300MW汽轮发电机技术规范书.docx
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300MW汽轮发电机技术规范书
300MW汽轮发电机技术规范书
热电工程2×300MW汽轮发电机组采用汽轮发电机有限公司按引进西屋公司技术生产的300MW水氢氢汽轮发电机。
为此,我公司(需方)、电力设计院与汽轮发电机有限公司(供方)于二OO三年一月九至十日于热电工程用QFSN-300-2型汽轮发电机组和辅助设备有关技术问题进行了讨论,并达成如下协议。
1概述
本工程建设2台300MW级汽轮发电机组,各经双卷变压器升压,接入220kV系统。
1.1本技术协议范围为2×300MW级汽轮发电机。
包括发电机及附件、氢、油、水系统、检测装置、专用工具以及备品备件等。
本技术协议书提出了相对应的技术标准,图纸,资料等方面的要求。
1.2发电机在额定频率、额定电压、额定功率因数和额定冷却介质条件时的机端连续输出额定功率为300MW(扣除励磁系统所消耗的功率,下同),且与汽轮机额定出力相匹配。
1.3发电机最大连续输出功率与中标汽轮机最大进汽量工况的出力相匹配,且其功率因数和氢压等均与额定值相同。
长期连续运行时各部分温升,不超过国标GB/T7064-1996中有关规定的数值。
1.4发电机定子额定电压为20000伏。
额定功率因数为0.85(迟相);额定转速为3000r/min,额定频率为50Hz。
1.5发电机冷却方式为水、氢、氢。
1.6发电机具有失磁后短时异步运行、进相运行和调峰运行的能力。
1.7发电机的励磁型式采用自并励静止励磁系统。
1.8水内冷线圈不允许有漏水或渗水,氢冷发电机漏氢量在额定氢压下一昼夜(24小时)不大于8m3。
1.9发电机连续运行天数不小于180天。
大修间隔不少于四年,小修间隔为每年一次。
正式投产后第一年、第二年可用率为85%,第三年后非大修年可用率不低于90%。
1.10所使用的单位为国家法定计量单位制。
1.11发电机运转层标高为12.6m。
1.12发电机实际运行寿命不小于30年。
2技术要求
2.1发电机技术要求
2.1.1基本规格和参数
额定功率300MW(扣除励磁系统所消耗的功率)
最大连续输出功率338MW(398MVA)
额定功率因数0.85(迟相)
额定电压20000V
额定转速3000r/min
频率50Hz
相数3
极数2
定子线圈接法YY
额定氢压0.31MPa
效率(保证值)99%(不包括励磁系统损耗)
额定氢压下短路比(保证值)0.6
瞬变电抗X1d0.202
超瞬变电抗X11d0.16
承担负序能力:
稳态I2(标么值)10%
暂态I22t(秒)10
定转子绕组及定子铁心绝缘等级F级,温升按B级考核
励磁性能高起始响应系统
顶值电压2倍额定励磁电压(按机端电压为80%额定电压时)
电压响应时间<0.1Sec
允许强励持续时间10Sec
噪音(距外壳1米处)<90dB(A)
2.1.2发电机定子出线端数目为6个(氢冷发电机结构设计所限制)。
出线端子排列:
从励端向发电机出线端看从左至右顺序为C,B,A。
2.1.3发电机旋转方向,由汽轮机向发电机端看为顺时针方向。
2.1.4对发电机氢冷部分的要求
(1)正常运行时,氢气直接冷却的冷氢温度范围为40~46℃,氢冷却器冷却水进水温度一般不超过38℃。
(2)氢气纯度不低于95%时,能在额定条件下发出额定功率及最大连续功率。
(3)氢气湿度在额定氢压下保证机内氢气露点在-25℃~-5℃范围内,当机内温度≥10℃,露点0℃时报警并采取措施。
(4)机壳和端盖,能承受压力0.8MPa(g)历时15min的水压试验,保证运行时内部氢爆不危及人身安全。
(5)氢气冷却器按进水温度38℃和工作水压不低于0.35MPa设计,试验水压不低于工作水压的2倍,历时15min。
(6)冷却器单边承受压力,按0.8MPa(g)设计。
2.1.5对发电机水冷部分的要求
(1)定子线圈冷却水的温度范围40~53℃,入口水温有自动调节装置。
出口水温不得大于85℃。
(2)水质透明纯净,无机械混杂物,在水温为20℃时:
导电度为0.5~1.5μs/cm(定子线圈独立水系统)
PH值7.0~8.0
硬度<2微克当量/L(2μgE/L)
含氨量(NH3)微量
(3)定子内冷却水允许断水持续时间为30秒。
上述时间内,发电机仍能按2.1.1工况运行。
2.1.6发电机的测温要求
在定子每槽内上、下层线圈间埋置单支热电阻(Pt100)二个(其中一个备用),每根绝缘引水管出口端安装测量出水温度的热电阻(Pt100)一个。
定子水路进、出水处各装一个双支热电偶和温度开关。
发电机各部位的测温元件严格埋设工艺,保证完整无损,每个测温元件的接头单独引出,并连接到相应的本体接线盒。
在每个端盖和定子机壳上温度最高点处均埋设不少于一个Pt100热电阻测温元件。
本机端盖、机座是进风区,即发电机冷氢进风处装8个Pt100双支热电阻(三线制),发电机热氢出风处装2个单支热电阻(三线制)。
汽端、励端及滑环装置各轴承上均装设测量油温的双支热电偶1个温度元件,并在出油管上设有视察窗。
在各轴瓦上还各装一个双支热电偶。
在定子铁芯齿部和轭部装设22个热电偶,其中10个备用。
在定子端部两侧压指、铜屏蔽、磁分路等处永久性装设8个热电偶,其中2个备用。
2.1.7发电机定、转子各部分温度的温升限值,符合国标GB/T7064—1996“透平型同步发电机的技术要求”中表9、表10的规定。
其中采用F级绝缘其允许温升按B级绝缘考核。
2.1.8发电机轴承排油温度不超过65℃,轴瓦金属最高温度一般不超过90℃,但钨金材料允许在110℃以下长期运行。
2.1.9电压和频率变化范围
发电机在额定功率因数、电压变化范围为额定值的±5%和频率变化范围为额定值的±2%时(即按照IEC国际标准或国标GB/T7064-96图中阴影面积所示范围内)能连续输出额定功率。
当发电机电压变化在±5%以内,频率变化在-5%~-2%和+2%~+3%范围运行,发电机能连续输出额定功率其各部件温度不超过GB/T7064-96表10温度限值。
2.1.10发电机各部位允许振动值
(1)发电机在额定转速下运行时,考核机组轴系振动。
轴承座在水平、垂直二个座标方向允许振动值(双振幅)为:
0.025mm;轴振振动值(双振幅)小于0.076mm。
发电机轴承座、大轴上备有装设测振器的位置/支架,以便装设监测轴承座、大轴振动监测仪表(检测元件及前置器由汽机厂统一提供,但布置前置器的就地接线盒由发电机制造厂提供并布置)。
(2)定子铁心和机座的固有振动频率避开基频和倍频±10%以上。
冷态下端部绕组模态试验的椭圆型固有振动频率及端部绕组中的鼻端、引线、过渡引线固有振动频率在94~115Hz频率范围之外。
(3)临界转速离开额定转速的±15%,通过临界转速±100r/min时,轴承座及轴振振动值低于报警值(0.125mm)。
(4)对轴承座以外的底板和辅助设备要做水平、垂直和轴向的主要负荷振动测量,并提供试验报告。
(5)定子铁心和绕组最大允许振动值(双振幅)分别为不超过0.04mm和0.25mm。
供方提供数据和试验报告。
(6)发电机安装调试时,从临界转速直到额定功率期间的所有振动测量的试验,供方派专人参加,并会签相应试验报告。
2.1.11定子绕组三相直流电阻值在冷态下,任何两相的阻值差,排除由于引线长度不同引起的误差后,不超过其最小值的1.5%。
2.1.12氢气冷却器有4个,每个2组,共8组。
因4个氢气冷却器布置于发电机的四个角,要考虑氢气冷却器故障后,机内温度不均匀引起转子振动增大的问题,当1组冷却器因故停用,仍可带300MW负荷;当不同角2组氢冷却器退出时,发电机能够在不低于270MW出力下连续运行,而发电机不超过允许温度;当同角2组氢冷却器退出时,发电机能带180MW负荷运行,但需监视转子振动,在上述情况下,初级冷却气体温度可以略超过规定的设计值。
当冷却器堵管占冷却器管子总数的5%时,发电机能维持额定输出功率和温度不超过设计值。
2.1.13发电机定子绕组在空载及额定电压下,其线电压波形正弦性畸变率不超过5%。
2.1.14发电机电话谐波因数不超过1.5%(从额定频率至5000赫芝范围内的全部谐波)。
2.1.15发电机采取有效的技术措施,防止有害的轴电流和轴电压。
转子轴(大轴汽端)接地,并提供运行中可测量轴电压的手段。
2.1.16发电机具有一定的短时过负荷能力。
(1)定子绕组能承受下列短时电流运行时不发生有害变形。
过电流时间(秒)
10
30
60
120
额定定子电流%
226
154
130
116
(2)励磁绕组具有下列短时过电压能力。
过电压时间(秒)
10
30
60
120
额定励磁电压%
208
146
125
112
2.1.17发电机具有失磁异步运行的能力。
当励磁系统故障后,在电网条件允许时发电机能带50%额定有功功率稳态异步运行不小于15min,并满足现行国标中有关规定。
供方提供上述状态下汽轮发电机的出力及其允许时间的运行曲线。
2.1.18进相运行能力,发电机能带额定负荷按进相功率因数(超前)为0.95时长期连续运行。
2.1.19发电机具有调峰运行能力,当电网需要时,发电机能允许调峰运行。
允许启停次数不少于10000次,而不产生有害变形。
2.1.20定子绕组内冷水系统各支路进行流量试验。
运行中能测量和监视定子进水水路流量。
2.1.21氢内冷转子在出厂前对每个风区、每个通风孔进行通风试验。
测量方法按国标JB/T6229-92进行。
2.1.22发电机各部分结构强度在设计时能承受发电机在105%额定电压、额定频率和额定容量下,发电机定子绕组出口三相突然短路故障,发电机无有害变形或其他机械损伤。
2.1.23发电机的负荷变化率与汽轮机的负荷变化率相一致。
2.1.24发电机定子绕组端部手包绝缘状态采用两部安生计[1994]86号文的测量方法进行。
2.1.25设计结构要求
(1)定、转子线圈(包括相线和中性点连接导线)和定子铁心的绝缘等级采用F级绝缘,温升和温度限制按B级绝缘考核。
定子线圈采取防止电晕和防潮以及防老化措施。
(2)氢冷发电机定子机壳,端盖,端罩有足够的强度和刚度,避免产生共振。
(3)定子线棒槽内固定及绕组端部绑扎工艺要牢靠,端部采取适应调峰运行的技术措施。
自振频率要避开基频和倍频。
定子铁心端部结构件如压指、压圈等采用无磁性材质,并采取有效的铜屏蔽措施,避免产生局部过热,定子机座与铁心之间有弹性连接的隔振措施。
(4)发电机的轴承确保不产生油膜振荡。
(5)发电机与汽轮机连接的靠背轮螺栓(由汽轮机厂供应),能承受因电力系统故障发生振荡或扭振的机械应力而不发生折断或变形。
发电机侧联轴器与汽轮机具有良好的匹配性,做到在现场不铰孔。
(6)氢冷发电机的密封油系统采用集装式,其密封瓦采用双流环式,并配备性能良好的压差阀和平衡阀。
有防止密封油漏入发电机内的有效措施。
(7)转子采用副槽通风结构,转子绕组上有双排通风孔,槽部和端部采取适应调峰运行的技术措施。
(8)转子绕组采取防止匝间短路的措施。
(9)氢冷发电机机壳,端盖,端罩出线套管的接合面具有良好的光洁度和平整度,密封要严密,避免漏氢。
(10)定子绕组绝缘引水管具有足够的强度,固定牢靠,避免相互交叉磨损和松动,脱落和破裂,使用时间超过二个大修周期。
(11)发电机定子各部位的测温元件严格埋设工艺,保证完整无损,每个测温元件的每个头单独引出。
(12)发电机定子绕组出线与封闭母线相匹配。
(13)发电机励端的轴承座与底板和油管间、油密封座与油管间加便于在运行中测量绝缘电阻的双层绝缘垫。
(14)发电机轴系的自然扭振频率在0.9~1.1倍、1.9~2.1倍工频范围之外。
供方提供机组自然扭振频率及振型。
(15)电网避开发电机组自然扭振频率及120°、180°误并列时,发电机能承受电力系统发生次同步谐振,定子绕组出口三相突然短路,系统故障周期性振荡,高压线路单相重合闸以及误并列等产生的冲击力,而不造成绕组或轴系有害变形或其它机械损伤,并仍能保证机组的正常使用寿命。
发电机允许误并列次数120°时小于2次,180°时小于5次。
供方具有对汽轮发电机轴系扭振影响的计算程序及计算结果,并提供发电机轴扭应力允许值。
(16)机组的频率特性,要满足下表所列要求:
频率(Hz)
允许运行时间
累计(分)
每次(秒)
51.5
51.0
48.5~50.5
48.0
47.5
47.0
>30
>180
连续运行
>300
>60
>10
>30
>180
>300
>60
>10
(17)用水直接冷却的定子绕组的水系统采用集装式,冷水器为瑞典阿法拉法全进口组装板式冷水器,并配“混合床”的离子交换器,水系统的阀门、管道、水泵等均采用不锈钢材质。
(18)发电机出线盒采用非磁性材料,设计结构时能承受每个出线套管上分别吊装4只电流互感器的荷重和防震的要求,且有防止漏氢的可靠性技术措施并装设漏氢的报警装置。
(19)转子绕组护环采用进口18Mn18Cr高机械性能材质,以增强耐腐蚀能力。
(20)氢气冷却器承板采用不锈钢材料,冷却器冷却管采用镍铜管B30材料。
选用质量优质的制造厂家。
(21)励磁线圈采用含银铜导体。
(22)发电机转子励端装设测速齿轮及传感器支架。
2.1.26供方提供发电机在不同工况下的运行曲线。
例如冷却介质不同的压力和温度以及不同的功率因数等等。
2.1.27定子
(1)定子外壳的结构有足够的机械强度,以满足振动、机组起、停和短路情况下的要求。
(2)定子外壳的设计考虑维护和检修方便,例如提供可拆连接的排油管和排水管。
(3)为防止发电机漏氢,定子外壳的氢密封接头最少,使其泄漏降低到最低限度。
定子外壳设计有足够强度以承受内部气体爆炸的作用力。
(4)发电机定子铁心采用高导磁和低损耗的硅钢片制造。
设计使铁心和线圈各部位温度尽可能均匀以避免局部过热和膨胀。
(5)定子线圈空心导线采用无氧铜材料。
(6)定子出线套管具有严格的密封性能,防止氢气漏入离相母线或溢出套管周围。
套管按0.8MPa(g)设计,在定子外壳试验前,套管做泄漏试验以检查密封性能。
提供每个套管产品试验报告。
2.1.28供方提供抽转子的专用工具。
2.2励磁系统技术协议不在本协议范围内。
2.3氢气系统
发电机氢气系统能满足发电机充氢、排氢、自动补充氢气及中间气体介质置换工作的需要,同时能自动监视和保持发电机氢气的额定压力,规定的纯度以及冷却后的温度等。
2.3.1设计要求
(1)从氢气母管引管道经阀门与发电机的氢气控制装置相连接,氢气控制装置的出口经管道和阀门与发电机本体连接。
(2)氢气控制装置的入口处装设气体过滤器,防止气源、管道的杂质进入发电机。
气体过滤器的技术规格由设计院提供。
(3)氢气控制装置或与控制装置连接的氢气管道上装设供临时接用氢气瓶的阀门和管接头,以便事故或异常情况时用氢瓶向发电机供氢。
(4)发电机氢气系统装设自动补氢装置。
运行中发电机氢压低于额定压力时应能自动补充氢气,以维持发电机内的额定氢压。
(5)氢气控制装置装设氢气减压阀和压力表。
氢气检测装置系统装设氢气纯度和压力变送器。
(6)设置CO2汇流排,包括连接头、调节阀、安全阀等。
(7)设置发电机冷凝式氢气干燥器和氢气温度指示器。
氢气干燥器的进、出管分别装于发电机风扇的前、后。
要采取措施防止发电机端积聚的油、水进入氢气干燥器,同时应在氢气干燥器装设油气分离器。
(8)设置液位检测及报警装置,不少于2个,分别连接到发电机两端最低位置。
当发电机内部定子冷却水系统,氢气冷却器或密封瓦泄漏能及时反应和报警。
(9)压缩空气进入发电机之前应先经过干燥器干燥。
(10)发电机氢冷却系统所有管道、阀门及有关装置的设计、安装应方便运行操作、监视检查和维护。
2.3.2测量和控制的要求
发电机氢冷却系统提供用于过程参量的测量等装置,诸如传感器、开关、测温元件、特殊变送器等以满足控制、监视、报警及保护功能之用。
另外,提供诸如就地压力表、温度表等就地指示表,以满足维护、就地监视之需要。
反映氢冷却系统运行状态的参数,报警信号均有远传信号,以便接入DCS系统。
(1)发电机氢冷却系统------提供下列用于过程参量的测量和控制设备:
-发电机氢压压力表
-氢气湿度、温度、压力在线监测仪
-压力及差压变送器
-发电机氢纯度分析仪
-发电机漏氢监测和报警装置
-发电机氢气冷风、热风温度测温元件
-自动补氢控制系统设备
(2)发电机氢冷却系统提供下列报警(远、近)信号:
-发电机氢气湿度报警
-发电机氢气压力高、低
-发电机氢气温度高
-发电机氢纯度低
-发电机供氢压力低
2.3.3氢气系统还提供下列设备:
(1)压力自动调节器,包括一个减压阀、两个压力计和一个低压报警用压力控制器等,用于控制发电机内部氢气压力;
(2)氢气进入发电机前和在运行中必须干燥,因此要有干燥装置;
(3)发电机氢系统全部管道、阀门、管接头等附件。
所有管道,阀门有关的设备装置及其法兰附件材质为不锈钢。
2.3.4技术数据
(1)最大氢气压力0.42MPa(g)(发电机壳内)
压力允许变化范围MPa(g)额定氢压±10%
(2)发电机机壳内氢气纯度
额定95%
最小90%
报警值85%
(3)置换的气体容积和时间(包括发电机机壳和管路)
需要的
置换运行
需要气体容积N/m3
估计需要的
气体
运行状态
停止状态
时间(小时)
二氧化碳
用二氧化碳(纯度为95%)驱除空气
V=105
V=105
5
氢气
用氢气(纯度为≥98%)驱除二氧化碳
V=170
V=170
3
氢气
氢气压力提高到0.31MPa(g)
V=210
V=210
4
二氧化碳
用二氧化碳纯度为95%驱除氢气
V=140
V=140
5
V是发电机机壳的容积
(4)氢气总补充量
保证值≤8m3/24h(在0.31MPa(g)(25℃)额定氢压时)
≤10m3/24h(在0.42MPa(g)(25℃)氢压时)
(5)氢系统控制装置(包括纯度仪)
制造厂:
HONEYWELL
型号:
7866
(6)附属设备
测量仪器和表计
种类湿度仪发电机绝缘过热监测装置
数量11
型号HMT-364EFJR-
A
精度±1℃机内12cm2绝缘漆碳化报警
制造厂芬兰VASALA北京华力电力技术开发公司
2.4密封油系统
2.4.1技术要求
(1)空侧和氢侧密封油系统彼此是隔离的。
氢侧密封油回到发电机氢侧密封油箱,空侧密封油回到空侧密封油箱。
(2)空侧密封油压和氢侧密封油压在发电机密封瓦处相同,其油压能自动调整,且略高于发电机氢气压力(发电机氢气压力最大值为允许最高氢压,正常压差为0.056~0.084MPa),不会使密封油漏入发电机内。
(3)供给发电机轴承的密封油经过处理,不含空气和水份。
在向发电机内充气时,必须先将压力油供给到密封瓦。
(4)当空侧交流密封油泵故障时,如果密封油压和发电机氢气压力差低于0.056MPa,汽机高压备用油自动供给空侧密封油,并通过备用压差阀维持所需油压。
当系统不能维持所需油压,并且压差低于0.035MPa时,应自动报警并同时起动直流备用密封油泵,此时保证密封油不漏入发电机内。
(5)供给发电机空侧密封油用备用压差阀,在发电机运行时应能连续稳定的工作。
(6)氢侧、空侧密封油过滤装置各有2台(个)滤油器,一台工作,一台备用,以便运行中清洗和检修。
(7)氢侧、空侧密封冷油器采用瑞典阿法拉法全进口组装板式冷油器,各设置2台,冷却水入口水温最高按38℃、单边承受的压力为0.8MPa设计,单台冷油器运行时,可将油温冷却到规定值。
板式冷油器安装位置由设计院设计布置。
(8)空侧密封油压装置能自动调节空侧密封油压。
发电机在正常运行、起动、停机、盘车或充气置换过程中,均能始终保持密封油压高于发电机内氢压。
(9)氢侧密封油装置能自动调节氢侧密封油压,使之在任何情况下在密封瓦处和空侧密封油压相等。
(10)备用油泵具有联锁,并能自动起动。
(11)所有设备能通过DCS遥控和就地操作。
(12)密封油箱内油位能自动控制,有高、低油位报警信号至DCS。
(13)提供密封油压、油气压差、油温的远方和就地指示器。
(14)密封油系统的安装方便操作。
(15)密封油系统为组装式。
提供整套密封油系统的设备、管道、阀门、仪表和控制装置。
供方至少应提供下列设备:
(1)1台100%容量交流电动机带动的氢侧密封油泵;
(2)1台100%容量直流电动机带动的氢侧密封油备用泵;
(3)1台100%容量交流电动机带动的空侧密封油泵,1台100%容量直流电动机带动的空侧密封备用油泵;
(4)氢侧回油箱;
(5)发电机密封油空侧回油箱;
(6)油过滤器;
(7)2台氢侧密封油冷却器和2台空侧密封油冷却器,设计冷却水温度为38℃;
(8)包括连接到发电机的全部管道,阀门、调节器、过滤器、温度计、报警装置、密封油压计等;
(9)密封油加热器;
(10)冷油器的冷却水温调节器;
(11)氢、油分离器,包括两台排烟风机,电源:
交流380V,2×1kW。
(12)反映密封油系统运行状态的参数,报警信号均有远传信号,以便接入DCS系统。
2.4.2技术数据:
(1)型式组装式
(2)密封油量12t/h
(3)泵的重量kg氢侧154空侧295
(4)蓄油箱容量m3氢侧0.12空侧0.35
(5)泵的数量和功率
交流电动机№/Kw空侧1/15氢侧1/4电源:
交流380V
直流电动机№/Kw空侧1/10氢侧1/4电源:
直流220V
(6)泵容量
交流电动机带动m3/h空侧23氢侧4.8
直流电动机带动m3/h空侧23氢侧4.8
(7)空侧和氢侧是隔离
密封油压大于氢压MPa(g)0.084
双流环式油压
空侧密封油压MPa(g)机内氢压+0.084
氢侧密封油压MPa(g)机内氢压+0.084
2.5定子冷却水系统
2.5.1技术要求
(1)定子冷却水系统供发电机定子绕组冷却,采用闭式独立水系统,冷水器外冷水进水温度最高38℃。
(2)供方提供发电机运行在满负荷时的冷却水温差变化范围。
(3)配备2台100%容量冷却水的冷却器,2台100%容量的水泵,包括管道、阀门和其他零部件,以及10%容量的除离子器。
(4)两台泵一台工作一台备用,当一台故障后能自动切换到另一台。
(5)两台冷却器互为备用,并设温度自动控制装置。
(6)发电机内冷水进出水装压差开关,进水装流量变送器。
(7)设有漏水监测报警装置。
(8)装设完整的控制和报警装置,并分别备有远、近的信号设备。
(9)发电机内冷水电导率采用数显式检测
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