西门子燃气轮机配套发电机结构及变频启动系统_黄成力

该型发电机为 SIEM ENS 公司具有国际先进 水平的成熟产品, 发电机出力裕度大, 性能优良, 原设计容量为 550 M VA , 定子电压 21 kV, 氢压 0. 5 MP a。SIEM ENS 公司 1998 年针对该型发电 机进行了 550 M VA 的型式试验。该发电机为水 氢氢冷却方式, 即: 定子绕组采用水内冷却, 转子 绕组和定子主出线采用氢内冷却, 其他部件采用 氢气外部冷却。
额定功率 478 21
13 142 0. 85 50 2 0. 5 98. 93 3 541 418 0. 55 220 22. 8 16. 4 0. 735 0. 03 6. 83 17 32
最大设计出力 550 21
15 121 0. 8 50 2 0. 5
98. 78 4 153
487 0. 48 254 26. 2 18. 9 0. 735 0. 03 6. 83 17 39
2006 年第 1 期
上海电力
大型燃 气轮机发电技术
西门子燃气轮机配套发电机结构及变频启动系统
黄成力1 , 邱家训2 , 梁旭彪2 , 刘明行2
( 1. 上海电气电站集团, 上 海 201108; 2. 上海汽轮发电机有限公司, 上海 200240)
摘 要: 上海电气集团股份有限公司引进西门 子技术 生产的 T H DF 108/ 53 型 汽轮发 电机, 是与 F 级单轴 燃 气轮机组相配套的汽轮发电机。介绍了该型汽轮发电机的 技术规范、性能特 点、主要 结构特点 以及辅助系 统 特点 , 重点介绍了 F 级燃机发电机组的变频启动方式与系统结 构。该型发电 机性能优 良, 符合 相关国际 国内 标准要求。 关键词: 单轴燃气轮机; 汽轮发电机; 辅助系统; SEE; SFC 中图分类号: T M 31; T K 47 文献标识码: A
图 7 转子槽楔和阻尼结构
发电机转 子风扇 是由瑞士 SU LT ZER 公司 应用全三元流动分析技术设计并制造的离心式风 扇, 见图 8。
三元轮叶片空间扭曲, 大大改善了气体流动 性能, 使叶轮效率得到较大提高。叶轮材料为高 强度合金钢 04Cr13N i4, 屈服强度 R0. 2 大于 830 MP a, 抗拉强度可达 900~ 1 100 M Pa。此外, 叶 轮采用先进的精密铸造工艺整体成型, 质量严格 保证, 确保了运行时的强度。 3. 7 集电环轴和碳刷架系统
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经管状导电杆和玻璃钢绝缘筒之间的环形空间回 到发电机的气体低压力区域, 从而起到带走电流 流经管状导电杆时产生的电损耗, 以降低管状导 电杆的温升。 3. 5 转子绕组及冷却
发电机转子导线由 2 个方形轴向冷却通道的 含银铜导线组成。冷却气体从处于发电机护环下 部、转子本体端面以外区域的进气口进入转子线 圈, 轴向冷却通道通过转子线圈从中部的出风口 排入气隙区域, 以达到冷却转子绕组的目的。 3. 6 转子槽楔、阻尼结构和风扇
集电环结构轻巧, 在与碳刷接触的部分集电 环与轴之间留有通风间隙; 此外, 集电环沿周向螺 旋每 72b开有一个镂空风 槽, 大大改 善了集电环 的发热现象。
每极的两个径向导电
螺杆采 用 180b 对开 结构,
使集电 环电 流密 度均 衡;
径向导电螺杆与轴向引线
连接采 用膨 胀紧 固结 构,
保证了两者的接触及固定
图 3 定子线圈断面 图 4 定子线圈水电连接
焊接的搭接结构。 发电机定子线圈端
部的 固 定 由 绝 缘 支 架 板、内 外撑环和 绑绳构 成的 支 撑 系 统 进 行 支 撑, 可 以保证运 行的可 靠性, 见图 5。 发电 机 定子线圈的冷却水路设 计为单支路结构, 冷却 水通过励端进水汇水管 进入定子线圈冷却后再 返回 端 部 的 出 水 汇 水 管。 3. 4 发电机出线
图 11 发电机 S EE 和 SFC 原理示意图
燃机发电机的 SF C 由变压器、整流器、逆变 器及电抗器组成, 作用是将厂用电降压并整流后, 按转子磁场的位置依次向发电机 3 相绕组中的 2 相绕组通电, 形成一个始终领先转子磁场一个角 度的定子旋转磁场, 使转子磁场旋转, 从而达到使 发电机和燃机转子从静止状态旋转起来的目的,
也就是在燃气轮机组启动时向作为同步电动机运 行的发电机提供可控制电压。
SEE 由励磁变压器、数字式自动电压调节器 ( DAVR) 、可控硅整流装置及灭磁装置构成。它 有以下两个作用:
( 1) 当发电机作为电动机运行时, 用 6 kV 厂 用电提供励磁变电压, 励磁变二次侧向可控硅整 流装置提供正电压, 同时由 DAVR 调节可控硅桥 的直流输出送入发电机励磁绕组, 使励磁绕组产 生磁场并与定子磁通结合产生力矩以带动转轴。
发电机气体直接冷 却的定子出线结构见图 6, 由管状导 电杆、玻璃 钢绝缘筒和中部的不锈 钢安装法兰组成。
管状导电杆端头法
图 5 定子线圈端部固定结构
图 6 发电机气体内冷出线结构
兰端为发电机内端。高压力区域的气体由管状导 电杆的内部进入发电机定子出线, 冷却导电管后,
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2 只氢气 冷却器轴向布 置在定子机座 的上 部, 发 电 机的整体布置 显得比较紧 凑。6 只定子 出线布置在发 图 2 内定子与外机座的连接结构示意图 电机的汽端机 座顶部, 这是由于 V94. 3A 燃气轮机组的运行层 设计较接近地面 ( 4. 5 m) 的缘故, 这可以简化电 站系统, 减少燃机电站的造价。 内定子由钢骨架、定子冲片、定子线圈和支撑 零部件组成。内定子有 2 种设计: 整体真空浸渍 绝缘漆型( GVPI) 和单根定子线圈浸渍绝缘漆型 (产化的发电机采用 SVPI 型内定子。 由于 V94. 3A 燃气轮发电机组采用/ 燃机 ) 发电机 ) 燃机0的特殊连接方式, 安装和检修时需 要将发电机整体进行吊装, 所以, 机座上的吊攀能 够承受发电机的整体吊装重量( 约 360 t ) 。 3. 3 定子线圈及绕组电连接和定子端部固定 发电机定子线圈由一定比例的不锈钢空心股 线和铜实心股线混编而成, 见图 3。对定子整体 VPI 定子线圈, 其绝缘为 M ICAL AST IC 型, 对单 根线棒 型定 子线 圈, 其绝 缘 为 T H ERM AL AST IC 型。 发电机定 子线圈端部水电 连接示意 图见图 4。其特点是, 不锈钢空心股线与水盒采用专用设 备和工艺进行焊接。上下层线圈的电气连接为非 ) 18 )
) 19 )
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则电流要小得多, 400 MW 发电机启动电流只有 1 500 A 左右。
启动过程基本步骤是: 通过 SF C 向发电机定 子绕组施加电压, 同时利用静态励磁装置( SEE) 向发电机转子绕组提供励磁, 使此时作为同步电 动机运转的发电机产生同步力矩, 带动转轴使燃 机升速至约 70% 额定转速。
4 变频启动系统
F 级燃机发电机组的整个启动过程和常规燃 煤汽轮发电机组完全不同, 燃机靠发电机启动, 此 时发电机作为同步电动机运行。同步电动机启动 后将燃机机组拖至 70% 的额定转速, 此时燃机被 点火, 70% 的额定转速被燃机拖入至额定转速。
由于 F 级发电机容量大( 达 400 M W) , 直接 启动电流很大, 而运用变频启动装置( SFC) 启动
表 2 典型容量下的温度数据
参数
定子绕组出水温度/b C 定子线圈水流量/ t # h- 1 转子绕组温度( 电阻法) /bC
478 M VA 550 M VA 限值 cosU= 0. 85 cosU= 0. 8
66
72. 5
( 进水 45bC ) ( 进水 45bC)
[ 85
35
35
)
76 ( 进风 43bC )
1 引言
2005 年 5~ 9 月国内第 2 次打捆招标的 7 个 电厂 16 台 350 M W 燃机联 合循环 发电机 组投 标, 要求/ 发电机要有与燃机相配的运行业绩0, 同 时发电机的出力必须与相应的单轴 V94. 3A 型燃 气轮机组的出力相匹配, 故上海电气 ) SIEM ENS 投标联合体在投标时选用了有 30 多台燃机配合 业绩的 SIEM ENS T H DF108/ 53 型汽轮发电机。
3 发电机主要结构特点
3. 1 通风及冷却 T H DF 108/ 53 发电机采用径向单流密闭循环
通风。安装在转子励端的离心风扇将从氢气冷却
器出来的冷风从汽、励两端驱入发电机气隙区域,
表 1 THDF 108/ 53 发电机主要技术数据
参数 容量/ M VA 定子电压/ k V 定子电流/ A 功率因数 频率/ H z 极数 额定氢表压/ MPa 效率/ % 励磁电流/ A 励磁电压/ V 短路比 S CR 同步电抗 X d 饱和值/ % 直轴暂态电抗 Xcd 饱和值/ % 直轴次暂态电抗 Xdd 饱和值/ % 直轴瞬变短路时间常数 Tcd / s 直轴超瞬变短路时间常数 Tdd / s 直轴瞬变开路时间常数 Tcdo/ s 冷却氢气流量/ m3 # s- 1 冷却氢气温升/ K
可靠, 如图 9 所示。
转子引线接入转子接
图 8 离心式风扇
线桩头, 再通 过 导电 螺杆 与两极 的集 电环 相连 接,
电刷与滑环摩擦的同时将电流引入转子引线中。
两极滑环中间安装风扇, 风扇将电刷摩擦产生的 电刷粉末及热量带走, 从而使滑环始终处于良好
运行状态。
图 9 集电环结构
3. 8 端盖、轴承及油密封 燃机发电机的端盖为盒形钢板焊接结构, 如
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向布置在发电机上部的 2 只氢气冷却器内, 由此 完成机内的冷却气体循环, 如图 1 所示。
图 1 发电机通风系统
3. 2 机座、内定子、发电机出线及冷却器布置 T H DF 108/ 53 发电机定子机座为钢板焊接