[01499567]现代高可靠空冷发电机电气参数与热设计关键技术与应用

现代空冷发电机因其安全可靠、维护方便、经济性高等因素,已成为燃气-蒸汽联合循环电站、特高压直流换流站调相机工程、兆瓦级风力发电机组、巨型水轮发电机、大型航母舰船等发电系统中的主力装备,是目前兆瓦以上级装机数量最多的发电机,在国民经济和国防建设中起着非常重要的作用。 由于空冷发电机长期在高电磁负荷和热负荷、高过载、频繁起停、深度进相、暂态过渡过程、高冲击性负荷、多变负荷等复杂多变工况下运行,加之电力系统“强直弱交”和电力电子化趋势的加深,使电网工频过电压和低电压问题日益突出及动态无功储备的下降,要求系统发生连锁故障时发电机有更强的静态和暂态稳定能力。因此,对空冷发电机品质、可靠性和稳定性提出了更高要求。 本项目在国家科技支撑计划、国家自然科学基金、省重大攻关等多个项目支持下,经过二十多年艰苦攻关,攻克了在高电磁负荷、高热负荷和严苛运行工况,以及抑制系统灾变连锁故障、工频过电压、冗余设计等发电机多项关键技术。 （1）创新性地提出了超大容量空冷发电机定子非对称多支路综合设计方法和短时强励过载发电机定、转子复杂通风结构流体与传热耦合精确计算方法,解决了扼制空冷发电机向更大容量提升的瓶颈问题,与同等大容量发电机相比,有效地降低定子线负荷10%,支路不平衡度降至0.38%,提高了发电机定子绕组的散热能力;有效地缩短了发电机本体长度11.9%,减少了发电机转子表面风摩损耗9.2%,通风损耗降低14.9%。开发出具有独立自主知识产权的大容量空冷发电机多支路电磁与热设计程序,突破了传统大型汽轮发电机电磁与热设计技术瓶颈,达到了国际著名跨国企业设计水平与性能。 （2）（2）首次提出了衡量调相机动态响应特性的量化指标,提出了瞬时无功快响应、深度进相、强励高过载能力的新型空冷调相机总体设计方法,攻克了关键电磁参数优化、控制策略制定、总体方案设计及工程运行调试等重点技术难题,解决了特高压直流送端新能源因系统调压能力不足而造成的大面积脱网问题,提升了特高压直流受端系统电压稳定性和特高压直流输电的功率限额;制订了《快速动态响应同步调相机技术规范》等国网企业标准,构建了现代高可靠性坚强电网; （3）针对海上强盐雾腐蚀、强风冲击、负荷多变、高热等严苛环境和运行条件下风电故障率高、维修费用昂贵的难题,建立了适用于海上风力机—发电机的电磁/流体/传热—变流器多维一体化理论模型,提出了高可靠大型海上空冷风力发电机多模块、多相容错型电磁、热、控制一体化设计方法及自适应冗余控制策略,有效抑制了机组震荡,风电场发电损失降低50%,大幅提升了海上风电机组的安全性和可靠性。 本项目达到了国际领先水平,已应用于150MW至350MW全空冷汽轮发电机中;完成的世界首台全空冷300MVar新型调相机已并网运行;开发了上万台6.5MW级及以上陆、海风力发电机。本项目授权发明专利35项,获国际发明专利1项,发表SCI论文50余篇,3年实现直接经济效益70余亿元,利税17亿元,节支总额约36亿元,取得了巨大的经济效益和社会效益。