王勇，楊鳳君，方建國(guó)

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

超超臨界鍋爐于上個(gè)世紀(jì)90 年代初在歐洲問(wèn)世，超超臨界發(fā)電技術(shù)具有煤耗低、環(huán)保性能好的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)于2002 年把開(kāi)發(fā)超超臨界鍋爐技術(shù)列為國(guó)家863 重大項(xiàng)目攻關(guān)計(jì)劃。

與超超臨界鍋爐配套的強(qiáng)制循環(huán)泵電機(jī)稱做濕繞組電機(jī)，我公司于上世紀(jì)80 年代引進(jìn)德國(guó)公司技術(shù)生產(chǎn)濕繞組電機(jī)，是國(guó)內(nèi)具備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造技術(shù)的廠家，為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造，我們對(duì)10kV 級(jí)濕繞組電機(jī)進(jìn)行了絕緣技術(shù)研究。

1 超臨界爐水循環(huán)泵濕繞組電機(jī)技術(shù)要求

與自然循環(huán)相比較，超臨界鍋爐在循環(huán)水路中需要配置爐水循環(huán)泵設(shè)備，這個(gè)循環(huán)泵相當(dāng)于心臟泵，是一種強(qiáng)制循環(huán)泵，我們把這種泵電機(jī)稱作爐水泵濕繞組電機(jī)。爐水泵中的循環(huán)介質(zhì)是超臨界(超超臨界)鍋爐中循環(huán)的高溫度、高壓力水，因此對(duì)于循環(huán)泵來(lái)講，泵電機(jī)就變得復(fù)雜起來(lái)。循環(huán)管路中的高溫高壓水在循環(huán)泵與電機(jī)之間的密封是關(guān)鍵技術(shù)之一，爐水循環(huán)泵采用泵機(jī)一體的結(jié)構(gòu)，因此泵與電機(jī)間的密封問(wèn)題迎刃而解，但電機(jī)繞組則必須運(yùn)行在高壓水中，且水溫在65℃以下，水的壓力與主蒸汽壓力相同，這就對(duì)繞組絕緣提出了特殊要求，火力發(fā)電機(jī)組的典型技術(shù)參數(shù)如下。

亞臨界機(jī)組的典型參數(shù):主蒸汽壓力16.7MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538℃/538℃，發(fā)電效率約38%。

超臨界機(jī)組的典型參數(shù):主蒸汽壓力24.1MPa左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538℃～560℃，發(fā)電效率約為41%。

超超臨界機(jī)組的典型參數(shù):主蒸汽壓力為25 ～31MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580℃～610℃，發(fā)電效率約為48%。

相應(yīng)的亞臨界爐水泵濕繞組電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù):設(shè)計(jì)壓力21.5MPa，水壓試驗(yàn)壓力31.2MPa，電機(jī)額定功率200 ～400kW，電壓0.38 ～6kV，電機(jī)繞組運(yùn)行溫度最高55℃。

超臨界爐水泵電機(jī)技術(shù)參數(shù):設(shè)計(jì)壓力31.5MPa，水壓試驗(yàn)壓力47.2MPa，電機(jī)額定功率400kW，電壓10kV，電機(jī)繞組運(yùn)行溫度最高60℃，報(bào)警溫度65℃。

我公司引進(jìn)德國(guó)KSB 技術(shù)后，已經(jīng)為300MW/600MW 電站鍋爐亞臨界強(qiáng)制循環(huán)泵配套濕繞組電機(jī)。對(duì)于超臨界(超超臨界)機(jī)組配套的10kV 濕繞組電機(jī)，目前均采用進(jìn)口，為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，我公司對(duì)此開(kāi)展了研發(fā)工作。

2 絕緣技術(shù)研究

2.1 絕緣材料的選擇

濕繞組電機(jī)的繞組運(yùn)行在高壓水中，繞組聯(lián)接部位的絕緣材料具有以下要求:(1)高延伸率;(2)一定的拉伸強(qiáng)度;(3)絕緣整體性好;(4)高介電強(qiáng)度;(5)耐水性好。預(yù)選材料型號(hào)及性能見(jiàn)表1。

表1 絕緣材料性能

2.2 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)

繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，以4 種絕緣材料制作聯(lián)接結(jié)構(gòu)試樣，絕緣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)

2.2.2 中性點(diǎn)聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)

中性點(diǎn)聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 中性點(diǎn)聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)

2.2.3 引出線絕緣結(jié)構(gòu)

引出線由繞組線、導(dǎo)電桿、絕緣套管組成，絕緣結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 引出線絕緣結(jié)構(gòu)

2.3 浸水絕緣試驗(yàn)

2.3.1 繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

按圖1 制作試樣，浸室溫水24h 后進(jìn)行局部放電試驗(yàn)和工頻擊穿電壓試驗(yàn)，絕緣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)浸水試驗(yàn)

將引出線與中性點(diǎn)聯(lián)接做成復(fù)合結(jié)構(gòu)試樣，如圖4 所示。以M1 和F-5 各制作一個(gè)試樣。

圖4 引出線結(jié)構(gòu)與中性點(diǎn)聯(lián)接試樣

2.3.3 檢查試驗(yàn)

檢查試驗(yàn)方案:(1)浸室溫水24h 測(cè)絕緣電阻，5 000V 電動(dòng)搖表;(2)局部放電試驗(yàn):試驗(yàn)電壓6kV、7kV、10kV;(3)耐電壓試驗(yàn):25kV，1min，試驗(yàn)前后測(cè)絕緣電阻。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 檢查試驗(yàn)結(jié)果

2.3.4 浸水-壓力試驗(yàn)

試驗(yàn)方案:引出線結(jié)構(gòu)裝入高壓試驗(yàn)裝置中進(jìn)行浸水壓力試驗(yàn)，浸室溫水做10 個(gè)周期循環(huán)試驗(yàn)，浸60℃水做20 個(gè)周期的壓力循環(huán)水壓試驗(yàn)。每個(gè)周期試驗(yàn)時(shí)加壓時(shí)間保持30min，降壓后保持10min，升高水壓和降低水壓前后分別測(cè)試絕緣電阻并記錄。水壓壓力:第一次水壓49MPa，后續(xù)水壓31MPa。浸室溫水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 浸室溫水壓力試驗(yàn)

2.3.5 60℃水中壓力試驗(yàn)

浸60℃水中壓力試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 浸60℃水壓力試驗(yàn)

2.3.6 試驗(yàn)分析

2.3.6.1 試驗(yàn)結(jié)果表明，以此2 種材料制作的繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)浸室溫水24h 后的驗(yàn)絕緣電阻均在2×105MΩ 以上，最低工頻擊穿電壓在80kV 以上。2.3.6.2 引出線結(jié)構(gòu)通過(guò)25kV/1min 試驗(yàn)，7kV局部放電幅值為30pC，滿足10kV 濕繞組電機(jī)的絕緣技術(shù)要求。

2.3.6.3 復(fù)合結(jié)構(gòu)試樣通過(guò)了25kV/1min 的檢查試驗(yàn);室溫下浸水絕緣電阻在2×105MΩ 以上，7kV 工頻電壓下的局部放電50pC 以下。浸60℃高溫高壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)-5 材料制作的復(fù)合結(jié)構(gòu)的絕緣電阻優(yōu)于M1 結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)浸水試驗(yàn)結(jié)果表明，以M1、F-5 材料制作的試樣的電氣強(qiáng)度與進(jìn)口JK 材料制作的試樣的電氣強(qiáng)度相當(dāng)，M1、F-5 材料制作的繞組聯(lián)接絕緣結(jié)構(gòu)可用作10kV 濕繞組電機(jī)的繞組絕緣聯(lián)接。

3.2 引出線結(jié)構(gòu)通過(guò)25kV/1min 試驗(yàn)，7kV 局部放電幅值為30pC，滿足10kV 濕繞組電機(jī)產(chǎn)品絕緣技術(shù)要求。

3.3 由引出線結(jié)構(gòu)與繞組線聯(lián)接結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其浸60℃水中的壓力試驗(yàn)結(jié)果表明，以F-5材料制作的絕緣結(jié)構(gòu)的耐水絕緣性能最優(yōu)，目前是10kV 超臨界濕繞組電機(jī)絕緣材料最好的選擇。

［1］ 張東林.LUV 濕繞組電機(jī)絕緣研究報(bào)告.

［2］ 方建國(guó).提高濕繞組電機(jī)絕緣可靠性的研究報(bào)告.

［3］ 樊泉桂.超超臨界及亞臨界參數(shù)鍋爐.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［4］ 朱全利.超超臨界機(jī)組鍋爐設(shè)備及系統(tǒng).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［5］ 朱全利.國(guó)產(chǎn)600MW 超臨界火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)叢書(shū)—鍋爐設(shè)備及系統(tǒng).北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［6］ 張磊，廉根寬.600MW 超臨界火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)問(wèn)答叢書(shū)—鍋爐運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.