摘 要：汽輪發(fā)電機(jī)作為重要的發(fā)電設(shè)備在電力行業(yè)被廣泛應(yīng)用。在汽輪發(fā)電機(jī)的研制和生產(chǎn)過(guò)程中，必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的試驗(yàn)，以驗(yàn)證其電氣性能是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。文章介紹了65MW50HZ汽輪發(fā)電機(jī)在工廠中的型式試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；型式試驗(yàn)；測(cè)定

1 概述

生物質(zhì)能是世界上重要的新能源，而利用生物質(zhì)能進(jìn)行發(fā)電是生物質(zhì)能利用的重要途徑，也符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向，目前中小型汽輪發(fā)電機(jī)以其成本低、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)在該發(fā)電領(lǐng)域被廣泛使用。國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)已有多年歷史，無(wú)論從生物質(zhì)能高效利用，還是從產(chǎn)品的技術(shù)革新的角度看都需要我們研制出更便捷、更高效的中小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)品。

2 試驗(yàn)條件

汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品整機(jī)型式試驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅對(duì)電機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性能進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)也對(duì)相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備及輔助保障設(shè)施有著嚴(yán)格的要求。整機(jī)型式試驗(yàn)需要的試驗(yàn)設(shè)備主要有被試發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及供電電源、試驗(yàn)供油及循環(huán)水系統(tǒng)，被試發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)等。

2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及供電電源

65MW汽輪發(fā)電機(jī)整機(jī)型式試驗(yàn)供電電源采用電源機(jī)組模式供電，兩臺(tái)2750KW的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)7500KW的同步發(fā)電機(jī)組成的變頻系統(tǒng)，為5000KW同步拖動(dòng)電機(jī)提供變頻電源。供電原理如圖1所示。

由直流系統(tǒng)拖動(dòng)直流電機(jī)M1、M2，直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)GS1發(fā)電，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的速度及同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，從而實(shí)現(xiàn)輸出變頻、調(diào)壓電源，作為試驗(yàn)電源。此試驗(yàn)電源通過(guò)高壓柜及接線箱、測(cè)量器件等拖動(dòng)5000KW拖動(dòng)電機(jī)，再由拖動(dòng)電機(jī)連軸帶動(dòng)齒輪箱及被試電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行各種試驗(yàn)。被試機(jī)定子線圈通過(guò)短路并對(duì)勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)而進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)開(kāi)路而進(jìn)行空載試驗(yàn)項(xiàng)目。

2.2 供油及循環(huán)水系統(tǒng)

由于型式試驗(yàn)時(shí)被試發(fā)電機(jī)軸承、拖動(dòng)機(jī)軸承及齒輪箱都需要油源進(jìn)行潤(rùn)滑，試驗(yàn)供油系統(tǒng)由站內(nèi)上油箱、下油箱、主油泵、高壓頂油泵、主油管道熱交換器、油凈化裝置、油管道過(guò)濾器組成，通過(guò)控制管道閥門來(lái)保證發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)用油。

試驗(yàn)所需冷卻水系統(tǒng)由三臺(tái)水泵作為循環(huán)水泵，采用外來(lái)補(bǔ)水和循環(huán)回水調(diào)節(jié)方式，保持試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)定子及循環(huán)油冷凝裝置用水。

2.3 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

整機(jī)型式試驗(yàn)時(shí)，在對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，還需根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目要求，對(duì)拖動(dòng)電機(jī)和被試發(fā)電機(jī)進(jìn)行電參數(shù)、振動(dòng)參數(shù)、熱工量的測(cè)量。

在試驗(yàn)的各種工況下，需要對(duì)拖動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集連接電源機(jī)組高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電壓及電流數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)接入控制室，在發(fā)電機(jī)定子出線端接入三個(gè)電壓和電流互感器，將互感器數(shù)據(jù)傳入控制室，上述電參數(shù)統(tǒng)一接入WT3000高精度功率分析儀和DL850示波記錄儀中，對(duì)拖動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的電參數(shù)及趨勢(shì)波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是通過(guò)直流整流柜及開(kāi)關(guān)柜接入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓及電流的測(cè)量。

發(fā)電機(jī)的軸承座振動(dòng)測(cè)量采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的本特利3500型測(cè)振儀，拖動(dòng)機(jī)的軸承振動(dòng)也用此測(cè)量?jī)x表進(jìn)行監(jiān)控。試驗(yàn)時(shí)，被試機(jī)發(fā)電機(jī)所有溫度量（包括定子鐵芯溫度、定子繞組溫度、循環(huán)水溫度、通風(fēng)道口溫度等）統(tǒng)一接入熱工測(cè)量箱，通過(guò)通訊連接，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行顯示。

3 型式試驗(yàn)的主要項(xiàng)目

廠內(nèi)進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7064-2008《隱級(jí)同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》和發(fā)電機(jī)技術(shù)協(xié)議所要求的項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，方法按GB/T1029-2005《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

3.1 空載和短路特性參數(shù)的測(cè)定

在空載特性及短路特性試驗(yàn)中，可以直接測(cè)得額定空載勵(lì)磁電流與額定短路勵(lì)磁電流數(shù)據(jù)，但不能直接獲取發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流數(shù)據(jù)，需要根據(jù)測(cè)得的空載短路特性間接推算得到。

根據(jù)發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)得到空載損耗特性曲線，如圖2所示。在U0/UN=100%時(shí)，測(cè)得額定空載勵(lì)磁電流為335A。

根據(jù)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)短路特性試驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)短路損耗特性曲線，如圖3所示。在Ik/IN=100%時(shí)，測(cè)得額定短路勵(lì)磁電流為580A，短路比SCR=0.578。

根據(jù)空載飽和特性及三相穩(wěn)態(tài)短路特性勵(lì)磁電流數(shù)據(jù)，用ASA作圖法，可得到發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流Ifn=861A[1]。

3.2 損耗和效率測(cè)定

效率作為電機(jī)產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，在目前的測(cè)量設(shè)備下，我們采用損耗分析法進(jìn)行功率的計(jì)算。

在空載損耗曲線中，空載額定電壓對(duì)應(yīng)的拖動(dòng)機(jī)輸出功率為恒定損耗P0，將曲線延長(zhǎng)到U0/UN=0，則曲線與縱軸交點(diǎn)的值即為發(fā)電機(jī)機(jī)械損耗Pfw，兩損耗的差值則為發(fā)電機(jī)鐵耗Pfe。

（1）在空載損耗曲線查出：P0=589KW，Pfw=589KW，則Pfe=139KW

（2）定子銅損耗采用測(cè)得的定子繞組電阻與額定電流設(shè)計(jì)值的平方相乘得到。

（3）雜散損耗（查短路損耗曲線）

R55為試驗(yàn)時(shí)定子繞組溫度為55℃時(shí)的直流電阻，其值為0.001728846Ω。

（4）勵(lì)磁損耗

（5）總損耗

（6）發(fā)電機(jī)效率

3.3發(fā)電機(jī)溫升測(cè)定

發(fā)電機(jī)溫升采用同步電機(jī)疊加法，即通過(guò)空轉(zhuǎn)溫升試驗(yàn)，1.05UN空載溫升試驗(yàn)，1.2UN空載溫升試驗(yàn)，1.0IN短路溫升試驗(yàn)四次溫升試驗(yàn)確定定子及轉(zhuǎn)子繞組在滿載下的溫升值[2]。

（1）勵(lì)磁繞組溫升采用如下作圖法求得：

將后三次溫升試驗(yàn)中測(cè)得的勵(lì)磁繞組直流電阻Rf按如下公式換算至介質(zhì)溫度為40℃時(shí)的電阻值。作出θ′f=f（I2fR′f）關(guān)系曲線，計(jì)算額定勵(lì)磁電流下繞組溫度分別為40℃和75℃時(shí)的溫升值，連接這兩個(gè)溫升值并延伸得到一條直線，直線與曲線延長(zhǎng)線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫升即為勵(lì)磁繞組在額定工作方式下的溫升。

4 試驗(yàn)結(jié)果

該電機(jī)整機(jī)型式試驗(yàn)的試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。在整機(jī)試驗(yàn)中該發(fā)電機(jī)的主要電氣參數(shù)試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值基本一致，且優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)65MW汽輪發(fā)電機(jī)整機(jī)型式試驗(yàn)條件作了闡述，分析了電機(jī)的空載和穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)過(guò)程，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算。整機(jī)型式試驗(yàn)結(jié)果證明了該型號(hào)發(fā)電機(jī)主要電氣參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，是技術(shù)成熟的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]GBT_7064-2008.隱級(jí)同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求[S].

[2]GB/T 1029-2005.三相同步發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)方法[S].

作者簡(jiǎn)介：劉中磊（1985，3-），男，漢族，出生于河南省南陽(yáng)市，在中國(guó)長(zhǎng)江動(dòng)力集團(tuán)有限公司工作，助理工程師，碩士研究生，現(xiàn)從事電機(jī)試驗(yàn)研究工作。