前进电站发电机增容改造.pdf

技术改造 s M A I LH Y D R 0P O W E R2 0 1 7 o J ，以0 J 9 3 前进电站发电机增容改造 刘吕芳，蓝援朝 ( 浙江金轮机电实业有限公司，浙江金华3 2 1 0 0 2 ) 摘要：前进电站的发电机已运行多年，且存在运行时温度偏高的问题，在对其定子、转子及通风冷却系统进行改造 之后，取得了不错的增效扩容效果。表1 个。 关键词：水电站；发电机；运行温度；增容改造 1 概述 福建省松溪县前进电站2 台立式封闭双路循环 通风冷却的发电机已运行了近2 0a ，型号为 s F 3 2 0 嗍4 2 5 0 ，单机容量为32 0 0k w 。现电站要 求将32 0 0k w 增容改造至40 0 0k W ( 0 8 的功率因 数不变，即视在功率为50 0 0k v A ) ，并要改善原 32 0 0k W 发电机运行温度偏高( 据电站介绍，在提 高功率因数少发无功功率的运行情况下，有功没有 到32 0 0k w 时，温度到了1 0 5 ) 、噪音偏高等 问题。 2 发电机增容改造方案 2 1 方案说明 由于本站增容改造要满足提出的增加到原发电 机视在功率( 功率因数o 8 不变) 的2 5 ( 即有功 增加8 0 0k w 、无功增加6 0 0k v a r ) 的要求，还要按 电站提出的发电机零部件更换内容来做；并且还要 避免出现电站原发电机温度、噪音偏高的问题。这 样，增容改造的难度较大，设计时既要受到发电机 结构及尺寸、机组转速等的限制，又要考虑有较好 的电气特性参数( 如容量、温升、电抗、磁密、电 密、噪音等) 。 因此，做了多个电磁方案设计及结构方面的考 虑，并把原来的发电机也作了电磁计算，通过比 收稿日期：2 0 1 6 一0 9 1 2 作者简介：刘吕芳( 1 9 8 4 一) ，男，工程师，主要从事水电 站机电设备设计工作。 B 剃l ：3 4 8 5 2 5 9 6 2 q q c o m 4 6 较，选定了其中一个较好的方案作为本电站增容改 造的方案( 见表1 ) 。 表1选定方案中有关数据与原发电机有关数据比较 万方数据 小水电2 0 1 7 年第1 期( 总第1 9 3 期)技术改造 续表1 选定方案中有关数据与原发电机有关数据比较 从表l 中数据可以看出，增容改造到 50 0 0k v A 的发电机设计数据中，一些影响运行性 能的关键数据均优于原40 0 0k w L 发电机设计数据。 2 2 发电机增容改造方案中采取的措施 增大定子线圈线规截面积。 定子铁芯采用冷轧优质低损耗的硅钢片材料 冲制。 定子线圈绝缘采用耐温等级为F 级的绝缘 材料。 定子铁芯冲片漆膜采用F 级绝缘漆。 增大磁极线圈线规截面积。 增加转子绕组匝数。 磁极线圈绝缘采用耐温等级为F 级的绝缘 材料。 换上新制作的增大了换热容量的空气冷 却器。 增大转子的风压。 增加定子铁芯通风道。 换掉上下挡风板。 改变分瓣定子叠片工艺；采取削弱分瓣定子 铁芯、合缝间隙引起噪音和振动的措施。 3 发电机改造要点 3 1 定子改造要点 由于发电机定子的尺寸较大( 外径4 9 2m ) ， 考虑运输情况，所以增容改造的发电机定子仍然同 电站原来的发电机定子一样，采用分2 瓣的结构； 保持定子机座高度、定子铁芯中心高程、定子基础 板及安装尺寸、空气冷却器数量及进出水方位、定 子引出线方位等不变。定子的制造完全按照新机组 一样的材料、工艺、试验生产。 3 1 1 定子线圈 定子线圈采用双玻璃丝包扁铜线，增容后的电 路负荷随容量增加而增大，因此增大了定子线圈铜 线的截面积( 约2 5 ) ，使其电流密度、温度低于 原发电机。定子线圈匝间绝缘、对地绝缘结构均采 用F 级绝缘材料，即桐马胶环氧粉云母带；此绝缘 材料耐电压强度高，介质损耗低，绝缘层薄，允许 的运行温度高。 定子线圈的制作采用模压固化工艺，即匝间和 对地绝缘模压采用热模压加冷模定形和三次整形的 特殊工艺，有效地保证了线圈主绝缘厚度的均匀性 和一致性，大大提高定子线圈的耐电压水平，能一 次性通过匝间耐电压试验、对地耐电压试验、介质 损耗试验，击穿电压达3 46 5 0V 以上。线圈表面直 线部分包有低阻值的防晕带与主绝缘热压成整体， 端部涂有高阻值的半导体防电晕漆，有效地改善了 线圈端部的电场分布，保证了定子线圈在94 5 0V 交流电压时不起电晕。同时，线圈的外形一致性非 常好，下线后整齐漂亮通风好。 3 1 2 定子铁芯 增容的新定子铁芯机座由碳素结构钢焊接、经 消除应力和机械加工而成。铁芯采用武汉钢铁公司 生产的高导磁、低损耗、优质冷轧0 。5m m 薄硅钢 片冲制成扇形片叠成；每片扇形片用F 级绝缘漆涂 于两面以减低涡流损耗。新铁芯内设有足够的通风 沟( 新铁芯l l 道，原铁芯8 道) ，布置均匀使气流 顺畅平稳，风摩阻损耗较小，让定子铁芯充分冷 却。叠好的铁芯槽部公差不大于0 2m m ，在对称 负荷工况下，铁芯在振动频率为1 0 0H z 时的双幅 振动量不大于0 0 3 姗。 新铁芯还要做铁损试验，检查铁耗情况，合格 后在其铁芯内表面和槽内喷上半导体漆，以降低槽 电位。 - 4 7 万方数据 技术改造s M A I I 瑚D R oP o W E R2 0 1 7 0 J 列D J 粥 3 2 转子改造要点 转子按电站要求只更换磁极( 含磁极线圈、铁 芯) ，回用磁轭和主轴( 含滑转子、下挡油管) 。回 用的磁轭和主轴需运到工厂车间，进行清理和必要 的加工( 如钻孔) ；然后在工厂车间内组装，即在 厂内完成磁极挂装、接头焊接，并保持转子中心高 程与原发电机中心高程不变。转子整体运输到电 站。磁极的制造完全按照新机组一样的材料、工 艺、试验生产。 3 2 1 磁极线圈 增容的发电机磁极线圈采用比原发电机转子线 圈截面大的软纯铜带( 7 I M R ) ，并增加了匝数。用 绕线模具扁绕成螺旋状，经无氧退火并整形，清理 干净后在匝间垫上F 级环氧玻璃坯布，再通过模具 热压固化成整体。热压过程中经过了匝间检查，保 证匝间无短路现象。经模压的线圈形状规则、整 齐，外表美观、干净。磁极线圈还要经过1 0 倍以 上的额定励磁电压的耐电压检查试验。 3 2 2 磁极铁芯 磁极铁芯由磁极冲片、磁极压板、磁极铆钉组 成。磁极冲片采用1 5 r 砌优质的导磁性能好的冷 轧薄钢板冲制而成，磁极压板、磁极铆钉均采用优 质碳素钢板经机械加工而成。将磁极铆钉穿上磁极 冲片和磁极压板，经过压力机压装成一体。每个磁 极铁芯上装有阻尼绕组，即由5 根纵轴阻尼条与两 端横轴阻尼环采用银铜焊焊成一体。 3 2 3 磁极装配 磁极装配前，先称出磁极铁芯、磁极线圈、磁 极托板的重量，再按重量搭配。磁极线圈与磁极铁 芯间的极身绝缘采用F 级绝缘材料，并采用笔者所 在公司的专业结构，有效增加了线圈的对地爬电距 离，避免机组运行长久后内部积灰而造成绝缘电阻 下降。装配好的磁极还要经过l o 倍以上额定励磁 电压的耐电压检查试验。 3 3 通风冷却系统改造要点 根据电站人员介绍，原发电机运行时温度较 高，因此在增容发电机的电磁方案设计中，已考虑 了增大定子线圈、转子线圈线规的截面积，来降低 定、转子线圈电流密度，使增容的新发电机运行在 50 0 0k v A 时，比原发电机的温升降低了( 定子绕 4 8 - 组低4 6 ，转子绕组低9 4 ) 。再考虑在增容的 发电机定子铁芯及线圈端部风路、转子磁极风路、 上下挡风板导风、空气冷却器换热容量等方面采取 一些有效措施。 3 3 1 更换空气冷却器 考虑到原发电机空气冷却器运行了2 0a ，铜管 内可能产生结垢，影响冷却效果；加上发电机增容 2 5 后其发热量也相应增加了2 5 ，因此我们将 去掉原发电机空气冷却器，换上增加了换热容量、 增大进风面积和冷却效果好的空气冷却器。这样发 电机内部的热风量排出会比原来多一些，冷却效果 会得到改善。如果电站能从增大进出水管径、提高 进水压力和降低进水温度方面作一些改造，冷却效 果将会更好。 3 3 2 增加定子铁芯通风道 增容改造的新定子铁芯在电磁方案设计时，比 原定子铁芯多设计了3 道通风沟( 新铁芯1 1 道， 原铁芯8 道) ，每档铁芯的厚度都相应地减薄了， 各档铁芯及1 1 道通风沟在布置上也较均匀了。这 样使气流顺畅平稳，风摩阻损耗较小，铁芯中间与 两端的温差也缩小了，让定子铁芯得到了充分 冷却。 3 3 3 增加转子风压 增容的发电机转子将增加转子两端风叶的数 量，并在磁轭的磁极之间位置上加工出径向通风 孔。这样转子的风压会得到明显的增强，热的空气 会快而顺畅地进入空冷器冷却，发电机内部的温度 也就会降下来。 3 3 4 更换上下挡风板 因为上下挡风板是引导冷空气进入发电机转子 风叶处的导风部件，它的好坏影响到空气流动的效 果，所以必须换上新的挡风板，以适应改造后的转 子通风和安装空间的需要。 3 3 5 改善线圈端部风路 一是改善线圈端部的绑扎，二是改善线圈端部 通向空冷器的通风效果，以此来增强线圈端部的冷 却效果。 3 4 更换推力轴瓦 原巴氏合金推力瓦更换为弹性金属塑料瓦，这 将有助提高推力轴承的使用性能。因为与常规的巴 氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦磨擦系数低，盘车 万方数据 小水电2 0 1 7 年第1 期( 总第1 9 3 期)技术改造 时只需抹几点透平油就能很容易地盘动；安装、检 修时不用刮瓦，可缩短安装、检修工期，允许在低 转速下制动( 额定转速的1 0 一2 0 ) ；这可以减 少制动块的磨损产生的粉尘对发电机的污染。允许 短时间油冷却器断水而机组继续运行；在导叶不漏 水或漏水量很小的条件下，允许惰性停机。 4 结语 针对前进电站发电机增容改造的具体要求，进 行了仔细分析、研究、计算，在方案中采取了多管 齐下的措施。 增容改造方案实施后，发电机运行在 50 0 0k v A 时其定子、转子温升均会低于增容前 40 0 0k V A 的发电机，定子绕组电密、定子热负荷、 转子绕组电密也都低于增容前40 0 0k V A 的发电机， 发电机效率将高于增容前40 0 0k v A 的发电机。 按水轮发电机基本技术条件( G B7 8 9 4 _ 2 0 0 1 ) 中规定，空气冷却的水轮发电机在规定的使 用环境条件及额定工况下长期运行，F 级绝缘转子 绕组允许温升1 1 0 ( 加环境温度4 0 时运行温 度为1 5 0 ) ，F 级绝缘定子铁芯及绕组允许温升 1 0 0 ( 加环境温度4 0 时运行温度为1 4 0 ) 。 因此增容后的发电机能长期运行在50 0 0l ( v A 的容 量上，且还有较大过负荷的裕度。发电机的通风冷 却效果及噪音方面将有明显的改善，这更有利于发 电机长期稳定安全地运行，大大延长了发电机的使 用寿命。 一 责任编辑吴昊 址舢舢扯舢舢龇业舢业皿舢舢舣址址舢船掣址取舢姐舢扯姒舢皿舢皿业舢址止- 址址舢址I L “址驰“皿址址 ( 上接第2 7 页) 轴删蚴幽 图4 不同质量分数的丁腈橡胶的摩擦力 5 应用效果 为验证此新型伸缩节是否能达到防漏效果，在 黄河上典型的中小机组中进行了应用。运行数据表 明，采用纳米F b 0 4 磁性丁腈橡胶作为密封材料的 伸缩节，大大减少了漏水量，从而提高了机组年利 用小时数。试验与真机测试证明，将纳米F e 3 0 4 磁 性丁腈橡胶用于中小水轮机转轮室密封时，转轮室 的单位泄露量和密封件的磨损量远低于常规材料。 由此可见，纳米F e ，0 4 磁性丁腈橡胶应用于水轮机 转轮室密封具有实际意义，继而也为其他水轮机密 封问题提供了未来的研究材料。 参考文献： 1 张利锋，王雪峰潘家口1 号机伸缩节改造的经济效益 J 小水电，2 0 0 2 ( 2 ) ：3 4 3 5 2 卢建奎五强溪水电站伸缩节处理 J 水电站机电技 术，1 9 9 9 ( 2 ) ：4 7 4 8 3 刘乐明水轮机漏水的应急方案 J 广东科技，2 0