火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响及对策

火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响及对策

杨帆

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 托克托 010206）

摘要：现代社会发展视域下，人们思想得到充分解放，以汽轮发电机为例，人们开始关注火电机组调峰运行对其造成的影响，该项工作顺利进行，不仅可以提升电力系统运行水平，还能实现可持续发展。基于此，本文主要对汽轮发电机基本内涵进行阐述，分析火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响，探究解决火电机组调峰运行对汽轮发电机影响的有效对策，有望对部分学者提供指导和帮助。

关键词：火电机组；调峰；运行；汽轮；发电机；影响；对策

前言：新的历史时期，国家开始注重清洁能源的使用，为了积极响应这一发展需求，将电网在可再生能源方面的消纳能力不断提升，在电力发展中，就要认识到汽轮机机组的重要性，推进燃煤火电机组调峰能力建设，实现其灵活运行。那么，就要探究火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响及对策，将其作为当前亟待解决的重点工作。

1.汽轮发电机

所谓汽轮发电机，主要指的是利用汽轮机驱动的发电机。具体由锅炉产生的过热蒸汽，进入到汽轮机内实现膨胀做功，促使叶片转动，而带动发电机进行发电，做功之后的废汽经过凝结水泵和循环水泵等，送回锅炉进行循环使用。通常情况下，不管是核能发电厂，或者是火力发电厂，汽轮发电机都是利用卧式结构，发电机和励磁机以及汽轮机等配套，会构成同轴运转的汽轮发电机组，针对汽轮发电机，最基本的组成部件就是转子、定子、冷却系统以及励磁系统[1]。

2.火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响

火电机组调峰运行对汽轮发电机影响主要包含以下几个方面：

（1）对定子绕组的影响。通常来说，汽轮发电机在使用过程中，定子绕组可靠性起着决定性作用，影响着汽轮发电机的可用率。汽轮发电机起停或者变负荷期间，无论是定子铁心，还是定子线棒，都会经历冷却或者加热过程，受各自材料差异影响，两者降温与升温速率并不相同，这样就会使得定子铁心与线棒发生不均匀的热膨胀差。

（2）对转子绕组的影响。关于汽轮发电机，转子绕组运行过程中，经常会承受热膨胀力，其主要是由线圈发热、离心力以及线圈和绝缘间摩擦力产生。结合转子外径来看，其比较大，在运行期间转子线圈离心力则会很大，最终增加了线圈和绝缘间的挤压力，这种情况下，二者摩擦力可能会超过热膨胀力。并且摩擦应力过大，就会超出铜线弹力极限，最终造成转子铜线塑性变形[2]。

3.火电机组在调峰运行过程中出现的问题

3.1电负荷不平衡问题

在火电机组调峰运行过程中，电负荷不平衡问题是普遍存在的，主要表现为电负荷与电网负荷之间出现不平衡。若火电机组在进行调峰运行时，其负荷调节功能无法发挥作用，那么就会导致电负荷不平衡现象发生。在实际的运行过程中，汽轮机负荷调节系统所采用的方式为手动调节，若此时控制系统出现故障，那么就会导致电负荷不平衡现象发生。例如：在进行汽轮机手动调节时，其最大调门开度为70%，当其开度为30%时，电负荷最大调门会处于100%，而当其开度为10%时，电负荷最大调门则会处于100%。若此时汽轮机处于正常运行状态下，则在对电耗进行计算时就会出现差异性。

3.2汽轮发电机自身热损耗问题

由于火电机组在进行调峰运行时，会导致汽轮发电机自身热损耗增加，而导致汽轮发电机自身热损耗增加的原因主要有以下几方面：（1）定子铁心及绕组温度上升。在进行火电机组调峰运行过程中，定子铁心及绕组温度会不断上升，从而导致其绝缘材料出现老化、损耗增加现象，从而造成汽轮发电机自身热损耗增加。（2）汽轮发电机通风系统存在问题。在进行火电机组调峰运行时，由于发电负荷不断变化，会导致汽轮发电机通风系统出现故障，从而造成发电机内部冷却能力下降，导致其散热不良。（3）汽轮发电机内部绝缘材料老化。在进行火电机组调峰运行时，由于发电负荷不断变化，会导致定子铁心及绕组损耗增加问题的出现，从而使其绝缘材料的损耗增加。

3.3汽轮机负荷控制困难

在火电机组中，汽轮机负荷控制主要是根据机组的负荷需求进行负荷设定，同时还需要进行负荷偏差调节，在此过程中，由于机组的负荷需求出现较大的变化，从而会导致汽轮机调节系统的工作性能降低，因此，在火电机组调峰运行过程中会出现汽轮机负荷控制困难的问题。首先，需要对汽轮机负荷控制系统进行优化设计。在火电机组运行过程中，汽轮机负荷控制系统主要是通过调节系统对汽轮机主汽压力、主蒸汽温度等参数进行控制，从而保证机组能够平稳运行。为了能够保证汽轮机负荷控制系统在工作过程中能够保持良好的性能，需要对汽轮机负荷控制系统进行优化设计。在此过程中需要对主汽压力、主蒸汽温度等参数进行合理的设计，保证这些参数能够在变化过程中保持良好的变化趋势。

3.4控制系统调节响应慢

控制系统调节响应慢是火电机组调峰运行过程中出现的主要问题之一，主要原因包括两个方面：一是机组负荷控制范围小，无法对负荷进行准确控制，容易出现机组频繁起停的现象；二是控制系统调节响应慢，导致机组无法进行准确控制。在火电机组调峰运行过程中，机组负荷波动较大，因此调节系统调节响应慢是问题的主要体现。针对这一问题，首先，需要合理地对火电机组调峰运行所涉及到的参数进行全面分析，结合参数调整的实际情况制定相应的控制方案；其次，在控制系统设计中，需要充分考虑到机组调峰运行过程中的负荷波动情况。在实际控制过程中，为了避免出现调节响应慢的问题，还需要加强对负荷波动情况的监测。最后，在实际运行过程中，需要不断地进行试验和总结。在试验和总结过程中需要根据实际情况来调整控制系统的参数，从而保证控制系统调节响应快的问题能够得到有效解决。另外，还需要对不同运行方式下控制系统的调节响应情况进行全面分析和研究，从而提高火电机组调峰运行工作效率。

3.5主蒸汽压力波动较大

主蒸汽压力波动较大是指在火电机组运行过程中，蒸汽压力出现明显的波动情况，有时还会导致汽轮机转速出现大幅度波动的情况。主蒸汽压力波动较大对汽轮发电机运行所带来的影响较大，主要表现在：由于主蒸汽压力波动较大，导致机组的真空度难以维持在标准范围内；汽轮机转速的变化幅度较大，导致负荷不能被控制；当机组负荷过低时，主蒸汽压力会出现下降情况；如果主蒸汽压力变化幅度较大，还可能会导致汽轮机叶片发生损伤。

4.解决火电机组调峰运行对汽轮发电机影响的有效对策

4.1优化定子绕组，满足调峰现实需求

一方面，想要消除不均匀热膨胀差，主要有两种方式，一种是线棒和铁心间的相对滑移，另一种是利用线棒本身弹性变形。这就代表着前者造成的摩擦应力，比后者变形应力小。所以，针对部分汽轮发电机，定子线棒在铁心中固定结构，要有良好的弹性，并且还要设置相应的滑移层，这样才可保障线棒在轴向得以自由伸缩。而定子绕组端部支撑结构，在轴向方面，弹性也要保持良好，这样可以防止线棒以及支撑结构应力过大，造成端部结构模态频率发生改变[3]。

另一方面，在起停或者负荷交变运行过程中，汽轮发电机铁心与铜导线之间，存在的不均匀胀缩相对比较大，此种相对延伸的消除，一般由线棒与绝缘结构内材料可逆变形实现，同时，也可以通过线棒和铁心之间的边界层相对位移加以消除。所以，定子部分的优化，就要利用合成树脂绝缘系统的定子绕组，确保调峰运行处于正常范围内。针对周期运行的电机定子绕组端部支撑来说，有着一定的要求，主要是能够承受很高的电磁力，并且要将轴向延伸控制在最小范围内，尤其是结构件，其固有频率要尽量避开2倍工频。

4.2综合考虑各个方面，提升转子绕组可靠性

汽轮发电机运行期间，转子线圈受扭转应力、摩擦应力以及热应力等各方面的影响，其中，摩擦力会阻止线圈轴向移动，但是，其余合力产生的实际应力，就会促使线圈产生轴向滑移，若是线圈实际应力，不能克服摩擦应力，线圈则难以实现相对伸长。如果摩擦应力比铜线弹性极限小，此时，线匝则不会发生塑性形变，反之，塑性形变就会发生，并且转子线圈线匝总变形量和线圈实际应力与其停机次数有关。因此，参与调峰运行的汽轮发电机，想要确保转子绕组更加可靠，可以采取以下对策：【1】控制转子绕组，使其保持在科学的范围中。同时，针对转子绕组，应选择含银铜线，这样可以将其弹性极限提高。【2】还能在护环和槽楔下绝缘，并且在槽衬内壁敷设一层聚四氟乙烯，制成耐温滑移层，这样做的目的是降低摩擦应力或者摩擦系数，将线圈变形控制到最小状态下。【3】关于冷却启动机组，预热过程中，要保持低频预热，将温度控制在额定温度的一半，这样可以促使转子线匝预膨胀，降低其升至额定转速时的变形与应力[4]。

4.3科学设计转子护环，降低其对汽轮发电机的影响

在转子当中，护环作为重要组成部分，具有不可忽视性，它的最大作用就是保护转子端部绕组，一般情况下，在护环热套在转子本体外端部绕组之上，若是转子出现旋转，不管是端部垫块，还是端部绕组，这些结构件都会承受很大离心力，利用护环紧固，可以防止转子绕组产生形变与位移现象。与此同时，护环一端热套在转子本体端部，其与转子端部的槽楔与齿能够紧密接触，在一定程度上可以传递负序电流，实现对转子端部齿头的保护，并且护环和转子齿部在静止过程中，要承受热套应力，在运行期间，又要承受自身或者转子绕组产生的离心力，所以，受力经常处在交变应力状态，通常此类交变应力1个循环是1次起停，不管在调峰运行，还是在转子疲劳寿命方面，都有着一定的要求[5]。

想要进一步优化转子和护环热套的齿部疲劳寿命，就要考虑到结构设计问题，在实际设计过程中，结构可以采用长护环设计方式，相对于短护环，长护环增加了一段过盈配合面，其作用是分摊一些热套压力，将静止过程中，转子端部齿头配合面遭受的压应力减少，进一步降低转子齿部起停循环期间的应力幅，从而将转子齿部疲劳寿命加以提升。也就是说，采用长护环设计可以延长转子端部齿低周疲劳寿命。除此之外，调峰运行过程中，对于转子本体，在实际使用过程中，可以长时间承受对应的交变挠曲应力，这就意味着其疲劳强度非常充足，我们需要重点关注。现阶段，汽轮发电机，通常会利用18Mn18Cr高强度反磁合金，当作相应的护环材料，这一材料机械特性非常好，在某种条件下可以增强汽轮发电机的使用期限[6]。

结束语：

综上所述，想要进一步确保汽轮发电机得以正常工作，相关人员就要树立先进发展理念，认识到汽轮发电机基本内涵，结合实际情况，分析火电机组调峰运行对汽轮发电机造成的不良影响，采用高效的方式和对策，将影响加以消除，促进汽轮发电机运行的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]赵伟,吴新亚,刘明慧.火电机组调峰运行对汽轮发电机的影响及对策[J].电机技术,2020(5):4-5.

[2]王菲,奚芸华, 李文雄,等.火电与新能源打捆送出对火电机组调峰调频的影响[J].电力设备管理,2022(21):101-102.

[3]王鹏.百万超超临界火电机组汽轮发电机振动优化及处理[J].电力设备管理,2022(18):68-70.

[4]徐万兵,许涛.火电机组深度调峰下汽轮机及其调速系统建模与仿真[J].能源与节能,2022(7):1.

[5]于建明,钱林峰,赵加星.浅析火电机组深度调峰对超临界锅炉的影响[J].电站系统工程,2022(4):38-39.

[6]张铁强.热控系统对火力发电机组调峰运行的性能影响分析[J].轻松学电脑,2021,(4):1-2.