125kW发电机的增容改造
高俊杰 宋立波 孙志海 吉林省敦化市水电管理站 敦化市 133700
1 增容分析 据有关资料介绍,我国60年代初在小型电机设计中,将定子电流密度和气隙磁通密度取得较高,而电负荷取得较低。其结果是发电机体积较大,总重量较重,定子绕组用铜较省,效率较低和转子励磁绕组温升偏高。这样在绝缘温升允许范围内,发电机的出力必然受到影响。1974年生产的TSN59/41-8型发电机正是属于这种情况,这就为其增容改造提供了可能性。由于对小型发电机的电磁参数和短路比并无严格要求,关键在于控制励磁绕组温升在允许的合理范围内和确保材料(有效材料和结构材料)在合理的利用范围内。也就是说,在原发电机铁芯及其它部分结构未更新的情况下,能否只更换定子线圈,就能达到增容的目的呢?首先分析定子铁芯的有关基本技术参数是否满足增容的要求。按技术参数要求,定子齿部磁通密度严格控制在1.58T以下,大部分在1.55T以下;轭部磁通密度严格控制在1.48T以下。通过对原机和改造后的参数看,完全达到要求。这说明只更换定子线圈,就能达到满足增容的要求。即在原有槽形不变的情况下,就可相应地增加绕组铜线截面,降低定子损耗,降低绕组温升,提高发电机效率,增大输出功率。所以采取改进定子绕组绝缘结构是增容最有效的方法。校核计算的主要技术参数是,其一,提高电负荷(As)。应用最小二乘法原理进行一元非线性回归,得到的指数曲线对比,原125kW发电机As=293.66A/ cm ;现改造后160kW机As=357A/cm,提高幅度为21.57%。其二,降低定子绕组电流密度(A/mm2)。原机为6.68,改造后为5.274,降低了1.406,达21%。其三 ,控制热负荷。热负荷愈大,发热愈严重且散热愈困难。热负荷直接影响到发电机定子的平均温升,因此用控制热负荷的大小来控制温升。校核后,增容后热负荷为1883,小于原机1961.64。通过综合计算分析,125kW发电机增容到160kW是完全可以的。 2 增容成果 增容成果列表见表1。从表1看出,通过增容改造视在功率由原156.25kVA增加到190kVA,有功功率由原125kW增加到161.5kW;功率因数由原0.8增加到0.85。增容后无功功率大于原机;励磁电流增加8%,励磁功率增加16.6%;定子线圈平均温升降低1.6℃,转子线圈温升增加10℃。仅更换定子线圈,改造后线圈导体截面增加54%,20%,后改为三相半波可控整流装置),其增容改造成果显著。 3 增容实例 首台125kW发电机的增容改造后,即在我市小石河电站投入运行。运行记录如表2所示。


小石河电站的水轮机型号为ZD661-LH-60,出力40kW~220kW,设计水头为6m~14m,引用流量1.56m3/s~2.09m3/s。 当库水位601.96m、尾水位589.20m(水头12.76m)时,发电机有功功率为155 kW。当库水位为602.30m(水头13.10m)时,有功功率为165kW,其增容已超160 kW。最高水位603.30m、最大水头14.10m时,尚有1.0m水头余地。小石河电站年平均发电量为105万kW·h,年利用小时数为4200h,按增容运行2940h计算,多发电量为10.29万kW·h,按电价0.205元/kW·h计算,年可多收电费2.1万元,1年即可收回增容改造的投资,效益十分显著。 通过对125kW增容至160kW的实践,充分地说明对于运行多年的水轮发电机,要使其更好地发挥作用和提高出力,创造更好的经济效益,对其进行更新改造,使其充分发挥现有的潜力,是一个行之有效的途径。
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