设为首页  |  加入收藏  |  联系我们
曾洪富:龙滩水电站700MW全空冷式水轮发电机组安装综述
2009/4/21 16:11:31    新闻来源:中国水力发电工程学会



 
  作者:赵显忠  曾洪富

  摘要:本文对龙滩水电站安装的最大容量等级的全空冷式水轮发电机组结构特点及安装要点进行了介绍。

  关键词:龙滩  全空冷  安装

  龙滩水电站是红水河上一个具有防洪、发电、航运等作用的特大型水电工程 。电站设计安装9台700MW全空冷式水轮发电机组,首期安装7台,机组均安装于世界最大的地下厂房内,单机容量同三峡电站水冷式发电机组并列全国第一,同时也是世界上最大容量的全空冷式水轮发电机组,其主要制造商均为国内厂家,发电机为哈尔滨电机厂生产,水轮机由东方电机和VSS联合制造。

  一、    结构特点

  水轮发电机组主要技术参数如下:

1、 水轮机技术参数:

  水轮机型式                       立轴混流式

  转轮名义直径                     7.90m

  最大水头                         179m

  最小水头                         97m

  额定水头                         140m

  额定转速                         107.1r/min

  飞逸转速                         214r/min

  比转速                           188.0mkW

  额定出力                         714MW

  最大出力                         790MW

  额定流量                         531m3/s

  旋转方式                         俯视逆时针

  蜗壳型式                         金属蜗壳

  单台水轮机总重                   约2255t

  2、    发电机技术参数:

  机组型式                               立轴半伞式

  额定容量(MAV)/ 额定功率(MW)      777.8/700

  定子结构型式              定子机座分6瓣,现场拼焊整圆、叠片、下线

  额定电压(kV)                         18

  转子绕组绝缘等级                        F

  定子绕组绝缘等级                        F

  额定转速                                107.1r/min

  额定功率因数                            0.9

  额定频率                                50Hz

  灭火方式                                水喷雾灭火

  相数                                    3

  飞轮力矩                                220000t•m2

  励磁方式                                微机自并激可控硅整流励磁

  定子重量约                              760t

  转子重量约                              1618t

  发电机总重约                            3028t

  推力轴承冷却方式                        外循环水冷却

  润滑油牌号                              L-TSA46号透平油

  推力轴承负荷                            约3600t

  制动方式                                机械制动

  定子铁芯内径                            15000mm

  转子直径                                14932mm

  发电机空气间隙尺寸                      34mm

  发电机冷却方式                          全密闭循环空气冷却

  3、主要设备结构特点

  1) 蜗壳

  蜗壳平面尺寸为25.4m×22.45m,进口尺寸φ8700mm。每台套重约523t(不含内支撑),单节最大尺寸:8700mm×3161mm,单节最大重量40t(不含内支撑)。每台套蜗壳36节,包括蜗壳进口段4节(其中直管段3节,收缩段1节),蜗壳本体段共32节,(包含4个安装凑合节,在出水端留有100mm配割余量,凑合节以瓦片状态交货),其中蜗壳本体段尾部两节和大舌板随座环在制造厂装焊,其余30节均在工地下料、卷制、组焊完成后以管节状态交货。蜗壳材质为SUMITEN 610F高强度低合金调质钢,母材最大厚度为74mm,最小厚度为31mm。蜗壳设计为在不考虑与混凝土联合受力的条件下,单独承受最大内压(含水锤压力),蜗壳上半部外表面设置弹性垫层,同时设置排水的设施。

  2) 座环

  座环共分4瓣到货,在工地进行组装、安装。座环最重一瓣带大舌板和蜗壳鼻端,总重约为68T,其它各瓣重约55T,组焊后总重量约为235T。座环本体最小内径为φ8010mm,最大外径为φ11920mm,总高约3400mm,分别由上下环板、固定导叶、上下过渡板、底环基础板、上下基础环桶、大舌板、蜗壳鼻端、座环钢支墩和导流板等部件组成。上、下环板厚200mm,材质为HITEN610-Z35。

  3) 转轮

  转轮总重260吨,转轮D1a为7906mm, 最大直径8082mm,总高5278mm。转轮采用“X”型叶片,共13张,单张叶片重量为10265kg。转轮上冠、下环及叶片均采用马氏体不锈钢ASTM A743 CA6 NM。由于运输条件限制,合同规定龙滩700MW水轮机的转轮在现场建设车间进行制造,上冠、下环及叶片分件运至工地转轮车间进行组焊、热处理、精加工、静平衡等工序后运至厂房安装。

  4) 导水机构

  导水机构包括底环、顶盖、导叶、导叶传动机构、导叶端面密封、抗磨板等部件。底环、顶盖各分两瓣到货,底环组装后总重约45.5t,最大直径为φ9790mm,沿圆周布置24个导叶下轴套;顶盖组装后总重约198t,最大直径为φ10200mm。顶盖内设有导叶安装的上轴套和中轴套。导叶高度为1798.8mm,不锈钢整体铸造结构,同时采用剪刀形立面间隙设计,有助于导叶开启。导叶设三个支撑轴颈,轴承为自润滑材料,分别置于底环和顶盖上的导叶轴孔内。

  5) 定子

  机座主要由16个斜立筋、8层环板组成,机座在圆周方向分为6瓣运至工地进行组圆焊接;机座外径φ18441mm,高6205mm,总重约120t。

  定子冲片由0.5mm厚的V250-50无取向硅钢片冲制而成,定子铁芯叠装高度为3300 mm, 铁芯内径φ15000, 铁芯外径φ16090mm,重约492t。定子铁芯沿轴向共分布70个径向通风沟,通风沟高度6mm,每段铁芯高40.5mm。

  定子铁芯上、下齿压板均采用非磁性压指,下齿压板留10mm工地配加工余量,到工地根据机座下环板的实际情况配加工,然后焊在机座下环板上。

  定子槽数为624,8并连支路,“Y”形连接,槽节距1-14-23。定子绕组采用双层条形波绕组,F级绝缘, 绕组在整个定子铁芯长度上采用333°换位,以减小股线在槽部漏磁场中不同位置产生循环电流而引起的附加损耗和股线间温差。

  定子嵌线时,定子线棒包半导体无纺带,电气自粘带和半导体硅橡胶, 使线棒与槽配合紧密,消除电晕对绕组绝缘的腐蚀。槽楔下垫0.1-1.5不同厚度垫条,槽楔包括主槽楔和副槽楔,在主槽楔和副槽楔之间垫波纹板,在工地打紧副槽楔。

  定子线棒上端有一道端箍,下端有两道端箍,端箍无支架支撑,用φ50玻璃丝绳注复合树脂固化而成。

  6) 转子

  转子支架为斜立筋圆盘式焊接结构,分为1个中心体和7个外环组件在工地组焊成整体。在工地组焊成整体时没有环焊缝。转子支架共有28个主立筋和副立筋,副立筋有10mm的工地配加工余量,根据转子支架在工地焊接的实际情况加工副立筋,然后装焊在主立筋上,从而保证副立筋上的键槽与磁轭键槽对应精确。

  磁轭由上下压板、冲片和拉紧螺杆、螺母等组成。磁轭与转子支架采用径向、切向复合键连接结构,径向键为凸键,用垫片调节热打键紧量,磁轭的分离转速为1.4倍额定转速。切向键为两个小键,它可以补偿支架立筋键槽与磁轭之间的公差。

  发电机采用无风扇结构。为保证磁轭的通风,在磁轭叠片时沿圆周方向每层形成19个12x230mm的径向通风隙,通风隙沿整个磁轭表面均匀分布。

  磁极键采用成对的锯齿形结构,由2mm厚的NKHA780钢板冲制而成,用螺栓把合成整体,这种磁极键斜率大,适合长铁心磁极,打键容易。

  发电机采用旋转挡风板,挡风板的材料是环氧酚醛玻璃布板,分别挡在极间和极靴处,这种挡风板结构安装简单,调整气隙方便。

  7) 轴承

  推力轴承布置在下机架中心体上部,共有18块推力瓦。推力瓦由薄瓦和厚瓦组成,薄瓦有4mm厚的钨金层,薄瓦通过一些不同直径和不同弹性的垂直销钉支撑在厚瓦上。发电机组推力负荷为3600吨。每块推力瓦的平均压力4.52Mpa,最小油膜厚度45μm。推力轴承支撑包括托盘、压缩柱及锥形支座等部件。托盘位于厚瓦与压缩柱之间,压缩柱顶面是球面,中间通过一段M120的螺纹与锥形支座相连。压缩柱中心加工有7.5的通孔,里面装有测量杆。推力轴承采用外加泵外循环润滑冷却系统。在下机架支臂处布置6个油冷却器,润滑冷却系统有2个油泵,一个运行,一个备用。推力轴承设高压油顶起系统。

  导轴承由导轴承瓦,滑转子,油冷却器及油密封系统等部件组成。上导轴承布置在上机架中心体内,下导轴承布置在下机架中心体内。上导轴承有16块巴氏合金瓦,下导轴承有12块巴氏合金瓦。导轴承为自润滑内循环系统,采用半环式油冷却。导轴承瓦的支撑为键支撑结构,键留有加工余量, 导瓦与滑转子的间隙通过测量并配加工键的厚度来保证。

  8) 通风冷却方式

  发电机采用密闭自循环径向双路端部回风无风扇的通风系统,即定子铁芯、定子绕组及转子绕组均为空气冷却。在定子机座外壁均匀地分布16个空气冷却器。每个空气冷却器的容量是720kW。

  9) 轴线结构

  发电机主轴采用锻钢20SiMn,下法兰与水轮机轴连接,利用22个销钉螺栓联接,法兰分界面高程为221.7m。上部与转子支架连接。转子支架与主轴在工地联轴检查后同镗,用21个联轴螺栓和定位套筒连接。
顶轴由锻钢20SiMn制成,下法兰与转子支架连接,在顶轴的上部安装集电环。上导滑转子热套在顶轴上,在上导滑转子和顶轴之间设有绝缘,防止轴电流。

  二、机组安装主要技术方案

  1、水轮发电机组安装主要流程见附图1


  

  2、水轮机安装

  水轮机安装主要包括了埋件安装、座环工地加工、导水机构预装、转轮联轴吊装、导水机构安装调整、密封安装、水导轴承安装等步骤,安装过程中主要控制了以下几个要点:

  1) 埋件安装

  为减少安装与混凝土施工的干扰,改善座环组装焊接条件,座环到货后根据现场条件安排在安装间进行组装、焊接,整体吊入机坑安装。

  蜗壳无损检测采用200%超声波探伤后进行射线探伤的方式,射线探伤比例最初按照设计要求环缝20%,纵缝100%进行,完成了1#机2/3以上射线探伤。因板材较厚,探伤采用的Υ射线具有较强的辐射,对其他工作面施工影响较大,结合已完成射线检查结果,对射线探伤比例按照GB8564进行了修正,将射线探伤比例改为环缝不少于10%,纵缝不少于20%,主要检查丁字、十字接头部位。在满足了施工质量的情况下,减少了地下厂房施工干扰。

  2) 座环加工

  座环加工主要控制点在于各法兰面的平面度和开裆尺寸,平面度主要通过调整工地加工铣床转臂的水平,在加工前回转一圈检查其轴向跳动不超过0.10mm。在座环上下法兰之间开档尺寸控制上,综合考虑了导水机构各设备实际加工尺寸、设计端面总间隙、温度变化对部件尺寸的影响、水轮机设备安装后顶盖可能产生的下沉等综合因素,计算出现场所需加工尺寸。

  3) 导水机构安装

  根据龙滩导水机构设计特点,导叶立面间隙下部为0,上部为0.70mm,在安装过程中导叶立面存在较小的楔形间隙,最终通过压紧行程和充水后形变促使导叶立面完全密合,在间隙调整过程中,首先调整24片导叶底部间隙密合,再按斜率分段检查以上部位的间隙值,对不符合要求的部位进行精磨,以达到设计要求。通过施工过程中的精心调整,首台机组在充水过程中进行了导叶漏水量检查:在额定水头的一半时,导叶漏水量只有37 升/秒,达到了理想的密封效果。

  3、定子组装

  1) 根据龙滩电站地下厂房安装间场地狭窄、桥机起吊高度不足等特点,前两台机组定子组装均选择在二期建设的9#机尾水管高程搭设平台进行组装叠片,铁损试验完成后整体吊装至机坑安装就位下线。节约了较为有利的安装场地用于其它机组设备的组装和存放。

  2) 定子在组装时,9#机坑叠片和本机坑下线均搭设了全密闭防护棚,在地下厂房湿度大、粉尘多的外部环境下,营造了有利的组装环境,保证了组装、下线时的温度、湿度和清洁度要求,提高了定子组装下线的最终质量。

  3) 重视定子机座组焊质量,如各环板水平度、波浪度、圆度等;细致安装定位筋,托板焊接完成后,定位筋安装质量均优于设计要求。

  4) 叠片过程中,将每箱冲片在周向均匀叠放,较好的解决了铁芯的周向波浪度;在检查到冲片普遍存在齿部薄、轭部厚的情况下,与各方共同商定了在齿部添加绝缘片并保证总体铁芯有效高度的措施保证了径向高差满足要求。同时对其它质量控制标准如槽形控制、各小段高度控制等,最终质量均优于厂家技术要求。

  5) 定子下线时充分注意了环境清洁和温湿度控制,在密闭的下线棚内布置了空调、除湿机和通风机,营造了较好的局部环境。

  6) 安装所有测温电阻前,进行了电阻和绝缘检测,槽内测温计对地电压2500V耐压1min合格,用2500V摇表1min绝缘电阻≥10000MΩ,测各测温计直流电阻,相互偏差≤1.5%。

  7) 槽楔安装时,在铁芯叠压小段高度严格控制的前提下,通风沟与铁芯通风沟严格一致,保证了风路畅通。

  8) 下线时在保证上下层线棒嵌装高程满足要求的前提下,尽量保证其端部上下的高差均匀,线棒并头块焊接前对对接质量进行细致的检查调整,通过调整斜边垫块使线棒之间端部及斜边的间隙均匀,通过两方面的定位保证了并头块在焊接时有最大的接触面积,并严格控制了焊接质量,减小了接头的接触电阻。

  4、转子组装

  严格控制了转子支架的焊接质量,焊缝一次合格率达到了100%,焊后尺寸检测全部满足设计要求。

  副立筋配刨及装焊尺寸全部优于标准要求。磁轭热加垫时温升均匀,加温时间短,保证了一次成功。

  磁极挂装时自行设计了磁极吊装及翻身工具,保证了大尺寸磁极的吊装安全,有效提高了挂装速度与质量。

  5、通风冷却系统安装

  1) 定子空冷器吊运、清扫、试压、安装时做到了严密保护,安装就位后制作了防护板对冷却翅片进行封闭,防止了碰撞损伤。

  2) 固定和转动挡风板均进行预装,严格控制了安装尺寸,对固定挡风板与上机架、下机架上盖板与下机架、混凝土壁之间进行了完善的密封,避免了冷却风量的损失,保证了通风效果。

  3) 冷却管路安装时严格控制走向,尽量减少弯头、接头,优化安装位置,尽量避免在冷却风路上布置管路。

  6、机组轴线调整

  根据龙滩机组轴线布置的特点,虽然设计上没有考虑在现场进行水、发轴折线调整的结构,但在制造精度不能保证轴线质量的情况下,通过现场对轴线的检查和处理,首台机组轴线质量达到了设计和规范要求,2#机组轴线通过在现场检查后对法兰进行了打磨处理,并在盘车过程中对各接合面进行了匹配调整,确定了最佳的联接位置,达到了该结构下较优的轴线质量。

  7、机组整体调试

  龙滩水电站机组在超低水头下(设计死水位330m,实际运行上游水位321m,运行毛水头仅98m)完成了机组启动试运行,主辅机设备、过流部件均一切正常。

  根据调试过程中的运行工况对各部导瓦间隙和冷却系统进行了调整,保证了各部轴承瓦温控制在较优的范围内运行。

  机组在试运行过程中根据负荷工况,对发电机的温升进行了控制,调整空冷器冷却水量,在满足发电机运行温度的前提下减小冷却水量,达到了较好的运行效果。

  三、施工组织优化

  根据地下厂房施工情况,厂内烟尘较大,通风状况不良,在永久通风系统无法提前完成的情况下,布置了较强的临时通风系统,满足了埋件施工、混凝土浇筑及机组安装阶段对施工环境的要求。

  由于设备组装场地紧张,充分利用了各机组段特别是后期安装的两台机组的尾水管高程平台用于设备的组装及存放,满足了高强度施工的需要。

  和土建单位进行了充分的协调,在起重吊装设备紧张、只有两个进出场通道的情况下,顺利解决了机组安装与土建施工同步快速进行的问题。

  根据设备到货与现场施工进度差异较大的情况,对下机架预装时机进行了相应的调整,首台机组在底环定位后采用了下止漏环中心对下机架的预装定位,而2#机则在发电机轴吊入机坑调整定位后依据主轴中心对下机架进行定位;而主轴联轴检查则将原计划在机坑外进行调整为在盘车时检查(1#机)和机坑内联轴检查轴线(2#机)。

  四、机组运行工况

  龙滩水电站首台机组自2007年5月21日完成72小时试运行后,2号机组于2007年7月20日完成了72小时试运行,在当前水头只有118m左右的情况下,机组运行稳定,振动、摆度值均优于国家标准要求,发电机温升裕量较大,从目前状况分析,能够满足机组在额定水头下带额定负荷的需要。1#、2#机组在前期低水头下稳定运行温度如下表:


  在机组运行水头达到设计要求后,实测定、转子绕组在额定功况的运行温升为55K和49K,优于合同规定的72K和65K的要求。

  五、工程进度

  通过前期的精心准备、施工中的严格控制和各方的全力配合,龙滩水电站取得了首台机组于2007年5月21日较原国家批复工期提前8个月投产发电的基础上,2号机组又于2007年7月20日较原国家批复工期提前11个月投产发电的优异成绩。

  六、结语

  龙滩水电站机组安装在设备到货与现场施工差异较大、外部条件制约及面对700MW全空冷式机组安装技术无成熟经验可循等诸多困难下,通过与业主、设计、制造、监理及其它单位的通力协作,通过精细化的施工管理和高质量的施工,取得了机组安装时间短,机组运行安全稳定,安装质量优良等优异的成绩,创造了巨大的经济效益和社会效益,为后续同类型机组安装积累了宝贵的经验

地址:北京市海淀区车公庄西路22号院A座11层 电话:010--58381747/2515 传真:010--63547632 
中国水力发电工程学会 版权所有 投稿信箱:leidy5378@126.com
京ICP备13015787号 技术支持:北京中捷京工科技发展有限公司(010-88516981)