最大连续出力350MW大容量全空冷汽轮发电机研制

最大连续出力350MW大容量全空冷汽轮发电机研制
靳慧勇; 焦晓霞; 黄浩
【期刊名称】《《现代制造技术与装备》》
【年(卷),期】2019(000)009
【总页数】3页(P98-99,101)
【关键词】汽轮发电机; 空冷研制; 大容量
【作者】靳慧勇; 焦晓霞; 黄浩
【作者单位】哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨 150040
【正文语种】中文
大容量空冷汽轮发电机以其冷却系统简单、起动、运行以及维护方便等优势，受到业主普遍欢迎。

随着新结构、先进设计技术、新工艺和计算机辅助设计等技术的出现，空冷单机容量不断提高，并有取代同等容量氢冷电机的迹象，成为世界发电设备市场发展趋势。

350MW大容量全空冷汽轮发电机是哈尔滨电机厂有限责任公司目前自主研制的最大型火电空冷机组，也是国内自主研制的最大容量火电空冷机组。

该容量发电机非常适合国家“上大压下”地区集中供热热电厂和优先发展高效清洁能源联合循环电厂的目标；并且加上空冷发电机先天具有的运行维护简单、安全的优势，发电机研制具有重大经济和社会效益。

本项目在国内首次应用于北京高井电厂9FB型燃机和汽轮机配套，具有重要推广价值和示范意义。

1 发电机技术特点
本项目为大唐国际北京高井电厂项目制造了4台套空冷320MW汽（燃气）轮发电机，其中3台与GE9FB燃机配套的320MW燃气轮发电机；1台与蒸汽轮机配套的320MW汽轮发电机，如图1所示。

图1 350MW大容量全空冷汽轮发电机
1.1 发电机主要技术参数
结合现有空冷135～200MW等级中型汽轮发电机设计、制造技术自主创新研发350MW大容量全空冷汽轮发电机。

针对大容量汽轮发电机，随着发电机单机容量提高，为降低定子电磁负荷，创新性采用3支路定子绕组设计；为了降低铁心损耗，缩小定子有效电磁尺寸，实现铁路运输，铁心采用有取向硅钢片。

发电机主要技术参数如表1所示。

表1 高井空冷汽（气）轮发电机主要技术参数型号 QFKN-320-2 冷却方式空冷额定容量/MVA 412 相数 3额定功率/MW 320 短路比 0.56最大连续出力/MW 350 效率/% 98.80额定功率因数 0.85 额定频率/Hz 50额定电压/kV 20 额定电流/A 10868额定转速/（r/min） 3000 励磁方式自并励静止
1.2 发电机总体结构特点和布置
本型发电机是一种采用空气密闭、自通风循环冷却方式的新型产品，其定子铁心和绕组采用表面空气冷却，转子绕组由空气直接冷却，如图2所示。

发电机采用先进成熟设计和制造技术，结构上可分为静止和旋转部件两大部分。

静止部分主要包括定子、端盖、轴承、隔音刷架以及冷却器等。

1.3 发电机通风系统设计
本型发电机定子采用多路径向通风，冷却器下方布置。

其中，转子绕组空气内冷、定子绕组、定子铁心及其结构件空气表面冷却；通过中型空冷机组试验和和计算，空冷300MW发电机转子单独依靠副槽不能有效地降低转子温升。

通过流体力学
CFD仿真计算以及转子本体通风结构优化，转子绕组本体创新性的采用轴向和副槽径向复合式通风，端部采用2路通风；空气依靠装在转轴汽、励两端护环外侧的桨式风扇在定子机座内强制密闭循环，如图3所示。

1.4 定子绝缘系统
针对大型空冷发电机对定子绝缘系统高高场强、薄绝缘以及高导热要求，通过定子绝缘技术和工艺优化创新，改善定子线棒角部电场分布措施效果，使绝缘厚度减薄到3.8mm，击穿电压为额定电压的6倍，击穿场强达到33.48kV/mm世界先进水平。

通过发电机长期良好运行证明，表明通过技术创新已经实现了传统的绝缘模压制造工艺技术突破，并已达到了世界模压技术领先水平。

2 试验验证
汽轮发电机制造完毕，根据合同要求、相关国家标准以及后续设计需求，制造容量更大的全空冷汽轮发电机作为科研储备发电机总装型式试验。

图2 发电机外形图
图3 通风系统图
通过厂内总装试验考核，哈电机公司自主设计制造的最大连续出力350MW空冷汽（气）轮发电机性能参数满足合同和标准要求，如图4所示。

图4 发电机总装试验
本项目为大唐国际北京高井电厂项目制造了4台套空冷320MW（最大连续出力350MW）汽（燃气）轮发电机，其中3台与GE 9FB燃机配套的320MW燃气轮发电机；1台与蒸汽轮机配套的320MW汽轮发电机。

自2014年6月20日，二拖3台320MW汽轮发电机通过168h后，已经成功运行4年；2014年11月投运，已经运行3年半。

高井项目350MW大容量汽轮发电机自投运后一直运行情况良好，全部达到设计目标和合同要求，发电机安全稳定运行。

3 结语
创新性研发具有自主知识产权的大型320MW等级全空冷汽（燃气）轮发电机，并在国内大唐高井电厂首次成功应用于匹配9FB型燃机和汽轮机。

通过厂内试验验证和真机现场运行证明，发电机达到预期设计目标，并完全满足合同技术要求；填补了企业及我国大容量全空冷发电机的设计与制造空白，科技成果可以应用到更大空冷发电机研发之中。

本项目紧密结合国家发展政策以及国内对大容量高效系统简单、安全和可靠空冷火电设备需求，创新性完成了具有自主知识产权的国内单机容量最大的空冷
350MW大容量空冷汽轮发电机研制；并依托大唐国际高井电厂350MW大容量全空冷汽轮发电机项目，在国内首次成功应用于匹配9FB型燃机和汽轮机，具有重要推广价值和示范意义。

参考文献
【相关文献】
[1]陈世坤.电机设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2004.
[2]靳慧勇，李伟力，马贤好，等.大型空冷汽轮发电机定子内流体速度与流体温度数值计算与分析[J].中国电机工程学报，2006，（16）：168-173.。