龙滩水电站水轮发电机组全空冷技术

龙滩水电站水轮发电机组全空冷技术

龙滩水库位于广西天峨区红水河支流。该项目主要用于发电，同时考虑防洪、交通运输等。在系统中，主要起到峰、频率和事故储备的作用。工程分两期建设,一期工程上游蓄水水位375m,装机容量为7×700MW;二期工程按上游蓄水水位400m设计,总装机容量达到9×700MW。一期工程7台机组已于2008年12月全部投产。龙滩水电站水轮发电机在三峡左岸电站经验的基础上,经过认真分析论证,采用了全空冷技术。龙滩水电站1号机组从2007年5月投产安全稳定运行至今,验证了选型、设计、制造的合理性,为水电建设和生产运行管理的同行积累了一些经验。1可靠性1.1发电机运行环境条件发电机技术参数:型号SF700-56/16090,型式立轴半伞式密闭空冷凸极同步发电机,额定容量777.8MV·A,额定电压18kV,额定电流24949A,额定功率因数0.9,相数3,额定频率50Hz,额定转速107.1r/min,飞逸转速214r/min,飞轮力矩(GD2)220000t·m2,推力负荷30410kN,定子质量760t,转子质量1618t,总质量3028t。1.2技术特点1.2.1机组运行可靠性和稳定性与全水冷、半水冷机组相比,其优势为:没有纯水系统,占地面积小;没有定转子冷却水供水管接头渗漏的可能,运行可靠性更高;没有纯水冷却控制系统的限制,机组起停时间短,更能适应调峰、调频和事故备用的要求;虽然GD2较大,但可使运行更平稳,甩负荷转速上升率可降低。1.2.2改善定子及铁心温度分布为实现通风冷却,全空冷发电机定子铁心长度相对水冷机组要长(龙滩水电站机组铁心高度达3300mm),需改善设计和定子铁心压紧工艺,加宽铁心轭部宽度,增加压指、压板的高度以提高铁心压紧力。为改善因全空冷机组温差大在径向、轴向产生的热应力,定子机架主立筋、上机架辐臂、转子辐臂采用斜元件,与径向形成一定夹角,将径向力部分转移为切向力,减小热形变;定子铁心采用双鸽尾结构,在铁心与机座之间保持一定间隙,以防止铁心翘曲变形。为使定子温度分布均匀,需采取降低通风沟高度、增加通风沟数量的措施,以改善定子及铁心温度分布;采取降低定子端部风道高度,增加风速措施,改善汇流环及定子端部温度分布。为降低推力轴承、下导瓦温,将推力轴承、下导轴承分离布置在两个油槽内,推力轴承采用外循环水冷方式,下导轴承采用自循环水冷方式,以改善各自冷却效果。2机组运行情况龙滩水电站1号机组于2007年5月投产发电。截至2009年3月,机组已连续安全运行近700d,累计发电量近60亿kW·h,累计运行近10000h;总起停次数近230次。期间完成2次C级检修,总体运行性能良好。2.1发电机转子温度分布龙滩水电站发电机相同部位,温度分布基本一致。为便于分析,主要以1号机组有功700MW、无功85MW情况下各部位平均温度或温升进行描述。发电机共布置16台空气冷却器,单台冷却功率720kW,冷却水设计压力为0.2~0.6MPa,运行中控制水压在0.3~0.35MPa之间。各台冷却器温度分布均匀,工作状况稳定,运行数据见表1。16台空冷器总风量为303m3/s,下风道平均风速测得为3.8m/s,下风道风量为146m3/s;上风道风量为157m3/s。冷却器总冷却功率为9093.6kW,尚小于16台空冷器总额定冷却功率,已能满足正常机组运行的要求。定子铁心轴向布置70个高6mm的通风沟,自上而下各通风沟风速及对应位置铁心温度分布情况见图1。可以明显看出,铁心端部风速较低,中部基本均匀。这是因为铁心上下两端因定转子气隙漏风,减小了通风压头,降低了风速。因发电机上风道较下风道宽大,上部气隙漏风相对较大,所以上部通风沟较下部通风沟风速低。从定子铁心轴向温度分布来看,上端部高于下端部,与风速分布耦合非常明显。定子绕组、定子铁心、上下压指温度及温升情况见表2。发电机铁心、绕组温度在合格范围内,在圆周方向分布均匀,温度及温升均在较低水平,未有发现明显局部过热情况。转子绕组在静态26.3℃下,直流电阻为94.99mΩ;在转子电压为321.04V,转子电流为2870.62A的情况下,考虑滑环压降等影响因素,计算转子温度为62.4℃,转子温升为38.7K。换算到额定励磁电流下的转子温度为89.6℃,温升为55.7K,可见,该值在合格范围内,且有较大的余度。2.2力、下导轴承龙滩水电站发电机轴承包括上导轴承、推力轴承和下导轴承。额定负荷下各部轴承温度见表3,由表3可知,最大、最小温差符合要求,瓦温分布基本均匀,温度稳定。2.3u3000从转子高度发电机上导、下导、上机架、下机架和定子机座X、Y方向的振动,定子铁心圆周120°角3等分位置的水平和垂直方向振动情况见表4。除定子机座水平振动超过安装规范GB/T8564—2003要求的30μm,其他各部均正常。定子机座水平振动随电压的上升而增大,变化规律见图2,但随负荷的增加没有明显变化。定子机座水平振动主要振动分量为1倍、2倍、3倍转频下幅值较高,且随定子电压的上升而增大。其中,2倍转频振动分量最大,在额定电压下超过30μm。通过两次机组小修检查,并未发现定子机座及铁心异常情况,该振动幅值、频率特性亦没有明显变化。初步可以判断未造成器质性损害,需要进一步研究该振动产生原因。GB/T8564—2003要求立式水轮发电机定子机座水平振动不应超过30μm,但并未说明所适用定子高度。对于定子铁心高度达3.3m的发电机是否适用还需要进一步商榷。2.4稳定运行极限发电机在空载工况和负载工况下的励磁参数见表5,空载、负载情况下的励磁电流、励磁电压均小于设计值。龙滩水电站1号发电机在投产之初按规范要求进行了短路特性和空载特性试验,额定定子电流时励磁电流为1758A,额定定子电压时励磁电流为1909A,发电机同步电抗为0.921(标幺值),短路比为1.086,略小于合同要求的1.11。在忽略定子电阻的情况下,根据设计参数(同步电抗除外)计算稳定运行极限(数据见表6)。从计算结果可看出,发电机仍有较高的静态稳定性能,过载能力较强。3发电机使用建议(1)龙滩水电站1号发电机投产至今一直安全稳定运行,各部通风、温升状况良好,各部轴承运行瓦温分布均匀稳定,摆度、振动情况总体良好。发电机电气性能优良,各电气指标满足技术要求,静态稳定极限及过载能力余度较大。(2)龙滩水电站水轮发电机的选型、设计、制造所采取的措施得当,解决了选用全空冷发电机的技术难点,为安全稳定运行提供了保障。(3)尽管定子机座振动较大,但尚未发现明显损害,需要进一步研究分析。对于巨型发电机定子机座的振动考核标准,建议考虑机组的具体结构特点。(4)发电机在理论状态下有较好的静态稳定性能和过载能力,但需要进行实际参数测试,分析实际情况,需要进一步分析发电机的其他电气性