深度调峰对发电机的影响及灵活性改造方案

大唐秦岭发电有限公司 梁忠海

引言

随着我国电力系统风能、太阳能光伏发电等分布式发电的发展，新能源发电在电力系统所占的比例不断提升，目前在西北地区的占比已达20%～30%左右，部分地区占比高达40%。为提高对新能源的吸纳，降低弃风、弃光率，电网对燃煤火电机组实行竞价上网、灵活性调峰，使得燃煤火电机组原来主要承担“基荷”运行转变成调峰方式运行，并且机组深调幅度不断提高，最高深调幅度已达90%。频繁深调的运行方式对燃煤发电机的灵活性、可靠性、安全性等提出了更高的要求。

某公司#7、#8机由东方电机有限公司供货，发电机型号QFSN-660-2-22，额定容量630MW。其中#7机出厂编号HD270-1-12，于2011年12月投运；#8机出厂编号为HD270-2-12，于2012年12月投运。两台机组投运至今已有近11年。

1 深度调峰对发电机的影响

深度调峰就是受电网负荷峰谷差较大影响而导致各发电厂降出力、发电机组超过基本调峰范围进行调峰的一种运行方式，一般燃煤火电机组的深调幅度为30%～50%额定负荷。目前，燃煤火电呈现出参与调峰、启停调峰机组数增多、利用小时数减少、机组负荷率低、负荷变化快等特点。

基于行业需求，燃煤火电发电机在最初设计制造时，主要考虑以带基负荷长期稳定运行为主，具备一定程度上的调峰运行能力。但近年来的能源行业发展对基荷型发电机运行方式不断带来了新的挑战，煤电机组由基荷电源向调节电源进行转变，因此煤电机组的调峰调频、辅助服务等功能将愈发突显。虽然发电机在设计之初，考虑了各种运行环境对发电机的影响，也采取了相应的措施加以应对，具备一定的适应性。但是由于深调为近几年才出现的，之前很少发电机厂家及发电企业对此进行跟踪分析。

长期、频繁的胀缩会使转子铜线，特别是转子端部顶匝线圈的铜线容易因应力蠕变而发生变形，进而可能发展成匝间短路，尤其是目前调度对调节响应速率要求愈发严格的情况下，问题更为突出。调峰调频运行对基荷型发电机的影响是多方面的，主要包括以下方面：

由于定子铜铁温度胀差，容易引起定子绕组槽内固定件、端部支撑结构件和端部绑扎固定件的松动、磨损等；调峰调频运行时的铁芯受周期性热应力和交变磁场影响，容易引起定子铁芯松动、过热等；由于转子铜铁胀差，引起转子铜线循环蠕变产生转子线圈热疲劳变形、转子匝间绝缘磨损，进而可能发展成为匝间短路，造成转子振动加大或接地等；对发电机零部件寿命、机内漏油等也存在一定影响。

建议参与调峰运行的机组提前做好策划部署，在机组大修期间，有针对性的进行发电机升级提质改造，提高发电机适应深度调峰调频的灵活性运行能力，提高机组运行的安全性和可靠性。在升级提质改造前增加检查、检修频次，加强对机组状态的监控和掌握，及时消除一些缺陷，防止缺陷扩大引起事故。

2 解决方案

2.1 灵活性改造前

2.2 灵活性改造方案

维持目前参数不变：发电机转子返厂进行频繁调峰适应性的升级提质改造；发电机定子现场进行频繁调峰适应性的结构优化改造；其他适应性改造。

2.2.1 发电机检查评估试验

改造实施前均应对发电机进行以下检查评估试验，若发现缺陷或隐患应及时进行处理并消除，以保证机组后续改造的顺利进行。

发电机额定负荷下的温升试验，主要项目有：发电机额定负荷下的定子绕组温度（层间）；发电机定子绕组冷却水的进、出水温度；发电机定子铁芯的温度；发电机转子绕组的温度；发电机冷却器进水及发电机冷风、热风温度；集电环的温度；发电机各轴承振动及轴振测量；发电机轴电压测量；发电机漏氢量测量；发电机整体气密试验。

定子绕组检查及试验：定子绕组及其固定件检查。检查端部绕组绝缘有无变色、破损、开裂、脱漆，检查端部绑扎固定是否有松动磨损迹象，定子槽楔松紧检查，定子线圈槽口是否有磨损迹象，定子环形引线和过渡引线绑扎固定是否有松动磨损，定子绕组端部滑移件是否存在磨损及松动，定子绕组进出水汇流管及绝缘引水管有无弯瘪、开裂、磨损迹象；定子绕组绝缘性能试验：绝缘电阻和吸收比、直流耐压及泄漏试验、手包绝缘局部泄漏电流试验、起晕及交流耐压试验；定子绕组水路试验：热水流试验、水压试验、超声波水流量试验；定子绕组端部及环形引线模态试验。

定子端部紧固件检查。各种螺钉、螺母是否有松动迹象；定子各测温元件检查；定子铁芯检查及试验：定子铁芯外观检查：铁芯有无水斑、锈蚀、油垢、金属或绝缘粉末等异常，有无碰伤擦毛（毛边毛刺，凹凸点），是否有异物卡涩；检查铁芯松紧及紧固情况；铁芯发热试验。

定子出线部分检查。定子支撑瓷瓶紧固件是否有松动，支撑瓷瓶是否有裂纹；出线瓷瓶是否有裂纹，出线瓷瓶是否有积油。

转子检查。现场进行转子跳动检查、外观检查及转子绕组绝缘电阻测试，其余检测项待返厂进行；端盖、轴承及油密封检查。整机气密试验时，检查是否存在泄漏点。检查轴承各接触面的接触面积是否合格。检查励端轴承、密封座、高压油顶、挡油盖的绝缘电阻是否合格。

在教学进程中，教师每一环节的推进，每一步骤的实现心中要装着细化的标准，眼中观察学生的表现，随时丈量标准与学生认知的偏差，选择合适的评价方法和策略，扎实有效指导。

刷架及稳定轴承检查。刷架是否有过热、放电痕迹。刷握弹簧压力检查。稳定轴承是否有放电腐蚀痕迹。稳定轴承球面、合缝面接触检查。稳定轴承绝缘电阻检查；发电机历次故障或事故情况（若有）。电厂根据发电机自投运以来的历次故障或事故的资料，包括故障或事故的现象、处理过程、处理结果，用于综合评估发电机状况。

2.2.2 发电机转子返厂进行频繁调峰适应性的升级提质改造

转子外观检查。联轴器、轴颈、护环、槽楔等部分有无有碰伤、过热、放电等痕迹；更换转子全部绝缘件。对导电杆绝缘和集电环绝缘进行预防性耐压试验评估，若有异常则进行更换；更换导电螺钉的密封件、绝缘件；检查转子线圈是否存在变形，并进行相应处理；对转子轴颈、联轴器、风扇座环、护环进行无损探伤检查；检查集电环外圆跳动，必要时车削处理；转子线圈端部改造为弹性伸缩结构，在转子两端中心环钻孔加装弹簧伸缩结构。增加转子线圈在轴向伸缩空间，提高转子线圈适应负荷变化的能力；按新产品生产流程进行全部试验项目，包括电气试验、气密试验、通风试验、动平衡及超速试验。

2.2.3 发电机定子现场进行频繁调峰适应性的结构优化改造

图1 定子槽内固定改造前（左）、改造后（右）

定子槽内固定改造。将原“斜槽楔+斜楔”结构的定子槽楔及固定件，更换为“斜槽楔+斜楔+波纹板”结构定子槽楔及固定件，以提高定子线圈在槽内固定的可靠性。

增设定子线圈槽口块。在定子线圈两端的出槽口位置增加槽口块，加强定子线圈槽口固定，有效避免定子线圈槽口部位的松动、磨损。注意：安装下层线圈的槽口块前，需要将全部上层线圈从槽内取出。

图2 增设定子线圈槽口块

定子线圈端部固定优化。根据东电近些年来600MW等级机组的电厂实际运行状况，东电对600MW 等级发电机定子端部线圈绑扎方式进行了优化，使线圈端部固定更加可靠。此外，发电机增容后定子电流增大，定子线圈受到的电动力也将增大，增加了线圈端部垫块、绑绳松动的风险。为提高线圈固定的可靠性，需对线圈端部的绑扎方式进行优化。

图3 定子线圈端部固定优化改造前（左）、改造后（右）

氢气冷却器改造。将原绕片式四组冷却器，更换为整张串片式四组冷却器，以提高冷却器换热容量（由1030kW 增至1150kW），确保发电机改造后安全可靠运行。

2.2.4 其他适应性改造

测温接线板改造，将现有穿针式测温接线板进行升级，改造成了密封性能更好、质量更可靠、检修更方便的插拔式航空插座结构；增加接触式油档装置。在密封瓦与内挡油盖之间增加一道接触式油档，有效防止密封油进入机内给发电机安全运行带来隐患。

图4 测温接线板改造

增加碳刷电流及集电环温度智能监测装置。在线实时监测碳刷电流和集电环温度情况，提早预防故障的发生和扩大；定子出线陶瓷支撑瓷瓶改造为环氧树脂材料的支撑瓷瓶。原陶瓷支撑瓷瓶受振动影响容易产生裂纹。新型环氧树脂支撑瓶热稳定性好、固定可靠；将汇流管直接接地改为绝缘结构，方便机组检修时测量定子绕组绝缘电阻和进行相关电气试验。

图5 增加碳刷电流及集电环温度智能监测装置

原热电偶测温元件更换为热电阻测温元件。早期600MW 等级发电机采用热电偶作为定子铁芯和定子绕组出水测温元件，受机组运行时电磁场影响，其可靠性不高，可能出现温度测量不准确的现象。若需进行边端铁芯改造，则建议同时将铁芯、压圈、铜屏蔽、定子线圈水温的测温元件全部更换为热电阻元件，并将测温接线板也配套改造为插拔式航空插座结构。

3 结语

通过对发电机的适应性改造，基本解决了发电机在频繁深调运行时，发电机定、转子温度大幅度、周期性变化，由于部件材料膨胀系数差异引起胀差，所导致的零部件产生严重的疲劳、松动、磨损、变形等问题，对目前参与深度调峰的火电机组发电机的改造有一定借鉴作用。