某300MW汽轮发电机增容改造试验的研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇某300MW汽轮发电机增容改造试验的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
1.1 本文研究的意义
我国一次能源的化石能源中,煤炭资源较多,石油、天然气资源很少,电力是二次能源。近十几年来,全球及国内经济的巨大发展及能源形势在急剧变化,中国的能源消费呈持续上升趋势,能源供需矛盾尤为突出。开发与节约能源,减少与治理污染,已是我国必须重视的关键问题。随着燃煤发电厂面临的环保要求日益严格,经营形势日益严峻,节能降耗减排成为当前火力发电企业经济发展中的迫切任务。我国明确提出“十二五’,期间单位国内生产总值能源消耗要比“十一五”期间降低16%的目标,将节能降耗目标与经济增长目标放在同等重要的位置。因此,发电厂增容节能降耗研究具有重要意义,对企业和社会均具有积极的意义[1]。 目前燃煤发电厂经营形势严峻主要表现在两个方面: 一是节能减排已成为燃煤发电企业发展的两个约束性指标。我国《能源发展“十一五”规划纲要》明确提出“建设资源节约型、环境友好型社会;坚持开发节约并重、节约优先,按照减量化、再利用、资源化的原则;大力推进节能节水节地节材,加强资源综合利用,完善再生资源回收利用体系,全面推行清洁生产,形成低收入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式”。《能源发展“十二五”规划纲要》又明确提出“十二五”期间单位国内生产总值能源消耗要比“十一五”期间降低16%的目标。这表明节能降耗和减少排放已成为对燃煤发电企业生产的两个约束性指标。随着“节能减排”系列政策的逐步实施,煤耗高,机组运行经济性差的发电企业的供电成本高,经济效益差;而且由于其单位发电量的排污量大,达不到节能减排的指标因而年发电的当量小时数必然减少,从而陷入煤耗高——低负荷率——煤耗更高——年当量可用小时数更少的恶性循环。 二是燃煤发电企业的电量调度已经由铭牌调度逐步向节能调度调整。2007年8月国务院转发了由国家发改委、环保总局、电监会、能源办制定的《节能发电调度办法》,对于燃煤机组按照能耗水平由低到高排序,按照煤耗水平进行电量调度,并安排首先在广东、贵州、四川和江苏、河南五省进行试点。在实际节能调度操作中关于机组能耗水平的认定在暂照设备制造商提供的机组能耗为标准,逐步过渡到按照机组实测能耗数值排序。
...........
1.2 增容改造的必要性
湛江电厂4台机组为东汽首批D42型机组,由于该机组为东汽厂引进技术设计制造的早期产品,设计及制造均不成熟,致使机组的效率偏离设计较大,高中低压缸实际运行效率达不到设计效率,大大影响了机组运行的经济性。因此,对该机组进行完善改进是非常必要的。汽轮机增容改造后,热耗率大幅度降低,经济性提高,机组出力可增加30MW,为使发电机与汽轮机容量相匹配,提高机组的整体效率,也必须对发电机进行增容改造。 随着电网装机容量的增加,输电线路的容量和距离不断扩大,线路相间和对地电容相应地增大,系统的容性负荷大量增加。在负荷低谷时,系统发出的总感性无功可能超过用户的感性无功和线路的无功损耗总和,导致电网局部电压超出容许范围,此时需要发电机从系统吸收感性无功(发电机进相运行),保证电网设备的安全运行。在发电机进相运行时,就其本身而言有两个特点,一是发电机端部的漏磁较滞相运行时大,会造成定子端部铁心和金属结构件上的温度增高,甚至超过允许的温度限值;二是发电机运行的稳定性较滞相运行时低,可能会在某一进相深度时达到或超过稳定限值而失步[5] [6]。根据能源部部颁标准SD325—89《电力系统电压和无功电力技术导则(试行)》要求“新装机组在有功功率为额定值时,均应具备按功率因数0.95进相运行的能力;对已投入运行的发电机,应有计划地按系列进行典型的吸收无功电力能力试验,并应将试验结果作为运行方式的依据,予以应用。”
...........
第二章 汽轮发电机温升计算
2.1 汽轮发电机的温升
汽轮发电机运行时产生损耗,这些损耗都转为热能,使电机各部位的温度升高。汽轮发电机不是一个均质物体,其中的发热与散热过程比较复杂,在研究过程上往往将其假定为一个均质物体。根据对均质物体发热过程的分析,随着物体的温度的增加,物体的温度与周围介质的温差增大,散发到周围介质中去的热量也逐渐增加,最终物体所产生的全部热量都散发到周围介质中去,物体本身温度不再增加,与环境温度之间的温差达到一个稳定平衡,也即是温升基本上稳定下来。对于一台汽轮发电机来说,虽然它不是一个均质物体,但它与均质物体的发热过程的基本特征是大体上相同的。为了使汽轮发电机的温升不超过一定的限值,必须一方面减少汽轮发电机中产生的损耗,另一方面是增加汽轮发电机的散热能力[19]。 现代大型汽轮发电机运行寿命一般要求为 30~40 年,汽轮发电机定子绕组和转子绕组的绝缘基本按 F 级绝缘设计制造,当 B 级绝缘使用,在设计时把汽轮发电机绕组的最热点温度控制在比 B 级绝缘允许的 130℃低 5~10℃以下。考虑到汽轮发电机绝缘内部最热点温度不易检测,在对大型汽轮发电机的温升极限的规定上,我国国家标准(GB—755—2008 和 GB/T 7064—2008)与 IEC 标准基本相同。 由于需对汽轮发电机进行增容改造,汽轮发电机出力由额定功率 300mw 提高到330MW 其在最高工况下运行所产生的损耗有所增加,需要对这部分增加损耗对汽轮发电机各部件温升的影响进行核算。
............
2.2 汽轮发电机的冷却
为了使汽轮发电机内各部件上的温度保持在绝缘材料和金属材料所允许的限度之内,必须将运行时汽轮发电机内部各部件上由于能量转换、电磁作用和机械转动摩擦所产生的损耗,以热的形式传递到周围运动的冷却介质(如空气、氢气、油、水或其他介质等)。大型汽轮发电机皆是密闭式,该冷却介质将吸收的热量传递给冷却器,再与冷却器中的另一冷却介质(基本都是采用水)进行热交换后移到汽轮发电机外。如此在汽轮发电机内部循环的冷却介质与发电机内部损耗进行热交换的方式和采用的冷却介质种类及其循环方式组成了汽轮发电机的冷却方式。 汽轮发电机的冷却,无论是空冷、氢冷或水冷都是利用流动的气体或液体冷却介质的“比热”带走热量的,在汽轮发电机内部密闭循环的气体压力越大、密度越高、容积比热越大,带走的热量越大。汽轮发电机中冷却介质的基本要求是比热容大、黏度小、导热系数大、密度小、介电强度度,且应无毒、无腐蚀性、
化学稳定、廉价容易得到。汽轮发电机一般采用的几种冷却介质为空气、氢气、水、氟里昂等。0.3 MPa 表压氢气的相对散热能力是空气的 4 倍,水的相对散热能力是空气的 50 倍,而氟里昂(蒸发)的相对散热能力又是水的 5~6 倍[20]。 在气体介质之中,虽然空气通风冷却的结构最为简单,费用低,维护方便,但在 300MW汽轮发电机组中得到普遍应用的是氢气。湛江电厂四台汽轮发电机的冷却方式均采用水氢氢冷却方式,也即是定子线圈采用水内冷冷却方式,转子和定子采用氢冷冷却方式。在采用水氢氢冷却方式的汽轮发电机内部之中,由定子线棒损耗产生的热能主要由空心股线内的水带走,定子铁心损耗产生的热能主要由流动的氢气带走,再经氢气冷却器热交换之后由冷却水带走。
...........
第三章 汽轮发电机及附属设备增容改造适配性论证 .......... 19
3.1 参照标准及基准 ...... 19
3.2 电气系统适配性论证 ....... 19
3.3 增容改造技术要求 .......... 26
3.4 本章小结 ......... 28
第四章 增容改造性能指标要求及技术方案研究........ 29
4.1 1 号汽轮发电机原技术规范 ..... 29
4.2 增容改造技术性能要求 ............ 29
4.3 增容改造采取的技术方案 ..... 31
4.4 增容改造拟定方案的技术性与经济性比较分析 ....... 36
4.5 本章小结 ........ 37
第五章 汽轮发电机增容改造试验研究...... 38
5.1 汽轮发电机额定负荷温升试验 ........ 38
5.2 定子绕组的常规预防性试验 .... 45
5.3 定子定子铁心损耗及温升试验 ......... 45
5.4 定子绕组槽电位测量 ....... 51
5.5 定子绕组端部手包绝缘(包括引出线)的直流电压试验 .......... 52
5.6 定子线棒内冷水流量试验 ........ 53
5.7 定子绕组端部固有频率测量及模态分析 ........... 56
5.8 发电机各轴瓦振动测量 ............ 62
5.9 本章小结 ........ 62
第六章 汽轮发电机增容改造后性能考核试验研究
为确认 1 号汽轮发电机增容改造前后的主要性能指标是否达到预期目标,在 1 号汽轮发电机增容改造之后,进行机组进相试验和 72 小时铭牌容量额定出力性能试验,考察机组本身的进相运行能力、机组的系统性限制因素和机组进相运行时对电网的调相调压作用,验证 1 号汽轮发电机增容改造后 72 小时带额定负荷和最大负荷时的温升情况。
6.1 增容改造后发电机组进相运行试验
随着西电东送的规模不断扩大,广东电网的无功储备问题得到了越来越多的关注。开展发电机进相运行,充分利用发电机的固有能力,有效调节电网的电压水平,吸收节假日期间的多余无功,维持较好的、合格的电能质量,储备较多的动态无功,对于电网的安全、可靠、优质运行具有重要的现实意义。本次试验与测试的范围为湛江电厂 1 号发电机变压器组以及周围地区的主要变电站。按照安排,湛江电厂 1 号发电机组增容改造后的进相运行试验于 2012 年 1 月 10 日 23 时 00 分至 1 月 11 日 7 时进行。 考察机组本身的进相运行能力(如发热、振动等)、机组的系统性限制因素(如静稳极限、端电压下降程度等)和机组进相运行时对电网的调相调压作用,检验发电机保护、自动装置和当前主变抽头位置对进相运行的适应性,检验对厂用电辅机的影响,根据试验结果绘制 P—Q 曲线或给出推荐数值,作为生产调度的依据。
........
结 论
本论文作者作为湛江电1号汽轮发电机增容改造的主要参与者,全过程参与了1号汽轮发电机增容改造工作。本论文主要参阅国内外汽轮发电机组增容改造成功经验,通过计算汽轮发电机增容改造前后各部件的温升变化量,分析湛江汽轮发电机增容改造前发电机的定子绝缘、端部固定、通风冷却等现状,研究汽轮发电机相关辅助设备增容改造的适应性,提出汽轮发电机增容改造的主要技术措施和施工方案,对汽轮发电机进行增容改造,通过改造前后性能试验验证和评价汽轮发电机增容改造效果,得出如下结论:
1、1 号汽轮发电机在增容改造前后进行额定负荷下的温升试验、定子绕组的常规预防性试验、定子铁心损耗及温升试验、定子绕组槽电位测量、定子绕组端部手包绝缘(包括引出线)的直流电压试验、定子线棒内冷水流量试验、定子绕组端部固有频率测量及模态分析和发电机各瓦振动测试等试验,试验结果表明汽轮发电机增容改造后的性能指标符合有关标准的要求。
2、1 号汽轮发电机在增容改造之后进行机组进相试验和 72 小时铭牌容量额定出力性能试验,确认了增容改造后的汽轮发电机的进相运行能力满足电网运行的要求,带额定负荷和最大负荷时各部件的温度及温升也符合相关规程规定要求,从而证明在增容改造之前所进行的汽轮发电机温升计算、汽轮发电机及附属设备增容改造适配性论证、增容改造性能指标要求及技术方案是可行的。
3、在增容改造之前,核算增容改造后带满负荷的 1 号汽轮发电机定子绕组温升平均值将会比改造前增加 2.2K,定子铁心温升平均值将会比改造前增加 1.9K,经增容改造后试验研究,实际上增容改造后带满负荷的 1 号汽轮发电机定子绕组温升平均值比改造前增加 3.5K,定子铁心温升平均值比改造前增加 1.1K,带最大出力的 1 号汽轮发电机定子绕组温升平均值比改造前增加 3.6K,定子铁心温升平均值比改造前增加 2.1K,这说明 1 号汽轮发电机定子绕组温升和定子铁心温升变化是在预控之中的。