Турбогенераторы филиала ОАО "Силовые машины

Турбогенераторы завода «Электросила» ОАО «Силовые
машины» для объектов энергетики Казахстана
Санкт-Петербург
2010
1
Турбогенераторы
С 1949 по 2007 для республики Казахстан завод «Электросила»
изготовил турбогенераторы для укомплектования 41 агрегата общей
мощностью ~4200 МВт на 23 электростанциях и объектах. Также по
документации
«Электросилы»
на
Новосибирском
заводе
Сибэлектротяжмаш (Элсиб) изготовлено около 67 турбогенераторов.
2
Типы турбогенераторов поставленных в Казахстан
Завод «Электросила» : Т2-3,5, Т2-6, Т2-12, Т2-25,ТФП-25,
ТВ2-30,ТФП-36, ТФП-40, ТВ-50, ТВФ-60,ТВФ-63, Т3В-63, ТВФ-100,
ТВВ-165, ТВВ-500-2.
Новосибирский завод Сибэлектротяжмаш (Элсиб): ТВС30, ТВ-60, ТВФ-60, ТВФ-63, ТВФ-100, ТВФ-120, ТВФ-110, ТВВ-5002Е.
Многие из них исчерпали свой назначенный ресурс или
близки к его достижению. Поэтому проблемы замены,
восстановительных ремонтов и модернизации конструкции с
целью повышения надежности указанных турбогенераторов и
продления сроков службы являются чрезвычайно
актуальными.
На заводе «Электросила» разработаны различные
варианты замены устаревшего оборудования на новое,
отвечающее современным требованиям.
3
Примеры замен турбогенераторов
•
•
•
•
ТВС-30 заменен на ТФП-25 (ТЭЦ г.Актобе, ТЭЦ-1 г.Алматы);
ТВ2-30 заменен на ТФП-40 (Жезказганская ТЭЦ);
ТВ-50 заменен на ТВФ-63 (Карагандинская ГРЭС-1);
ТВ-60 заменен на Т3Ф-63 ( ГРЭС ТОО «Казахмыс»).
Предлагаемые замены:
•
•
•
•
ТВФ-100,ТВФ-110,ТВФ-120 заменить на Т3Ф-110;
ТВВ-165 заменить на ТВФ-180;
ТГВ-200, заменить на Т3ФП-225;
ТГВ-300, ТГВ-325 заменить на Т3Ф-350;
Турбогенераторы серии Т3Ф с полным воздушным охлаждением
предназначены для вновь строящихся парогазовых, газотурбинных
и паротурбинных установок и для замены генераторов с водородным и
водородно-водяным охлаждением, выработавших свой ресурс.
Охватывают диапазон мощностей от 6 до 225МВт.
4
Турбогенераторы с воздушным охлаждением
Во всех сериях применены:
 новейшая термореактивная изоляция обмоток статора с повышенной
теплопроводностью и ротора;
 электротехническая сталь с малыми удельными потерями;
 современные конструктивные материалы;
 для изоляции обмотки статора применяется изоляция типа «Монолит-2» –сухими
стеклослюдинитовыми лентами с последующей вакуумно-нагнетательной
пропиткой и запечкой обмотки, уложенной в сердечник статора.
Преимущества турбогенераторов с воздушным охлаждением современной конструкции:
 повышенная надежность, обусловленная простотой конструкции и отсутствием
дистиллята;
 уменьшенный объем вспомогательного оборудования;
 простота и сокращение сроков профилактического ремонта (период между
ремонтами увеличен до 10 лет);
 повышенная маневренность;
 безопасность при обслуживании;
 высокая заводская готовность, вплоть до отгрузки моноблока агрегата,
испытанного в заводских условиях
 сокращенный срок монтажа.
5
Турбогенераторы с воздушным охлаждением
Тип
Год начала
серийного
производства
Номинальная
Напря- Частота
КПД,
Общий
активная
жение, вращения,
мощность,
%
вес, т
кВ
об/мин
МВт
25
98,4 10,5/6,3
3000
55
ТАП-25-2
2007
Т3ФП-50-2
2000
50
98,3
10,5/6,3
3000
130
Т3ФП(Т3ФГ)-63-2М
2005
63
98,45 10,5/6,3
3000
123(163)
Т3ФП(Т3ФГ)-80-2
2006
80
98,45 10,5/6,3
3000
168,7
Т3ФП(Т3ФГ)-110-2М
2000
110
98,5
10,5
3000
178(200)
Т3ФП(Т3ФГ)-160-2М
2002
160
98,67
15,75
3000
243(248)
Изготовлено и эксплуатируется более 30 турбогенераторов серии Т3Ф
6
МОДЕРНИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ТВВ-165-2
Объем модернизации
Получаемый
Заказчиком эффект
Статор:
- обследование сердечника на станции
вариант 1 (в условиях станции):
- замена крайних пакетов с установкой магнитных шунтов;
- полная замена обмотки с изготовлением стержней без полых
проводников, т.е. исключение водяного охлаждения и переход
на косвенное водородное охлаждение обмотки статора. Более
теплопроводная изоляция стержней класса «F».
вариант 2 (в условиях завода):
- полная замена сердечника с установкой магнитных шунтов;
- полная замена обмотки с изготовлением стержней без
полых проводников, т.е. исключение водяного охлаждения и
переход на косвенное водородное охлаждение обмотки
статора. Более теплопроводная изоляция стержней класса«F».
Ротор (в условиях завода):
- перемотка ротора с усовершенствованной системой
охлаждения;
- замена бандажных колец
(опция – необходимость определяется исходя из фактического
состояния ротора)
Переход на косвенное
охлаждение обмотки статора,
т.е. замена типа генератора на
ТВФ-180-2, повышает
надежность эксплуатации за
счет исключения протечек
водяной системы, снижает
эксплуатационные расходы
по обслуживанию и ремонту
оборудования за счет
исключения из работы
системы водяного
охлаждения обмотки статора:
насосов, теплообменников,
водяного бака, фильтров
(механического и магнитного),
комплекта контрольноизмерительных приборов,
датчиков, комплекта
арматуры.
7
Модернизация статора турбогенератора ТВВ-165-2У3
Существующий
турбогенератор
Модернизированный
турбогенератор
ТВВ-165-2У3
ТВФ-180-2У3
Активная мощность, МВт
160
180
Коэффициент мощности
0.85
0.85
18
18
6038
6792
Водяное
Водородное
Водородное
Косвенное водородное
Водородное
Водородное
B (135 oС)
F (155 oС)
105
105
115
120
120
115
Наименование параметра
Тип турбогенератора
Напряжение, кВ
Ток статора, А
Охлаждение
-обмотки статора
-активной стали статора
-обмотки ротора
Класс изоляции обмотки статора
Наибольшая температура,
измеренная по термопреобразователям
сопротивления, oС
-обмотки статора
-активной стали статора
-обмотки ротора
8
Мероприятия по модернизации статора
турбогенератора ТВВ-165-2У3
Замена обмотки статора с водяным охлаждением на косвенное водородное позволит за счет
исключения из работы оборудования системы водяного охлаждения (насосов, теплообменников, фильтров,
комплекта контрольно-измерительных приборов) :
• повысить надежность работы генератора;
• снизить эксплуатационные расходы.
Переход с водяного охлаждения обмотки статора на косвенное водородное будет возможен за счет:
• использования тонкой корпусной изоляции с повышенной теплопроводностью и диэлектрическими
свойствами;
• увеличения сечения меди в пазу в 1,4 раза.
Паз статора со стержнями
турбогенератора ТВВ-165-2У3
Полые
проводники
Паз статора со стержнями
турбогенератора ТВФ-160-2У3
Сплошные
проводники
9
Модернизация турбогенератора ТВВ-500-2
Наименование мероприятия
Тип турбогенератора ТВВ-500-2У3
Модернизация статора
+
Модернизация ротора
+
Модернизация щеточно-контактного
аппарата
+
Модернизация уплотнений вала
+
Модернизация системы возбуждения
+
Внедрение комплекса
диагностических систем
+
Корректировка эксплуатационной
документации
+
1. Повышение номинальной мощности до 550 МВт при cosj=0,85, а длительно
допустимой нагрузки до 600 МВт при cosj=0,9.
Получаемый Заказчиком эффект при
выполнении полного объема
модернизации
2. Переход на 6-и летний ремонтный цикл (2-х летний межремонтный период).
3. Срок эксплуатации модернизированного оборудования составит 25 лет.
10
Турбогенератор ТВВ-500-2
Технические характеристики
ТВВ-500-2
Наименование параметра
При номинальной нагрузке
При длительно-допустимой нагрузке
До модернизации
После модернизации
До модернизации
После модернизации
Активная мощность, МВт
500
550
550
600
Коэффициент мощности
0.85
0.85
0.9
0.9
Диаграмма мощности ТВВ-500-2
До модернизации
После модернизации
11
Торцевая зона сердечника статора т/г ТВВ-500-2
• Снижение нагрева крайних пакетов.
• Увеличение зоны эксплуатации генератора в режиме
потребления реактивной мощности сети (до cos f= 0,95).
1 - корпус статора
2 - ребро статора
3 - сердечник
4 - кольцо нажимное
5 - пакет статора (запеченный)
6 - палец нажимной
12
Обмотка статора с увеличенным сечением медных проводников
в существующих пазах т/г ТВВ-500-2
Стержень статора имеющийся
Стержень статора после
модернизации
Сечение меди
увеличится на ~ 17 %
за счет применения более
тонкой, но диэлектрически
более прочной изоляции
13
Водоподвод без фарфоровых изоляторов
ТВВ-500-2
Повышение герметичности узла водоподвода
1 - коллектор напорный
2 - коллектор сливной
3 - корпус статора
4 - вывод водоподвода
5 - сильфон
6 - кожух
14
Модернизация ротора т/г ТВВ-500-2
- Замена обмотки с боковыми вентиляционными каналами новой обмоткой с
внутренними каналами
- Применение бандажных колец из коррозионно-стойкой стали
- Крепление бандажных колец на валу с использованием пружинного
кольца вместо гайки
- Замена токоведущих болтов болтами с усовершенствованной конструкцией
уплотнения и изоляцией класса F
- Контактные кольца меньшего диаметра уменьшающие износ щеток
(выполнимо в случае замены ротора и ЩКА)
- Замена вентиляторов ротора вентиляторами с более эффективными в
аэродинамическом отношении лопатками с соответствующей заменой щитов
вентилятора на статоре
15
Модернизация обмотки возбуждения ротора
т/г ТВВ-500-2
Проводники обмотки будут изготавливаться по новой технологии с
внутренними каналами, что увеличит площадь охлаждаемой поверхности
проводников.
16
Кольцевое уплотнение вала (радиальное)
т/г ТВВ-500-2
Для
повышения
эксплуатационной
надежности
турбогенераторов
предлагается
замена торцевых уплотнений вала
на кольцевые.
В уплотнениях кольцевого типа
уплотнительное кольцо (вкладыш)
охватывает вал с малым зазором.
Перемещений вкладыша в осевом
направлении не требуется.
Осевое перемещение ротора на
работу уплотнения не влияет,
следовательно, не зависит от
режима
работы
генератора
(маневренный или стационарный).
17
Конструктивные особенности модернизированного ЩКА
- увеличена электрическая нагрузка на
щетки;
- применены съемные щеточные блоки;
- применены
щеткодержатели
с
постоянным нажатием на щетки и
щетки
с
улучшенными
физикотехническими характеристиками;
- обеспечена равномерная вентиляция
при существующей системе забора и
выброса охлаждающего воздуха;
- обеспечено
уплотнение
кожуха
траверсы, путем создания избыточного
давления в лабиринтном уплотнении
вала;
- в корпусе установлены специальные
окна для удобства наблюдения и
обслуживания при эксплуатации.
18
Автоматизированная система мониторинга ЩКА
АСМ ЩКА обеспечивает:
• Оперативное оповещение обслуживающего
•
•
•
•
персонала о необходимости проведения
регулировочных мероприятий на ЩКА;
Оперативный контроль тока каждой щетки ЩКА в
реальном масштабе времени;
Оперативный анализ качества электрической
проводимости каждой щетки ЩКА;
Выявление искрения любой щетки ЩКА на ранней
стадии его появления;
Объективный контроль любых внешних воздействий
на процесс токопередачи.
АСМ ЩКА позволяет:
• Обеспечить обслуживание ЩКА по однозначному
•
•
•
алгоритму на основе объективного
инструментального контроля тока каждой щетки;
Оптимизировать режим работы ЩКА как по
количеству щеток, так и по токовому режиму каждой
щетки, а также выбрать оптимальный тип щеток;
Объективно оценивать эффективность всех
модернизационных мероприятий;
Исключить роль человеческого фактора в
обслуживании ЩКА.
19
Модернизация систем возбуждения т/г ТВВ-500-2
Система тиристорная самовозбуждения
TA
TV
TE
G
FV
QE
QS
UE
AVR
20
Программно-технический комплекс технологического мониторинга
параметров турбогенератора ПТК СТК
Основное назначение:
• Программно-технический комплекс технологического
мониторинга (ПТК СТК) параметров турбогенераторов
и их вспомогательных систем осуществляет измерение
заданного
набора
технологических
параметров
(температуры
активных
частей,
подшипников,
охлаждающих
сред;
электрических
величин;
параметров влажности воздуха и др.)
• ПТК СТК осуществляет проверку нахождения
параметров в пределах заданного диапазона с выдачей
соответствующих сигналов и сообщений, если имеют
место отклонения от этого диапазона или при сбоях и
отказах измерительных устройств и средств контроля.
• Кроме этого может производиться более подробная
диагностика генераторов по ряду параметров:
вибромониторинг
элементов
статора,
других
конструктивных
элементов
генератора,
обмоток
статора, контроль подстуловой изоляции, контроль
изоляции ротора, контроль витковых замыканий.
21
Система вибромониторинга элементов статора турбогенератора
Система технологического контроля с каналами измерения вибрации элементов статора (далее –
СКВ) турбогенератора предназначена для приема и обработки сигналов измерения вибрации
элементов статора генератора.
СКВ предназначена для приема сигналов от первичных датчиков вибрации, пропорциональных
виброускорению, преобразования их в величину виброперемещения, и выдачи сигнала,
пропорционального размаху виброперемещения частотой 100 Гц в цифровом виде.
СКВ использует полученный сигнал для отображения измеренных величин на экранах станции
оперативного контроля (СОК), построения временных графиков и архивирования с меткой времени.
2А,
мкм
240
220
200
Размах вибрации элементов корзинки
180
с частотой 100 Гц
160
140
120
СТЭФ, А
100
СТЭФ, R
Планка, А
80
60
40
20
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
t,сутки
300
22
Мониторинг электрического сопротивления изоляции ротора
Подсистема предназначена для автоматизированного измерения
величины электрического сопротивления изоляции цепей ротора.
Измерение производится только при поданном напряжении
возбуждения
на ротор генератора методом «трех отсчетов
вольтметра». В настоящее время измерения этим способом
производятся дежурным персоналом один раз за смену вручную.
Измерительный канал реализован в виде отдельного модуля. Во время
эксплуатации модуль должен размещаться в металлическом
заземленном шкафу настенного или напольного исполнения.
Применение подсистемы позволяет автоматизировать ежедневный
контроль изоляции ротора, отслеживать во времени тенденции
изменения величины сопротивления изоляции и, таким образом
минимизировать риск аварийных ситуаций, связанных с пробоем
изоляции ротора.
23
Мониторинг витковых замыканий в обмотке ротора турбогенератора
Подсистема предназначена для детектирования витковых замыканий
в обмотке ротора турбогенератора в процессе эксплуатации без
остановки и разборки генератора.
Способ диагностики и контроля витковых замыканий в роторе
синхронной машины защищен патентом на изобретение RU2192649
ОАО «Электросила» 10.11.2002 г. Способ отличается простотой и дает
однозначные выводы о наличии витковых замыканий в роторе
Измерительный канал реализован в виде отдельного модуля. Во время
эксплуатации модуль должен размещаться в металлическом
заземленном шкафу настенного или напольного исполнения.
Применение подсистемы позволяет автоматизировать постоянный
контроль витковых замыканий в роторе и, таким образом
минимизировать риск связанных с эти аварийных ситуаций
24
Заключение
• Для предложенных вариантов модернизации разработана рабочая
конструкторская
документация
и
отработана
технология
изготовления.
• ОАО «Силовые машины» в заводских условиях и частично в
условиях станции выполняет модернизацию турбогенераторов серии
ТВВ-500.
• ОАО «Силовые машины» в разработках предложений по
модернизации используют результаты обследования, испытаний
проводимых службой сервиса в условиях станций.
• Помимо модернизаций ОАО «Силовые машины» готовы поставить
различные варианты
нового оборудования для строящихся
электростанций, не уступающего мировым аналогам и отвечающего
современным требованиям.
25
Спасибо за внимание
26