首台700MW级双水内冷汽轮发电机增容提效关键技术研究

京能（锡林郭勒）发电有限公司 白音高老

双水内冷汽轮发电机在各个领域当中的应用都十分广泛，通过增加双水内冷汽轮发电机的额定功率来实现其增容提效，是当前发电公司的重要工作目标。目前双水内冷汽轮发电机额定功率为660MW，在此基础上实现700MW双水内冷汽轮发电机的增容提效，能够为发电公司带来更多经济效益。

1 项目概况分析

当前进行试验的项目为特高压配套的清洁发电项目，超临界间接空冷机组工程的额定功率为2×660MW，而超临界界间接空冷机组中所使用的发电机为双水内冷汽轮发电机，额定功率为660MW、进水温度38℃、频率为50赫兹、功率因数0.9、额定转速每分钟3000转。

基于此，为了更好地提高超临界界间接空冷机组的运行效率，就需要提高水内冷汽轮发电机的功率，使其为超临界界间接空冷机组的运行提供更加坚实的基础。由于目前对于700MW双水内冷汽轮发电机的理论基础已完成并获得试验，并应用了大负荷试验和VWO工况试验，来进一步检验了700MW双水水内冷汽轮发电机的运行性能，得出700MW双水内冷汽轮发电机相比较于660MW的水内冷汽轮发电机功率容量更大、出力能力更强、绝缘性好、运行效率高等优势的结论，尤其是对于高海拔地区来说，能够更好地提升水内冷汽轮发电机运行的稳定性，不仅大大提升了供电的效率和质量，还为发电公司获取了更多的经济效益。

本文的研究项目，主要是对700MW双水内冷汽轮发电机中的空冷器、转冷水冷却器换热效率及集电环刷架电流密度分布等技术进行研究，从而更好地分析700MW双水内冷汽轮发电机的增容提效技术，在此基础上对700MW双水内冷汽轮发电机进行空冷器、转子冷却器和集电环刷架的换热试验，并测定700MW双水内冷汽轮发电机在168小时的持续运行状态下，各项性能的运行效果，来为700MW双水内冷汽轮发电机的增容提效关键技术的探究，提供更多的有效帮助[1]。

2 首台700MW级双水内冷汽轮发电机增容提效关键技术

2.1 建立增容提效技术路线

在对700MW双水内冷汽轮发电机进行增容提效研究时，首先要做的就是对700MW双水内冷汽轮发电机建立增容提效技术路线。此时技术人员需优化双水内冷汽轮发电机的运行边界条件，并对双水内冷汽轮发电机中的空气冷却器、转子冷却水装置等组成部分的结构进行优化和完善，进而将双水内冷汽轮发电机的660MW额定功率提升为700MW。

双水内冷汽轮发电机的运行边界条件的优化可分为三部分：首先，通过对双水内冷汽轮发电机中空气冷却器的换热效率进行研究，来进一步论证双水内冷汽轮发电机的增容方案。在对双水内冷汽轮发电机的运行边界条件进行优化时，可提高双水内冷汽轮发电机空气冷却器换热能力，并降低其边端热芯温度，进而提高空气冷却器的换热效率；其次，通过对双水内冷汽轮发电机中的转子冷却器的换热能力进行提高，同时降低双水内冷汽轮发电机转子绕组的温升，能有效提升双水内冷汽轮发电机转子冷却器的换热效率，实现对双水内冷汽轮发电机的增容；最后，需对双水内冷汽轮发电机中的集电环刷架的结构进行优化设计，完善集电环刷架的电流密度。可通过降低集电环刷架的碳刷载流密度，以及增加碳刷在集电环上的分布密度来实现。

2.2 计算设备技术参数

在对700MW双水内冷汽轮发电机进行试验前，首先要对各项技术指标的参数进行设定，主要包括700MW双水内冷汽轮发电机的定子铁芯温度、定子端部结构件温度、转子绕组出水温度以及碳刷与滑环接触面温度。通常在700MW双水内冷汽轮发电机中转子绕组出水温度最低，应保持在90℃以下；其次，对于定子端部结构件温度以及碳刷与滑环接触面温度都应设置为不超过130℃，而定子铁芯温度则保持在120℃以下，进而在此基础上进行进一步的试验。

对于700MW双水内冷汽轮发电机的各项技术指标的参数计算，应如下所示，从而在进行试验时更好地对700MW双水内冷汽轮发电机的运行性能进行检测，确保其符合试验要求。700MW双水内冷汽轮发电机功率（MW）分别为700、525、350时的参数为：定子电流（kA）20.08/15.60/35，冷却水入口水温（℃）36/36/35，线圈最高温度（℃）60/51/43，空气进风温度（℃）40/40/40，铁芯最高温度（℃）82/79/77。

2.3 可行性分析

首先是对发热部件损耗进行分析。将700MW双水内冷汽轮发电机与660MW双水内冷汽轮发电机进行对比和计算后可知，700MW双水内冷汽轮发电机整体工况较高，其额定电流和额定电压都较大，因此发热部件损耗也就更大；其次是对空气冷却器所带走的损耗进行分析，与660MW双水内冷汽轮发电机进行对比可知，虽然发热部件损耗更大，但在实际运行过程中由于对运行边界条件进行了优化，使得空气冷却器的换热能力得以提升，进而让空气冷却器带走的损耗也更多，因此并不影响运行性能；最后是对集电环损耗进行分析，700MW双水内冷汽轮发电机出力能力更强，且发电机集电环损耗只有电损耗较高，其他损耗指标与660MW双水内冷汽轮发电机相同。通过刷握数量能有效控制集电环损耗。

基于此，在660MW额定功率基础上将双水内冷汽轮发电机的额定功率升级为700MW的试验，通过对各项设备技术指标的计算和对比分析，确定700MW双水内冷汽轮发电机增容提效具有可行性。

2.4 构建试验方案

对于700MW双水内冷汽轮发电机的增容提效是在660MW双水内冷汽轮发电机的基础上来进行结构改造和优化的。在开展试验的前期，最先是调整额定冷却水的进水温度，在原有额定温度基础上进行降低，由38℃降低为33℃，额定功率因素保持在0.9PF；对于空气冷却器的增容，必须要保证接口尺寸和安装尺寸固定不变，主要是通过优化空气冷却器的内部结构来提高其容量和换热能力，以便于能够带走更多的损耗，进而降低定子铁心及端部结构件的温升。对于转子水冷却器的增容，需在转子水冷却器中增加散热板片的数量来提高其换热能力，利用转子水冷却器带走更多的损耗来降低转子线圈出水温升。

集电环刷架结构的优化，只需在其周围增加刷握的数量来提高集电环的刷碳量，同时还能够降低电刷载流密度，进而降低滑环与碳刷接触面的温度；在试验过程中，需对700MW双水内冷汽轮发电机中各个组成部件的温升值进行计量，还需收集绕组端部、主引线等结构系统的模态变化等数据，用来评估其运行性能，并进一步判断是否存在运行风险。此时可对其进行温升试验或额定出力试验，来确保所收集数据的准确性和全面性。此外，在进行700MW双水内冷汽轮发电机增容提效试验时，还要通过短路及空载试验确定其特性参数，以及进相试验判断其进相能力[2]。

3 结果与评价

通过对700MW双水内冷汽轮发电机开展增容提效的试验，可以明确700MW双水内冷汽轮发电机的技术线路具有合理性，能够满足当前双水内冷汽轮发电机的运行要求，并且没有影响双水内冷汽轮发电机的稳定性；同时在700MW双水内冷汽轮发电机增容提效的试验过程中，通过对其运行边界条件的优化以及试验，得到了700MW双水内冷汽轮发电机中各项设备技术指标的参数，从而与660MW双水内冷汽轮发电机进行对比，发现700MW双水内冷汽轮发电机的运行效果更好。基于此，可以明确不仅700MW双水内冷汽轮发电机的运行性能良好，对于双水内冷汽轮发电机的增容提效也有着充分的可行性，通过此次试验，为后续双水内冷汽轮发电机改善和升级提供了更加有效地帮助[3]。

4 结语

在660MW双水内冷汽轮发电机的基础上实现对700MW双水内冷汽轮发电机的增容提效，通过进行升温实验满足了其可行性的指标。值得注意的是，在试验的过程中需要严格把控试验时间，避免700MW双水内冷汽轮发电机的运行时间过短，以便于更准确地反映700MW双水内冷汽轮发电机运行过程中的实际温度，从而更好地验证700MW双水内冷汽轮发电机增容提效技术的有效性。