300MW汽轮发电机运行检修及增容改造.docx
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300MW汽轮发电机运行检修及增容改造
水氢氢型汽轮发电机使用维护
及
300MW水氢氢型汽轮发电机增容改造
东方电气集团东方电机有限公司
2010年12月
水氢氢型汽轮发电机
使用、维护、故障、检查
（引用数据为300MW汽轮发电机数据）
1发电机的额定工况运行
发电机在满足其《技术条件》和《产品说明书》等所规定的条件时可以在额定工况下连续运行。
此时，发电机的出力达到额值，其振动值、各部件的温升（温度）值及各项技术参数均满足国家标准、行业标准和《技术条件》所规定的技术要求。
额定运行条件主要包括：
1）发电机的功率因数满足规定值；
2）发电机的定子电压、电流满足规定值；
3）发电机的运行频率满足规定值；
4）发电机的励磁装置容量满足规定值且励磁装置运行正常；
5）发电机定子绕组和出线冷却水的进水压力、流量、水温、水质满足规定值；
6）发电机机内的氢气压力、冷氢温度、氢气纯度和湿度满足规定值；
7）发电机轴承润滑油的进油压力、流量、油温满足规定值；
8）发电机油密封的进油压力、流量、油温满足规定值；
9）发电机各部件的在线监测元件工作正常；
10）发电机各辅助系统运行正常；
11）环境温度和海拔高度满足规定值。
2发电机的非正常工况运行
发电机的非正常工况运行
2.1发电机的电压、频率偏差运行
发电机能在电压变化±5%、频率变化±2%的图示阴影区域内连续输出额定功率。
发电机能在电压变化±5%、
频率变化-5%~3%的图示虚线范围内运行，但应限定输出功率或
允许输出额定功率,但限制每年
使用次数和每次使用时间。
300MW发电机规定允许输出
额定功率，但每年不超过10次，
每次不超过8小时。
2.2发电机进相运行
发电机允许按照出力图的规定进相运行。
一般情况下，限制发电机进相运行能力的主要因素是厂用变压器和发电机功角。
2.3发电机失磁异步运行
发电机是否允许失磁
异步运行或允许失磁异步
运行的能力都必须严格执行
制造厂的规定。
发电机失磁异步运行时
应严格控制转差率。
图示为300MW发电机
失磁异步运行的能力。
2.4发电机作为同步电动机运行
发电机在供给正常励磁的条件下，可以在电动机状态下运行1分钟。
2.5发电机调峰运行
发电机具有调峰运行能力，运行负荷允许在50％至100％额定负荷之间变化；在服役期间允许起停10000次。
2.6发电机带不平衡负荷运行
发电机带不平衡负荷运行时，任何一相的电流不超过额定值时。
300MW发电机负序承受能力：
稳态:
I2/IN=10％。
暂态:
（I2/IN）2t=10s。
当发电机遭受的不平衡负荷超过其允许值后，应对发电机进行检查，特别对发电机转子部件应进行全面检查，主要包括转子大齿、护环搭接面、槽楔、对地绝缘和匝间绝缘等。
2.7发电机短时过负荷运行
2.7.1定子绕组过电流（300MW发电机）
定子绕组能承受下表所示的短时过电流运行,但下述运行状态每年不超过2次。
定子电流（%）
226
154
130
116
时间（sec.）
10
30
60
120
2.72转子绕组过电压（300MW发电机）
转子绕组能承受下表所示的短时过电压运行,但下述运行状态每年不超过2次。
转子电压（%）
208
146
125
112
时间（sec.）
10
30
60
120
2.8发电机断水运行
发电机定子绕组冷却水断流后可以在额定定子电流下运行30S，在此期间如未能恢复供水，则应立即跳闸。
发电机是否允许断水运行或允许断水运行的时间都必须严格执行制造厂的规定。
3检查维护
发电机的维护检修应严格按照电力系统有关标准和规程进行。
根据机组多发性故障的统计，在此，特别强调以下检查试验项目。
3.1定子绕组水路检查
3.1.1定子绕组水路通流性检验
1）流量试验
2）异物检查
3）滤网、垫片等完好性
4）表计校验
3.1.2定子绕组水路严密性检验
1）水压（气压）试验
2）水箱氢气含量
3）直流泄露试验
4）电位外移试验
3.2定子绕组槽内和端部固定检查
3.2.1槽楔松紧度检查
3.2.2端部绑扎-支撑系统的完好性
3.2.3端部绕组自振频率和模态分析
3.3转子绕组通风检查
3.3.1槽楔串动/异物堵塞风孔
3.3.2转子绕组通风试验
3.4转子绕组匝间检查
3.4.1直流电阻测定
3.4.2交流阻抗试验
3.5集电环及碳刷架装配检查
3.5.1集电环瓢偏、表面粗糙度、硬度、损伤等检查
3.5.2集电环通风孔、集电环风扇罩内清洁度检查
3.5.3碳刷同心度、接触面、弹簧压力检查
3.5.4发电机励侧外档油盖漏油检查
3.6轴承检查
轴瓦间隙和轴承部件装配检查
3.7密封瓦检查
密封瓦间隙和装配检查
4典型故障及检查
4.1突然短路
发电机的设计，能够承受在额定功率和105％额定电压下运行时出线端任何形式的突然短路故障的冲击而不发生导致立即停机有害变形。
为慎重起见，仍需要对发电机进行彻底检查（紧固件、填充物）。
对任何形式的机内短路故障，必须查找原因，彻底处理。
4.2异常操作
1）非同期误并列及检查
由于严重的非同期误并列对发电机的损害很大，发电机承受误并列的次数应该予以限制。
180°误并列时，定子线圈中将产生很大的过电流，虽然定子线圈中过电流产生的过热已经在发电机短时过电流的影响中进行了考虑，不会对发电机造成不良影响，但定子过电流产生的强大电动力。
将会造成定子线圈固定松动，甚至变形损坏；定子铁心的定位筋、弹簧棒（或弹簧板）的固定松动或变形等。
120°误并列时，将在转轴上产生的强大的冲击转矩或扭转力矩使转轴受到损伤，导致较大的寿命损耗。
120°误并列终生限制2次，180°误并列为终生限制3次
在发生严重的非同期误并列后，为慎重起见，应对发电机进行彻底检查。
2）重合闸及检查
发电机能承受线路单相快速重合闸操作。
由于三相重合闸操作对发电机的损害很大，因此不允许三相重合闸操作。
若不慎出现三相重合闸误操作，则应对发电机进行彻底检查。
3）盘车状态下合闸及检查
盘车状态下合闸对发电机的损害极大，除造成定子绕组过电流外，转子本体、护环、槽楔、线圈等部件有可能造成极大损伤，甚至整根转子报废。
若不慎出现盘车状态下合闸，应对发电机进行彻底检查。
4.3定子个别线圈运行温度高
1）水流量不足—检查表计和内冷水装置。
2）异物进入—检查垫圈、过滤网、离子交换器等—反冲洗。
3）水接头垫圈错位—重新安装或更换。
4）水质不合格—结垢。
5）测温元件失效—检查并更换（出水测温元件）。
6）水支路连接方式。
处理无效，更换线棒。
4.4定子绕组直流泄露和电位外移试验不合格
1）线圈对地短路
2）绕组空心铜线或水接头存在渗漏
3）鼻端绝缘存在问题（配方、材料、固化）
4.5氢气泄露
1）水箱内含氢量超标
●绕组空心铜线渗漏
●水接头焊接不良
●绝缘引水管存在渗漏点、裂纹或装配不良
●水路其它接头存在漏点
2）油密封
●密封瓦间隙
●密封座装配、密封垫失效
●压差阀、平衡阀
3）出线套管
●密封垫失效
●更新—新型可伸缩结构出线套管装配
4）其它
氢气冷却器水管出现漏点、密封垫圈失效或安装不良。
端盖密封垫圈（注胶）失效或安装不良、合缝面变形。
测温接线板密封垫失效。
可更换为新结构测温接线板。
5）管道：
出现漏点
4.6振动
4.6.1转子机械不平衡引起振动：
1）制造厂动平衡质量
2）安装问题
A、汽轮机—发电机—励磁机对组问题
B、汽轮机—发电机中心标高问题
C、联轴器把合螺栓间隙过大，自身晃动（300r/min以下转速测量的振动可视为晃动）叠加到转频振动上。
D、轴承、端盖等部件的装配问题
3）槽楔松动
4.6.2转子热变形（局部热不平衡）引起振动
1）转子绕组接地
2）通风孔堵塞或因槽楔移动导致通风孔堵塞
4.6.3电磁振动
1）转子绕组匝间短路（此时，产生磁通不平衡，但由于转轴的动态特性，常常会引起振动的突然变大）
2）定转子中心或气隙偏差
3）铁心松动引发电磁噪声和振动
4）未采取适当的隔振结构或隔振结构效果不佳。
4.6.4输电线路
1）若线路的负载含有高次谐波或负荷不平衡，可能会导致发电机产生电磁噪声和振动。
2）次同步振荡（SSR）：
输电线路中加装串联补偿装置，若串补系统LC回路电气谐振频率与机组轴系某阶机械扭转固有频率互补时轴系就会产生共振，严重的导致转子报废（联轴器、轴伸产生裂纹）。
4.7定子绕组端部松动
1）局部松动—故障后果或局部施工不良—局部加绑
2）整体松动—故障后果或椭圆型振型或整体施工不良—重新固定
3）铁心松动（如某厂罗马尼亚330MW发电机）
4.8集电环损伤
1）碳刷环火—检查材质、同心度、接触面、弹簧压力等。
2）集电环过热—检查表面粗糙度、硬度、损伤、瓢偏、通风道、碳刷、弹簧压力等。
3）集电环绝缘失效，对地短路—检查集电环通风孔和集电环风扇罩内清洁度、绝缘筒对地绝缘电阻、外档油盖间隙、励磁电源的交流分量、转子接地保护等
4.9转子护环损伤
1）护环搭接面灼伤
●发电机不平衡负载过大或机端短路
●发电机静止或盘车下合闸
2）转子端部绕组故障导致护环烧伤
3）护环裂纹
●烧伤区产生裂纹
●应力腐蚀开裂（氯离子引起）—消除向机内漏油、漏水缺陷，氢气湿度保持合格。
4）烧伤区处理不宜采用补焊。
5）护环损伤严重必须更换
300MW水氢氢型汽轮发电机
增容改造
1.前言：
发电机型号为QFSN-300-2-20的300MW汽轮发电机系东方电气集团东方电机有限公司制造的的20KV300MW水氢氢型汽轮发电机。
通过对该型发电机通风系统的改进和优化以及采取一些有效的技术措施，完全可以将该型发电机的容量由300MW增容到330MW，并且发电机的各项技术指标均能满足国家标准GB/T7064-96的要求。
这样以来，电厂则以较少的投入，即可获取可观的经济效益。
现提出该型汽轮发电机增容改造的技术建议以与用户磋商。
在此，以本公司第二代20KV300MW水氢氢型汽轮发电机（产品工作号为12-8A、12-8B、12-8C、12-8D）的增容改造为例予以详细说明。
2.改造后发电机的出力和性能
增容改造后的发电机，在额定功率因数0.85、额定氢气压力0.3Mpa、氢气冷却器进水温度≤33℃工况下，其额定功率由300MW提高到330MW。
增容改造后的发电机，其技术参数和性能满足国家标准GB/T7064-1996《透平型同步电机技术要求》的规定。
3.改造前后发电机的主要技术参数：
项目
单位
改造前
改造后
额定功率
MW
300
330
额定电压
KV
20
20
额定电流
A
10188
11207
功率因数
0.85
0.85
绝缘等级
F
F
额定励磁电流
A
2200
2363
额定励磁电压
V
463
498
项目
单位
改造前
改造后
冷却方式
水氢氢
水氢氢
定子冷绕组冷却水出水温度
℃
≤85
≤85
定子绕组温度
℃
≤120
≤120
定子铁芯温度
℃
≤120
≤120
转子绕组温度
℃
≤110
≤110
发电机进风温度
℃
≤46
≤46
氢气冷却器进水温度
℃
20~33
20~33
氢气冷却器冷却水水量
t/h
4×100
4×100
定子冷绕组冷却水进水温度
℃
35~45
35~45
定子冷绕组冷却水水量
t/h
45
50
短路比
≥0.55
≥0.50
瞬变电抗
≤0.35
≤0.35
超瞬变电抗
≥0.1
≥0.1
效率（%）
≥98.8
≥98.7
4.发电机增容改造前的评估
由于机组已运行多年，改造前，应对发电机目前的实际运行状况进行全面的评估，以确定增容到330MW的可行性。
发电机增容改造前的评估试验内容主要包括：
4.1发电机绝缘系统的鉴定：
1）定子绕组直流电阻的测量；
2）定子绕组绝缘电阻和吸收比；
3）定子绕组介质损耗；
4）定子绕组直流泄漏试验；
5）定子绕组局部泄漏电流试验；
6）定子绕组槽电位测量；
7）定子绕组交流耐压试验；
8）转子绕组直流电阻的测量；
9）转子绕组对地绝缘电阻的测量；
10）转子绕组交流耐压试验；
11）转子绕组的交流阻抗和功率损耗。
4.2发电机定子绕组冷却水水压、流量试验。
4.3发电机定子绕组端部自振频率测量。
4.4发电机铁心损耗试验（试需要）。
4.5发电机额定负荷下的温升试验，主要包括：
1）定子绕组温升测量;
2）转子绕组温升测量;
3）铁心温升测量。
4.6发电机振动的测量。
4.7机组运行史上的事故及异常运行情况的分析等。
5.增容改造的项目
5.1.增容改造所必须的基本项目
5.1.1.在定子铁心内圆每个冷、热风区之间加装径向气隙隔板以降低发电机转子绕组和定子铁心的温升。
5.1.2.更换全部定子糟楔。
新型定子糟楔将在对应铁心风道处开设斜槽，以减少风阻，提高定子铁心的冷却效果。
5.1.3.将4组氢气冷却器更换为新型套片式氢气冷却器，以满足发电机增容后换热容量增加的要求。
5.1.4.将集电环更换为高耐磨性集电环（包括集电环绝缘）以降低集电环温度。
在此，我们向用户推荐配备安全型盒式刷握的集电环和碳刷架装置。
装置具有集电环磨损小、温升低，带电操作安全方便等优点。
该型装置已在我公司近十几年新产出的发电机组广泛采用。
该装置特别适用于采用自带离心式风扇冷却集电环的300MW发电机的改造。
5.1.5.将铝质内端盖更换为玻璃钢绝缘内端盖，以减少发电机的端部损耗，提高发电机的效率。
5.1.6.将2组主励磁机冷却器更换为新型绕片式空气冷却器，以满足换热容量增加的要求（已采用“机端变”励磁系统的机组无此项）
5.2.增容改造的建议项目
除增容改造所必须实行的改造项目外，提出以下建议改造项目，供用户选择。
5.2.1.将转子护环下扇形绝缘瓦更换为带滑移层的扇形绝缘瓦，以适应机组调峰运行的要求。
5.2.2.将原测温接线板更换为新结构测温接线板，以解决氢气泄露等问题。
5.2.3.将出线套管装配更换为具有可伸缩功能的新型出线套管装配。
5.2.4.励磁系统改造
静止可控硅整流的自并激励磁系统（“机端变”励磁系统）响应速度快，调节性能好，能有效地提高电力系统动态和暂态稳定性。
自并激励磁系统已经普遍采用。
建议仍采用交流励磁机-静止硅整流励磁系统（“三机”励磁系统）的发电机组在适当的时候进行全面改造，将“三机”励磁系统改造为“机端变”励磁系统，以提高发电机运行的稳定性和可靠性。
5.2.4.1自并激励磁系统的主要组成部套
1）励磁变压器；
2）自动电压调节装置；
3）可控硅整流装置；
4）起励装置；
5）灭磁装置；
6）转子过电压保护装置。
5.2.4.2需发电机配合的改造工作
1）励端轴头增设稳定轴承；
2）更换碳刷架底架，以安装稳定轴承。
5.3.其它项目
5.3.1.评估试验所认定的必改项目。
5.3.2.电厂要求的项目。
6.发电机增容改造后的试验
增容改造完工后，将对发电机进行验收试验，验收试验的标准参照国家标准及部颁标准，试验内容主要包括：
6.1发电机的出力考核；
6.2发电机满负荷下的温升试验：
1）定子绕组温升的测量;
2）转子绕组温升测量;
3）铁心温升测量。
7.发电机改造后的性能保证
7.1.在额定功率因数0.85、额定氢气压力0.3Mpa、氢气冷却器进水温度≤33℃工况下，发电机的额定连续输出功率为330MW。
7.2.发电机的技术参数和性能满足国家标准GB/T7064-1996《透平型同步电机技术要求》的规定。
8.改造业绩
截止2010年11月低，已有黄台、维坊、德州、三门峡、安阳、上安、张家口、太一、阳泉、湘潭、湛江等电厂的22台300MW水氢氢型汽轮发电机进行了增容改造，效果良好。
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