贵港水电站水轮发电机组的主要参数及结构特点
郑 彪 广西电力工业勘察设计研究院 南宁 530023
贵港航运枢纽电站安装4台灯泡贯流式机组,单机容量30 MW,总装机容量120 MW。 该枢纽是引进世行贷款的项目,水轮发电机组采用国际招标采购,共有5家国外制造厂商的联合体参与竞标,经过比较,最终选择ABB-Kvaerner联合体为机组制造承包商。
1 水轮机的主要参数
水轮机型式:灯泡贯流式; 转轮型号:UK 324; 转轮直径:6.9 m; 额定出力:30.93 MW; 最大水头:14 m; 额定水头:8.5 m; 最小水头:2.5 m; 额定流量:405 m3/s; 额定转速:78.9 r/min; 额定比转速:946.4 m.kW; 最大飞逸转速:265 r/min; 额定工况效率保证值:不低于91.95% 最高效率保证值:不低于95.95%; 转轮中心线高程:22.39 m; 最大轴向水推力:4 800 kN; 最大反向水推力:3 400 kN。 2 发电机的主要参数
型号:SAB 693/155/76; 额定容量:32.6 MVA; 额定功率因数:0.92; 额定电压:10.5 kV; 额定频率:50 Hz; 额定电流:1 793 A; 额定转速:78.9 r/min; 转动惯量:4 000 kN.m2; 灯泡比:1.145; 直轴同步电抗Xd(不饱和值):0.99; 直轴暂态电抗X′d(不饱和值):0.34; 直轴次暂态电抗X″d(饱和值):0.26; 交轴同步电抗Xq(不饱和值):0.72 交轴暂态电抗X′q(不饱和值):0.31; 交轴次暂态电抗X″q(饱和值):0.29; 负序电抗X2(饱和值):0.275; 零序电抗X0:0.13;
3 机组的结构特点
国内目前已建成许多灯泡贯流式机组电站,贯流式水轮发电机组的结构也已为国内同行所熟悉,故本文对贵港机组的一般结构不再赘述,仅介绍与其他贯流式机组相比结构的不同之处。 3.1 导叶关闭卡阻保护 各制造厂商对导叶关闭卡阻保护所采用的结构各有不同,如天津发电设备厂在白垢电站采用剪断销装置,Voith公司在马迹塘电站采用液压连杆和挠曲连杆结构(各一半),富士电机在百龙滩电站采用挠曲连杆结构,Kvaerner在贵港电站采用的则是摩擦副保护结构。 此种结构是Kvaerner公司的专利,由拐臂、拐臂座、摩擦环、顶盖、传感器等组成(见图1)。
图1 导叶控制摩擦机构
①-拐臂座 ②-摩擦环 ③-拐臂 ④-顶座 ⑤-传感器
该结构的工作原理是:根据导叶的最大关闭力矩确定摩擦机构的最大传送转矩,安装时预先进行调节,并能保证在任何情况下,都有足够的摩擦力传递转矩以控制导叶。在导叶关闭过程中,如果导叶被外来障碍物卡住,当关闭作用力矩超过摩擦机构的最大传送转矩时,摩擦副之间将产生相对滑动并通过传感器发出事故信号,这时,除了被卡的一对导叶外,其余导叶均可继续关闭到零而停机。
3.2 主轴和轴承
水轮机和发电机共用一根主轴,主轴的材料为ASTM-A668D级钢,是一根外径为1 040 mm,内径为240 mm的空心轴。 机组的转动部份由两个导轴承支承,发电机转子和水轮机转轮均在轴承的外侧,为悬臂结构。发电机侧的导轴承与推力轴承、反推力轴承组成一体构成组合轴承。 组合轴承装有正向推力瓦和反向推力瓦各12块。分别承受正向和反向推力。最大正向推力为3 800 kN,最大反向推力为3 400 kN。 组合轴承的最大特点是推力轴承无推力镜板,推力瓦与主轴上的推力头直接接触。 最初,在招标文件和合同文本中均明确组合轴承由“径向轴瓦、正向和反向推力瓦与推力镜板、分半可拆卸的轴承体和分半的轴承座组成。”ABB在技术联络会之前提出建议,要求采用无推力镜板的结构。ABB认为,推力瓦直接与大轴接触,没有分瓣镜板的组合错位及间隙问题,对接触面的平滑性和摆动度均有很好的效果。 我们经分析后认为,在立式机组和卧式机组中,都曾经发生过烧瓦的事故,如果取消推力镜板,万一发生烧瓦事故造成滑动面严重损伤,只能将主轴吊出修复,严重时甚至要将主轴运回厂家处理。而采用推力镜板结构,则仅需将损伤的镜板拆出修复即可,其维修工作量无疑大大减少,以往国内外的贯流机组也多采用有推力镜板的结构。因此,在会谈中,我方坚持己见,双方各执一词,争持不下。但由于某种原因,最终只好同意ABB采用无推力镜板的结构。
3.3 定子机座 定子机座是焊接结构,与其他厂商相比较,其不同之处是该机座包含有特别的V形构件,详见图2。这种V形构件是ABB的专利,具有下述特点:
图2 定子机座的V形构件
(1)将紧密缠绕的定子铁芯同轴固定在位。 (2)保证发电机通风冷却所需的空气循环的空间。 (3)可作为挡风板。 (4)加固机座外壳,提高机座的刚度。 (5)保证均一的气隙。另外,V形构件中的弹簧效应可允许定子铁芯的径向热膨胀,从而防止了定子铁芯叠片在轴向的变形或者反作用力。 定子机座两侧连接法兰设有两道“O”型密封圈实现密封。此外,在法兰的内侧开有一个空槽,该空槽用来试验和检查O型密封圈的止水性能。其检查方式是:通过连通孔将气体压入槽内,并用压力表检测其压力,如在一定时间内压力表显示槽内压力保持不变,则密封性好,否则,应视情况予以更换密封圈。
4 转子支架
转子支架是一个整体焊接件,由磁轭、斜臂和转子中心体组成。 为了减小发电机的外形尺寸,转子的磁轭不采
用叠片,而作成一个圆筒形铸钢件,由5个圆筒形铸钢件组成,通过斜臂连结焊成一个整体。由于磁轭分成几个圆筒,进一步减少了发电机的涡流损失,提高了发电机的效率,圆筒之间的空间亦可加强径向通风,有利于机组的通风散热。 在热力和离心力的作用下,若磁轭产生椭圆,将导致机组振动和出力摆动,影响机组的稳定和安全运行。大中型水轮机一般常采用浮动式磁轭,当磁轭受离心力和热力作用时,允许径向扩张,从而不影响磁轭的圆度。与其他厂商采用的轴向臂相比,ABB采用的斜臂结构由于允许磁轭作微小的转动,从而可以吸收磁轭由于离心力和热膨胀产生的径向膨胀。
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