气系统，最大限度地避免了发生氢爆的危险；在进行安装的过程中，取消了机座以及端盖上的防爆和密封结构，大大简化了发电机的整体结构，提升了安装效率；较以往的发电机技术，700MW级双水内冷汽轮发电机技术将在安装、运行、维护及检修等环节取得更进一步的提升，显著降低设备的运行成本；明显提升了换热效率，降低了转子绕组温升，延长整体设备的使用效率。第二，700MW级双水内冷汽轮发电机技术具备十分优异的绝缘性能，其空载和短路特性都完全符合相关冷却方式机组的运行标准规范，各项电气特性在实际运行的过程中均体现出较强的规范性与稳定性。第三，将相应双水内冷汽轮发电机参与各种负荷条件下的试验，其各类性能以及振动水平均处于优良标准，同时振动参数距离其预先设定的报警值也有着较远的距离，显著提升了机组在恶劣工况下的稳定性及安全性。第四，该发电机双水内冷方式下具有十分良好的冷却性能，不仅可以实现设备的稳定运行，还可以有效将各部件的温度水平保持在良好的运行范围内，进而对于整个机组的安全运行提供有力的保障。第五，700MW级双水内冷汽轮发电机的试验成功将会进一步为更大单机容量的双水内冷发电机组提供参考价值，进而以相关的运行参数为基础，有效实现发电机结构的改良优化，为相关领域的工业化发展奠定基础[3]。

4.2 社会效益

当前700MW级双水内冷汽轮发电机的试验仍然处于研究与设计阶段，但已经可以体现出十分良好的运行性能与合理的设备构造，大大提升了原有技术的先进性、安全性和经济性。700MW级双水内冷汽轮发电机的试验在京能五间房电厂内部完成，不仅可以有效推进工业化应用研究阶段的发展进程，还可以进一步弥补双水内冷发电机技术在700MW容量等级上的空白。相关试验的完成在660MW级双水内冷发电机的基础上进一步提升单机容量至700MW级，这样的转变将推动双水内冷发电机技术领域在未来的发展进程，从而加速无氢电站的创新化发展，引领新技术在市场当中的新发展与新变革，不仅可以继续推进发电机技术朝向无氢化与经济化的发向发展，还可以有效为电厂的安全、稳定运行与可持续发展奠定基础。