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百万千瓦等级超超临界机组汽轮发电机参数选型 作者：顾守录单位：上海汽轮发电机有限公司 PARAMETERS SELECTION FOR 1000MW CLASS SUPER CRITICAL TURBINE GENERATORS SHOULU GUGU Shou-lu(Shanghai Turbine Generator Co. Ltd, Shanghai 200240)ABSTRACT: The 1000MW class super critical turbine generators are becoming the key developing points dew to their excellent economical performances. This article is the analyzing and comprising to the design parameters of deferent capacities of 1000MW class super critical turbine generators.KEY WORDS: 1000MW class fossil power plant; Turbine generator 摘要：百万等级超超临界机组由于具有良好的经济性而成为电力工业和电机制造业的发展重 点。

文 K 对我国发展百万等级超超临界机组汽轮发电机的容量参数和技术选型进行了分析， 并对各方案进行了比较关键词：火电百万级；汽轮发电机；1 世界百万千瓦级超临界火电机组装机情况 国外发展超临界机组已有40 余年的历史，超临界机组比亚临界机组的煤耗低，在一定 范围内，汽机的进汽温度或再热温度每提高10C，机组热耗一般可下降0.25%〜0.3%在 温度和其他条件相同情况下，初压23.5MPa与16.2MPa比较，300MW、600MW、1000MW 机组净热耗下降分别约为 1.3%、 1.6%、 1.8%，由此可见机组容量愈大，采用超临界参数 的效益越明显要批量建设百万千瓦级超超临界火电机组，根据我国国情，必须考虑国产化， 并从百万千瓦级超超临界火电站的可靠性、经济性等方面进行论证美国至20世纪80年代初期，超临界机组投运近170套，占装机总容量的25%，平均 容量为580MW单机最大容量为1300MW (双轴)，第一台1972年投产，1994年这种 1300MW大容量机组已投运了 9台前苏联单机容量最大的1200MW单轴3000r/min机组 是在1980年投入运行的，前苏联300MW以上机组采用超临界。

到1985年底超临界机组 达到182台，占当时火电总装机容量的50.5%日本到1985年已有82台超临界机组投入运行，装机容量约46800MW，占当时火电 总装机容量的51%以上，从单机容量450MW以上到1000MW火电机组，全部采用超临界 及以上参， 350MW 机组亦有采用超临界的 80 年代以后，日本还自行开发了超临界直流 滑压运行锅炉德国是研究、制造超临界机组最早的国家，到 1972 年投运了一台容量为 430MW的超临界机组，1979年投运了一台二次再热的475MW超临界机组，目前德国具 有代表性的超临界机组是1992年8月投运的STARDINGER 5号机组，其毛出力为553MW， 经试验验证机组的净效率可达到43%据统计，至1995年，西屋公司制造850MW及以上容量火电机组共13台，其中超临 界火电机组6台，最大超临界双轴机组的容量为1390MW，最大的超临界单轴机组为 893MW，最大单轴亚临界机组为890MWGE公司生产850MW及以上容量火电机组共约 10台，全部是超临界机组，最大的超临界双轴机组为1050MW，最大的超临界单轴机组为 884MWABB公司制造的850MW及以上容量火电机组，共约有9台，全部是超临界双轴 1300MW—1428MW双速机组。

西门子公司已有10余台3000 r/min(27kV)百万千瓦级发电 机投入运行或正在安装，其中由西门子公司制造的上海外高桥900MW (1000MVA)超临界 单轴机组(共2台， #2发电机定子由上海汽轮发电机有限公司分包)已于2003、及2004 年投运见下表：L1Gceszeu3fi?kanie]iHey-dtLjTulle容卷 转速 蛇X37A : min斗 H5OH 9 947T-■-■38 177 8 81919198&9■-Skliv.Tize 叱nip亡 1卞Skliv.Tize 叱nip亡[卞B:ibere?7iedf rain sen:^ ：-.'：■-IV, f "i JI.曲-：■> r'lnsn'■二2GEC汕j30-0015S7岭澳核电知2GEC汕j30-0020022■L fl r湖30-00200J连E湍械L.T2100030-30工环火电知-.j：蟲10903刚邹县火电创210903刚2Q0S2 百万千瓦级超超临界机组汽轮发电机参数与容量的选择 超超临界火电机组的汽轮发电机与亚临界或核电机组一样，它与超超临界的蒸汽压力等 参数的选用都没有关系，但它必须由汽轮机拖动，它的容量、转速主要是根据汽轮机来确定。

当汽轮发电机的单机容量达到900MW及以上容量时，由于汽轮发电机设计的固有特点，就 必须对其选用的电压及绝缘水平、定子绕组电动力与振动、定子端部损耗与热点、转子各部 分的应力水平、转子临界转速、与汽轮机连接一起的轴系振动和扭振、发电机承受调峰、进 相、负序和无励磁运行等非额定工况运行的能力等，进行分析论证，检查其已有的运行经验、 试验数据和安全裕度自从第一台超临界机组在北美问世后，锅炉、汽机和其辅助设备已有了许多改进在机 组容量、燃料形式（煤粉）和通风型式（平衡通风）相同的情况下，超临界机组的性能、可 靠性已与亚临界机组一样好甚至更好这些改进也使更大容量的超超界机组的性能与小容量 超临界机组或亚临界机组的一样好对汽轮发电机而言，单机容量在900MW（2极、50Hz）及以上的火电厂全球有数十家， 核电厂也有十余家各制造厂商具有运行业绩的最大容量发电机如下：西门子公司为 1100MW，三菱公司为843MW，阿尔斯通为930MW由上述情况表明，国内发展百万千瓦级超超临界机组（单轴全速）的容量可在900〜 1100MW 为宜3 百万千瓦级超超临界机组（单轴全速）分析 国外发展超临界机组已有40余年的历史，超超临界机组比超临界及亚临界机组的煤耗低， 在一定范围内，汽机的新汽温度或再热温度每提高10C，机组热耗一般可下降0.25%〜0.3%。

在温度和其他条件相同情况下，初压23.5MPa与16.2MPa相比较,300MW、600MW、 1000MW 机组净热耗下降分别约为 1.3%、 1.6%、 1.8%，由此可见机组容量愈大，采用超 超临界参数的效益越明显其优点如下：1） 从汽轮发电机组的布置上来说，单轴机组要比双轴机组节省投资2） 热耗与机组价格—据 ABB 提供的资料，双轴双速 8 排汽型式同单轴型式的1000MW机组机比，其热耗要低0.2%，而双轴双速4排汽型式比单轴型式热耗低0.6%, 但常规岛部分相应的成本却分别比单轴形式要高20%和 30%这是因为双轴机组占地面积 大，而且有两个发电机从经济角度来看，双轴较单轴（同容量）本体价格高约10%3） 双轴双速机组由于两个轴系的功率相差很大，两者的转动惯量差距也非常大，且两 轴系转速不同，使电气系统、尤其是保护系统的设计比较复杂，也给机组的控制和电厂的运 行及管理等方面增加困难但由于机组容量的增大，需重点对以下问题进行研究：1） 对于1000MW级的两极汽轮发电机，其定子绕组上的电动力大，定子、转子动态 特差，离心力引起的机械应力较大，由转子引起的疲劳应力也较大，对转子锻件、护环锻件 等关键材料的要求高。

2） 1000MW级机组采用单轴机组，转速只能是单一的3000r/mi n,此时，低压转子的 末级叶片要超过1 m以上，为减轻重量及轴受离心力，需采用钛合金长叶片来满足强度的 需要我国在航空工业的基础上对钛材锻造加工等方面有一定经验，但在研制钛合金大叶片 方面尚处于起步阶段3） 轴系及稳定性设计一一1000MW级机组，单轴转子长度增加，而且轴系的重量也 比双轴机组大，轴承载荷加大，如采用六排汽式，加上高、中压缸和发电机，将成为一个有 6个转子的轴系这样长的轴系在3000r/min下可能给机组带来如振动、轴系稳定性、扭振 等一系列问题从上述分析可知，超临界1000MW级机组，单轴机组厂房占地面积小，机组价格也较 低，如果电厂所在位置离制造厂较近，水路运输条件好且地价较高，可考虑选用单轴机组大型超超临界火电机组是我国火电机组的发展方向，国内研制超临界机组的起步容量为 600MW，随着我国电网容量的不断增大,加上我国已具备开发研制超超临界900〜1000MW 火电机组的条件，900〜1000MW机组已提到日程上来就发电机来说，1000MW级单轴 全速机组需重点研究4 百万千瓦级汽轮发电机参数与容量选择对机组造价的影响一般来说，汽轮发电机的造价是与发电机的容量成正比关系的，如以900MW汽轮发电 机（单轴全速）为例，造价约为1.3亿元人民币，那么，1000MW汽轮发电机（单轴全速） 就为1.43亿元人民币。

另外，发电机的冷却方式、氢压等参数也与发电机的造价有关系5 百万千瓦级汽轮发电机（单轴全速）初步方案设计5.1 研究确定方案设计时的基本原则 研究确定百万千瓦级汽轮发电机方案时遵循以下四条基本设计原则 *要设法做到“设计自主化”、 “设备国产化”及“以我为主，中外合作”设计各方案时， 尽量吸取外国的经验，并考虑我国国情，做到每个方案将来如必要与外国公司合作时，都能 切实做到国产化性能参数符合IEC、国标对汽轮发电机的要求 *把可靠性放在首位，各方案所选用的铁心磁通密度等都不应超过其参考方案,并充分考虑在 结构设计时采用外国公司百万千瓦级发电机和中国国内制造300MW、600MW机组中成熟 可靠结构的可能性在确保可靠性的前提下，力求采用国内材料以降低成本，提高综合经济指标 5.2两极3000r/min发电机的四个设计计算方案方案 1 系按德国西门子公司提供给上海外高桥电厂的超临界火电 900MW 27kV 3000r/min 发电机组的设计尺寸复核计算，冷却方式也完全按原设计：即定子水内冷、转子 绕组轴向径向氢内冷，定子铁心轴向氢气冷却，转子本体直径1250mm发电机在额定氢 压0.5MPa、冷水温度为38C时，额定功率为900MW,功率因数为0.9,此时氢气温升为33K。

若冷水温度为25°C时，在工况1006MW,功率因数为0.9，氢压为0.5MPa时，氢气温升 为37K计算中，主要尺寸、槽数及绝缘规范等按有关资料保持不变，但在上层定子线棒中， 西门子资料中空实心导线。