王達(dá)宇

摘要：我廠#5~#8發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFQS-200-2發(fā)電機(jī)，靜子線棒采用水內(nèi)冷，但運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)線棒出水溫度高于線棒溫度的現(xiàn)象，從邏輯角度看不應(yīng)出現(xiàn)這種情況。本文就產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：線棒溫度線棒出水溫度 絕緣溫降

中圖分類號(hào)： P184 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

1．引言

我廠#5~#8發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的200MW發(fā)電機(jī)組，其參數(shù)如下：

#5~#8發(fā)電機(jī)為定子水內(nèi)冷機(jī)組，運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)定子線棒出水水溫度高于定子線棒溫度的現(xiàn)象，從邏輯上分析此種現(xiàn)象不應(yīng)出現(xiàn)，現(xiàn)就產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析。

2．?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

以下兩圖為#8發(fā)電機(jī)分別在102MW和190MW負(fù)荷時(shí)定子線棒與線棒出水溫度顯示畫面：

圖1#8發(fā)電機(jī)102WM時(shí)溫度畫面圖2#8發(fā)電機(jī)190MW時(shí)溫度畫面

從畫面上顯示的數(shù)據(jù)來(lái)看，在190MW負(fù)荷時(shí)線棒出水溫度絕大部分高于線棒溫度并且溫差較大約2~3℃，在低負(fù)荷時(shí)，線棒出水溫度接近或低于線棒溫度。通過(guò)對(duì)比54個(gè)線棒及其出水的的溫度變化曲線，可分為以下三類。下面#1、#20、#31線棒及其出水溫度為例，查看其在2011-11-1 6:35:18—2011-11-2 6:35:18時(shí)間內(nèi)溫度變化的曲線，如圖所示：

圖3#1線棒及其出水溫度曲線 圖4#20線棒及其出水溫度曲線

圖5#31線棒及其出水溫度曲線圖6 功率變化曲線

從圖中看出線棒及其出水的溫度變化可分為三種情況：

（1）線棒出水溫度有時(shí)高于線棒溫度，有時(shí)低于線棒溫度，如圖3所示，高負(fù)荷時(shí)線棒出水溫度高于線棒溫度，且溫差較大，隨著負(fù)荷的降低，線棒與線棒出水的溫度逐漸接近，當(dāng)負(fù)荷低于140MW時(shí)，線棒溫度高于線棒出水溫度。

（2）線棒出水溫度始終高于線棒溫度，如圖4所示，從曲線上可以看出負(fù)荷高時(shí)，線棒出水溫度高于線棒溫度且溫差較大，負(fù)荷低時(shí)，線棒出水溫度雖然仍高于線棒溫度但溫差減小。

（3）線棒出水溫度始終低于線棒溫度，如圖5所示，高負(fù)荷時(shí)，線棒出水溫度低于線棒溫度，但溫差較小，隨著負(fù)荷降低，溫差逐漸加大。

以上三種溫度變化有一個(gè)共同點(diǎn)，隨著負(fù)荷的變化線棒出水溫度變化較大，線棒溫度變化較小。

3．原因分析

3.1線棒測(cè)溫元件的埋設(shè)位置

線棒測(cè)溫元件采用埋入式測(cè)溫元件，是目前測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組溫度的主要方法。但是，因?yàn)闇y(cè)量繞組銅導(dǎo)體溫度的埋入式測(cè)溫元件R，通常是埋設(shè)在定子槽中上、下層線棒絕緣之間，它測(cè)量的是銅導(dǎo)體絕緣外表面的溫度約為銅導(dǎo)體溫度的40%，所以它與銅導(dǎo)體之間有絕緣溫降。此絕緣溫降在未經(jīng)試驗(yàn)測(cè)出之前，在額定負(fù)荷下，一般可用式（1）估算，即

Δθil=kθi （1）

式中Δθil-絕緣溫降（k）;k-系數(shù)，取0.5~0.6; θi-絕緣槽壁溫降設(shè)計(jì)值（k）

絕緣溫降的大小與電機(jī)形式、通風(fēng)情況、電流密度、絕緣厚度、絕緣材料種類、絕緣老化程度、檢溫計(jì)尺寸以及埋設(shè)情況等因素有關(guān)。根據(jù)計(jì)算， 檢溫計(jì)周圍的溫度分布，在銅導(dǎo)體絕緣層之間，溫度梯度呈非線性變化。愈接近銅導(dǎo)體，絕緣層溫度越高；愈靠近槽壁，則愈低。

3.2線棒出水測(cè)溫元件埋設(shè)位置

發(fā)電機(jī)線棒出水測(cè)溫元件埋設(shè)在汽側(cè)絕緣引水管與匯水管連接處，測(cè)溫元件插在銅頭上，實(shí)際測(cè)量的為銅接頭溫度，此溫度與水溫基本相同。

3.3發(fā)電機(jī)定子的溫升

定子繞組的溫升（θsc-θ0）和鐵芯的溫升（θsF-θ0）包括恒定和可變兩部分。恒定部分包括額定轉(zhuǎn)速下由機(jī)械損耗所引起的溫升Δθm和額定電壓下由鐵芯損耗所引起的ΔθFn。Δθm和ΔθFn之和，一般約20K。可變部分是由定子電流所引起的溫升，當(dāng)電壓恒定時(shí)，其溫升與電流的平方成正比，通常將繞組溫升與電流平方的關(guān)系曲線，稱作基本溫升曲線。比較式(2)和式（3）可見，定子繞組的溫升要比定子鐵芯的溫升高，其差值即為繞組的絕緣溫降。

（1）定子繞組銅的溫度θsc為

θsc=θ0+Δθm+ΔθFn（US/Un）2+Δθcn（IS/In）2+Δθin（IS/In）2(2)

（2）定子鐵芯溫度θSf為

θsF=θ0+Δθm+ΔθFn（US/Un）2+Δθcn（IS/In）2 (3)

式中θ0 - 冷卻介質(zhì)的入口溫度（℃）；

Δθm - 額定轉(zhuǎn)速下機(jī)械損耗引起的溫升（K）；

ΔθFn - 額定電壓下，鐵芯損耗在鐵芯中引起的溫升（K）；

Δθcn - 額定電流下，銅損耗在定子繞組中引起的溫升（K）；

Δθin - 額定電流下，定子繞組的絕緣溫降，即定子繞組銅溫及其絕緣外表面溫度之差（K）；

US、IS - 分別為定子電壓、電流的額定值；

Un、In - 分別為定子電壓、電流的試驗(yàn)值。

3.4發(fā)電機(jī)定子繞組采用水冷的原因

水與其他液體和氣體冷卻介質(zhì)的熱性能參見表1：

表1 水與其它液體和氣體冷卻介質(zhì)的熱性能參數(shù)

表中數(shù)據(jù)說(shuō)明：

（1）水的比熱容、熱導(dǎo)率均比氣體的大的多，所以水冷卻的散熱能力較氣體大為提高，如水的比熱容（cv）是空氣和氫氣的3500倍，熱導(dǎo)率（λ）是空氣的23倍，是氫氣的3倍多。

（2）水作為冷卻介質(zhì)所需要的流量比氣體的流量小的多，所以維持冷卻介質(zhì)循環(huán)所消耗的功率也比氣體小得多。如同一放熱系數(shù)下的流速，水只是空氣的1/3100。

（3）由于水的比熱容大，因此水與發(fā)熱體之間的溫差小，水冷卻時(shí)導(dǎo)體溫升的絕大部分是冷卻介質(zhì)本身的溫升。

由于水的熱容量大，黏度小、流動(dòng)性好，所以定子繞組采用水冷散熱效果好。銅對(duì)水的溫差一般為1℃左右。

3.5發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的溫度與流量

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的流量是通過(guò)出、入口閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)組啟動(dòng)前將內(nèi)冷水流量調(diào)節(jié)在35t/h左右，運(yùn)行中保持此流量不變，不再調(diào)節(jié)。運(yùn)行中內(nèi)冷水出入口溫度9圖所示：通過(guò)溫度曲線可看出，在低負(fù)荷時(shí)，內(nèi)冷水出入口溫差較小，在高負(fù)荷時(shí)溫差較大。

圖9#8發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水出入口溫度曲線圖6 功率變化曲線

3.6通過(guò)以上幾點(diǎn)分析可得出如下結(jié)論，

（1）在低負(fù)荷時(shí)，線棒電流小，發(fā)熱量少，因?yàn)樗睦鋮s特性，線棒銅線的溫升不高且與內(nèi)冷水的溫度相差不大，線棒出水測(cè)溫元件測(cè)量的溫度較低。線棒測(cè)溫元件埋設(shè)在上、下層線棒之間，除了受銅導(dǎo)線溫度影響外還要受鐵忒溫度的影響。此時(shí)可不考慮絕緣溫降的影響，所以，此時(shí)測(cè)量的線棒出水溫度低于或等于線棒溫度。

（2）隨著負(fù)荷的升高，電流增加，發(fā)熱量與電流的平方成正比，銅導(dǎo)線溫度急劇升高，因內(nèi)冷水的流量不變，內(nèi)冷水溫度也隨著長(zhǎng)高。因此時(shí)線棒溫度比鐵芯溫度高出較多，測(cè)量的線棒溫度要考慮絕緣溫降的影響，所以此時(shí)測(cè)量的線棒出水溫度高于線棒的溫度。

4．小結(jié)

本文對(duì)發(fā)電機(jī)線棒出水溫度高于線棒溫度的原因進(jìn)行分析，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因主要是由測(cè)溫元件埋設(shè)位置影響的，并且運(yùn)行中內(nèi)冷水的流量不變，導(dǎo)致在高負(fù)荷時(shí)冷卻效果變差。也是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。