445 为满足现代化电力需求的双轴励磁汽轮发电机的开发

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为满足现代化力需求的双轴励磁汽轮发电机的开发

为满足现代化电力需求的双轴励磁汽轮发电机的开发(罗斯) 1 K I G I等俄 . AD . L A. OI要I本文叙述了过去几年在俄罗斯开发双轴异步汽轮发电机 ( S G)的理由、主要结果以及在电力系摘 AT统应用中的优点。简要地概述了近期开发的额定功率范围为 10-5 MW全水冷和全空冷 AS G的设计特点， 1- 0 3 T还给出了空冷 AS G在家厂试验台上的试验结果。 T

I键词 I电力系统；异步汽轮发电机；优点；运行；应用；设计特点；水冷；空冷；试验结果关

1引言现代化的俄罗斯电力系统的运行特点与前苏联电力系统的运行特点大不相同。在俄罗斯，由于电力行业结构的更新以及电力市场管制的解除，运行特点将要发生很大的变化。对于俄罗斯的电力系统来说，与

不是稳定性。除此之外，它们还具有其他的运行优点(下文 )见。

考虑到以上所提到的俄罗斯电力系统运行特点的变化和 A T的优点， SG设计和应用 AS G的进一步开 T发已正在进行中。

现在用于传统的同步汽轮发电机 ( T S G)的要求相比， 已发生了很多的变化，可能将来其中有一个变化是人们所期望的，以使汽轮发电机满足这些必须严格遵守

2应用于电力系统的 AS G原理 T众所周知，转子上的双轴励磁系统可实现所谓由 磁通励磁成分产生的 AS G电枢电动势的矢量控制。 T 这就意味着这个电动势的幅值和相位都可被控制。与那些传统的 S G相比， T的最大优点是其良好的 T AS G可控制性和高稳定性。当需要吸收电网无功功率时， 第二个优点特别重要。 A T的优点已被所有的试验和在 B r t sa SG us i k y hn火电厂已成功运行了超过 l年的两台 2 0 5 0 MW T AS G所证实。由于 AS G的设计和生产 1比传统的 S G要复 T艺 T

的要求。主要与以下要求有关： () 1在有功和无功载荷图没有规律工况下的可靠运行及高可用性；

() 2为提供深度吸收无功功率的可能性，尤其是在欠励区域内的高稳定性； ( )正常和异常运行工况

下的高可控性，包括 3在

电力系统发生的紧急情况和紧急情况后的恢复； () 4在其辅助系统中，包括励磁系统，需要进在行修理、试验、调整以及整定等情况下，电机尽可能继续高输出运行的可行性。 在俄罗斯大多数的电力系统、但不是所有的电力系统中，统的 S G在现有工况下，传 T能够满足那些要

杂，所以还不能够考虑用 AS G替代所有的己安装和 T

正在安装的 S G。 T的成本比 S G的成本要高出 T AS G T2￣0 0 3%。因此，在技术上和经济上， A T对 S G应用要进行衡量。 最近，已完成的调研表明，在俄罗斯电力系统中， 有相当多的火电厂(新建的和现有的已被增容改造的) 采用了 AS G。结果，使这些电厂与无功功率过剩和 T缺乏分流电抗器或其他补偿装置的电网相连。在这种场合下应用 AS G,可以取消附加分流电抗器或其他 T补偿器。

求的部分令人比较满意。但一些问题将会出现在需要吸收无功功率的情况下。实际上，由于电机运行在欠励情况下，吸收无功受稳定性的限制。因此在电站附近的电网中，应安装分流电抗器，以避免 S G的不正 T常运行。这种作法比较昂贵。但是由于前苏联在 8 0年代开发的具有双轴励磁系统的新型汽轮发电机的出 现，以及题为“步汽轮发电机”( S G)I论文的异 AT 1]发表，可能会有另一种解决方法。已有两台额定功率为 20 0 MW的汽轮发电机成功地运行在 B r t sa us i kv hn火电厂 (乌克兰 )这类汽轮发电机可用于吸收较大无。功功率要求的情况下，它受限于电枢电流的大小，而

结合可实现 F C S技术的专用电子控制设备， A T 使用安装位置接近输电线末端的 AS G效果更佳。 T 为适当地满足可调节的电力系统运行和电力市场

的需求，AS G应用在独立的发电公司是有益的。除 T

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此之外，这些电机还可用于一些分散的发电厂中，以 保证提供高可靠性和高质量的电能。

些电厂中，已证明其具有足够高的可靠性及良好的运行特性。因此， A T系列相比，与 SG没有明显的变化。

3俄罗斯商用 A T的开发 SG考虑到 AS G的优点和在俄

罗斯一些火电厂应用 T的方便性，在俄罗斯有一生产厂家已经开发研制了第一

度不

级为 F圾幺

行温

对 T3 WA型的 A T的定子端部区域的设计 ( SG布

置、结构及冷却方式 )应给予特别的注意，以避免在吸收无功功率期间，可能产生不允许的过热现缘。典型的 T WA型 A T 3 S G端部区域的结构示于图 2。电枢绕组、定子铁心、压板、铁心端部区域铜屏蔽、定子铁心拉杆、端部防护罩以及其他定子结构元

台商用 AS G。 T 已开发的典型的 A T结构如图 l SG所示。电机有

一

套三相电枢绕组和在电磁上对称、具有两个相同且

相互垂直的励磁绕组的转子。

件承受着高温，且需要通入冷水进行冷却。内部插入钢管的专用散热片被压入铁心段之间 (图 3示 )如所。此系统不但确保了铁心的冷却效果，还能增加其刚度， 降低振动。

图 1异步汽轮发电机的结构图

1 .主变压器磁绕组

2。发电机

3 .励磁变压器

4 .转子角位置传感器

5 .励 9 .

6励磁绕组 .

7 .自动灭磁装置

8 .自动励磁绕组短路装置

过电压保护装置 l.励磁机 O

l.励磁机 l.可控硅变频器 1 2

l。可控 3

硅变频器控制系统 1.自动励磁调节器 4

这两套励磁绕组由两个相同的可逆电力电子变频器馈电，而变频器是由双通道调节器进行控制。其中一

个通道提供有功功率 (力矩 )控制，另一个通道则图 2 T WA汽轮发电机的端部结构 31止的充水器 .静 2 .进水环 3 .励磁绕组下出线 4。励磁绕组 5。励

提供无功功率 (电压 )控制。

符合俄罗斯现有的趋势，对于新设计的汽轮发电机，避免使用氢冷，A T冷却系统被设计成全水冷 SG系统，或空冷系统。

磁绕组上出线

6,出水管

7静止的出水箱。

8定子端部护板 .

9。电枢

端部绕组 l .定子铁心 l。铁心散热片 O 1

31全水冷 A T系列 . SG全水冷系列、两极、额定功率分别为 10 6、 、10 120 3 0 2、 5 MW的 AS G ( 3 T T WA型 )近期已完成设计。 同时，还对其生产工艺进行了开发。在型号为 T W-0、全水冷 8 0 3 80 0 MW的 S G电机基础上，对这 T

T WA转子是这台电机的主要部件

,由于需要安 3装两套成一定角度的励磁绕组，以它与传统的 S G所 T 大不相同，且比传统的 S G更为复杂。原则上，这两 T套绕组可具有不同的参数，且位置角度小于丌 2/。但

些电机的定子进行了设计，为 T W-0因 3 8 0电机的定子是在高水平的技术处理下生产的，且成功地应用于一

可以简化这两套绕组的布置，在某种程度上，减少了 上述提到的 AS G原理的优点。如果有可能，使用两 T

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套位置互为 n/角度的相同的励磁绕组是比较理想 2的。正如己设计的应用于所有 T WA型汽轮发电机中 3的某些系统。绕组为绕线型空心铜导体，冷却方式为水冷，绝缘等级为 F级。这些绕组的运行温度不能比 B级绝缘规定的温度等级高。

() b图 4 T WA.5 3 3 0转子本体和槽断面

多年来的成功运行己证明了自泵压转子冷却系统的方便性及可靠性。这类系统还用在 T WA型汽轮发 3电机的阻尼绕组中。对称阻尼绕组和励磁绕组的共同

作用 (后一个绕组被短路 )是提供汽轮发电机有功功图 3 T wA型汽轮发电机定子铁心冷却器 3

率为 7%额定功率的异步低转差运行的可能性，实际 0值可通过试验来确定。 T WA型汽轮发电机的运行特性如表 1 3所示。

所有的 T WA型汽轮发电机励磁绕组布置的主要 3特点都相类似；仅其略微不同的则是电机的额定值。 例如，T WA 3 0型汽轮发电机中，转子绕组的布置 3 .5如图4所示。在每一个槽中都有水冷阻尼绕组空心铜导体。 T WA型汽轮发电机的另一个显著特点就是转子 3中装有称做“自泵压”的直接水冷系统，水的循环是

表 1 T WA型汽轮发电机的主要运行特性 3

通过转子旋转过程中产生的固有离心作用来完成的。这个系统比通常所采用的通过转轴进水的水冷转子给水泵系统简单且可靠，水冷转子给水泵系统中的水循环需要很多钢管和绝缘管。

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用于比较 S G 3 3 0无功功率消耗限制的 T T W-5 T WA 3 0型 P功率圆图如图 5所示。 3 5 Q

c . o 0 S 8 5.

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图 5 T 3WA-5 3 0型 (曲线 1 )汽轮发电机的 P功率圆图 Q(无功功率受 T W 30型 ( 3 -5曲线 2 )同步发电机最小励磁电流的限制) 图 6 T F 10型异步汽轮发电机转予和转予槽的截面图 3 A. 1

所有的 T WA汽轮发电机都填充了略微过压的空 3气 (过大气压 02 08 P )超 .~ .k a。

两个相同且互相垂直的绕组安装在转子上。转子

本体的截面以及其槽的截面如图 6所示。在这台电机的转子中没有专门的阻尼绕组，但其端头槽楔为青铜， 且尾端在转子护环下为短路状态。这样，可使阻尼效应最佳。 ’T F l0型汽轮发电机的端部结构如图 7所示。 3 A— 1

由于不需要在转子上安装风扇、内置空冷却器以 及轴的油密封，放弃氢冷已经简化了电机结构。水冷方式可以降低电机部件的温度，可以简化其设计，增加其强度裕度。32全空冷 l0VW的 AS . l1 l TG最近，已设计生产了一台 T F l0型的 l0 W 3A—1 1M

为了便于比较，图 8示出了异步 T F—1电机和 3A l0发同步 T F l0发电机的 P功率圆图。从图中可以看 3—1 Q出，在无功功率吸收区，与 T F l0型发电机相比， 3—l

异步汽轮发电机。台电机已于 2 0年安装在莫斯科这 04火电厂。型号中的字母 F示电机中装有强迫冷却系表统，即转子绕组为直接空冷，而电枢绕组则为间接空冷。

T F发电机有其独特的优点。 3A

电枢绕组和励磁绕组为 F级绝缘，但运行温度则

按照 B级绝缘的极限温度。

图 7 T F 10型汽轮发 f【 3 A一1也的端部结掏() a

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为满足现代化【需求的双轴肋磁汽轮发 I机的开发 U n

本报告完成后，住生产J的试台：一家，对第一

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台 T F 10汽轮发电机进行了试验。所得的试验结 3A.l是令人满意的， H计算结果栩吻合，设计的参数

羽 f机的特性也得到验证。 j 例如，住额定状态下，电枢绕组温艘约为 9℃, 5

其中的一个励磁绕组的温度约为 6￣后者可采川电 0 C,阻法确定。

通过试验和计算得出的电机电抗值列于表 3。

表 3 T F 10汽轮发电机的电抗值单位：pu 3 A一1 ..

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图 8 T队 -】 ( 3 l0曲线 1 )和 T F 1 0 ( 3 . 1曲线 2 )型

汽轮发电机的 P Q功率圆图

T F l0型的汽轮发电机的主要运行特性列于 3A—l表 2。

对已安装到电厂中的电机，还可继续对其进行试验。

4结论表 2 TF 3 A型汽轮发电机的主要运行特性在俄罗斯，已有相当多的新电厂。¨改造过的现平被有电厂，采 J了比传统的 S G更有优势的 AS G。在{ j T T最近的 5 8年里，根据预定的开发计划，准备在 8 0 -~l个电厂中安装 AS G。类似于俄罗斯的电力行业，这 T种形势也将在其他国家中出现。

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冷晓梅

译自

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沈梁伟

校

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1xwj.html