唐鵬程

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司制造安裝分局，陜西 安康 725000）

水輪發(fā)電機(jī)磁軛熱打鍵鐵損加熱計(jì)算的探討

唐鵬程

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司制造安裝分局，陜西 安康 725000）

大中型水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于巨大的離心力作用，使磁軛與輪臂間的徑向變形增大。冷打鍵的方式，已無(wú)法保證運(yùn)行時(shí)所需緊量，會(huì)使磁軛與輪臂產(chǎn)生分離，導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和擺度。因此，在機(jī)組安裝過(guò)程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊量，以抵消運(yùn)行時(shí)的變形增量。根據(jù)在多個(gè)電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鐵損加熱的計(jì)算公式進(jìn)行修正，使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際，為同類工程的施工以資借鑒。

水輪發(fā)電機(jī)；磁軛熱打鍵；鐵損加熱；激磁繞組

大中型水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在運(yùn)行中由于巨大的離心力作用，使磁軛產(chǎn)生直徑增大的彈性變形，只靠冷打鍵的方式，已無(wú)法保證運(yùn)行時(shí)所需緊量，會(huì)使磁軛與輪臂產(chǎn)生分離。不僅會(huì)使機(jī)組產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和擺度，而且還有可能使輪臂掛鉤因受沖擊而斷裂，造成嚴(yán)重事故。因此在裝配時(shí)，需要將磁軛加熱膨脹，使磁軛與輪臂之間產(chǎn)生間隙，按要求再將磁軛鍵打入一定的深度。依靠這種預(yù)緊量，保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中磁軛與輪臂不產(chǎn)生分離現(xiàn)象。

1 常用熱打鍵磁軛加熱方法及各自優(yōu)缺點(diǎn)

（1）銅損法∶利用已安裝的磁極繞組線圈，將它們串連起來(lái)通以直流電，通入的電流約為額定電流的50%～70%，使磁極線圈升溫加熱，將熱量傳導(dǎo)給磁軛，這種加熱方式較為簡(jiǎn)便，既干燥了極磁又加熱了磁軛。但因加熱溫度受磁極線圈絕緣等級(jí)的限制。同時(shí)，磁軛的加熱是靠傳導(dǎo)，加溫時(shí)間較長(zhǎng)，使輪臂與磁軛不易產(chǎn)生較大溫差，即磁軛與輪臂之間不容易出現(xiàn)較大間隙。這種方式一般在計(jì)算溫差不大于30℃時(shí)使用。

（2）鐵損加熱法∶磁極掛裝前，在磁軛外圓上順次繞上線圈，通入交流電，使磁軛內(nèi)部產(chǎn)生鐵損發(fā)熱。這種方式加熱速度快，易使磁軛與輪臂產(chǎn)生溫差，但繞線工作量大，它適用于大中型水輪發(fā)電機(jī)的磁軛加熱。

（3）電加熱法∶在磁軛底部及通風(fēng)溝內(nèi)或鳩尾槽內(nèi)加裝特制的電爐，通電后可使磁軛較快地加熱，這種方式簡(jiǎn)單，但加熱時(shí)間長(zhǎng)，輪臂升溫膨脹較大。

（4）遠(yuǎn)紅外法∶利用遠(yuǎn)紅外線電阻片烘烤磁軛。遠(yuǎn)紅外線電阻片熱能以電磁波的形式輻射出來(lái)，集中照射在磁軛上。具有熱能損耗小加溫速度快，效率高的優(yōu)點(diǎn)。但遠(yuǎn)紅外線電阻片價(jià)格昂貴，而磁軛加溫時(shí)所需要的數(shù)量多。電阻片上的遠(yuǎn)紅外涂料容易損壞，可重復(fù)使用的比例少，故投資大、成本高。

（5）綜合法∶綜合法就是把上述任意兩種方式結(jié)合起來(lái)使用，通常為銅損法加電熱法或鐵損法加電熱法。

2 磁軛熱打鍵鐵損加熱法計(jì)算

鐵損加熱法就是在磁軛的外圓周上繞以激磁繞組，通入工頻電流進(jìn)行激磁，使磁軛內(nèi)部產(chǎn)生鐵損而發(fā)熱，整個(gè)磁軛用石棉布或篷布保溫。鐵損加熱法由于無(wú)明火，安全可靠，因此被廣泛采用。

有關(guān)鐵損加熱法的計(jì)算，激磁繞組加電壓方式，不少書(shū)中都有介紹，其形式各異，結(jié)果也相差較大，往往需經(jīng)多次調(diào)整改進(jìn)，因此工作量較大。經(jīng)過(guò)多個(gè)電站機(jī)組的磁軛加熱理論計(jì)算與實(shí)際加熱時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，對(duì)部分公式進(jìn)行了修正，使計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際。

（1）根據(jù)磁軛脹量求磁軛應(yīng)高于輪臂的溫升，供加熱時(shí)判斷脹量值是否達(dá)到要求。

表1

3 電站實(shí)際參數(shù)計(jì)算

湖北潘口電站、湖北白水域電站、陜西城固白果樹(shù)電站的水輪發(fā)電機(jī)磁軛各參數(shù)見(jiàn)表2，磁軛熱打計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。cosφ計(jì)算時(shí)取0.6，預(yù)計(jì)加熱時(shí)間均按8h計(jì)算。

表2

表3

4 接線方式與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

潘口電站首臺(tái)機(jī)組安裝時(shí)，磁軛加熱計(jì)算的激磁電流為1279A，對(duì)應(yīng)加熱的絕對(duì)溫差為35.8℃，激磁電壓為380V，繞組由5個(gè)支路并聯(lián)而成，各支路分別在磁軛上均勻纏繞后并聯(lián)在一起，送電后測(cè)量各支路電流相差竟達(dá)60%左右，接線方式見(jiàn)圖1所示。電流較大的支路，導(dǎo)線產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，此現(xiàn)象是因?yàn)樘幱诖跑棽煌恢玫募ご爬@組，漏磁通及繞組本身電阻不相同而造成，且與繞組匝間的疏密程度有關(guān)?？紤]到上述原因后繞組布置改為如圖2所示，將5個(gè)繞組支路并聯(lián)改為5根并繞，通電后測(cè)量各支路的電流相對(duì)平衡，為縮小上下端的溫差，施工時(shí)將激磁繞組在磁軛柱上均勻纏繞改為從上到下逐漸加密纏繞。

圖1

圖2

磁軛熱打鍵加熱實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，激磁繞組實(shí)際匝數(shù)比計(jì)算值少10%左右，這同實(shí)測(cè)端電壓值相對(duì)應(yīng)。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析比較得出∶單位質(zhì)量磁軛加熱的熱功率消耗同磁軛的質(zhì)量成反比，20～200 MW機(jī)組磁軛加熱計(jì)算可用0.8～1.3W/kg進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算功率值。同時(shí)說(shuō)明磁軛質(zhì)量不同，在保溫措施相同的情況下保溫系數(shù)選取應(yīng)有所不同。

表4

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)組在安裝過(guò)程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊量，以抵消運(yùn)行時(shí)的變形增量，保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中磁軛與輪臂不產(chǎn)生分離現(xiàn)象。鐵損加熱法依靠激磁繞組產(chǎn)生的軸向磁通，圓周方向渦流使磁軛內(nèi)部鐵損發(fā)熱，溫度上升迅速且均勻，無(wú)明火。因此實(shí)際施工中應(yīng)用較多。

通過(guò)對(duì)計(jì)算公式的修正，使得理論計(jì)算更接近實(shí)際情況，減少了施工中調(diào)整激磁繞組的工作量；施工時(shí)將激磁繞組在磁軛柱上均勻纏繞改為從上到下逐漸加密纏繞，對(duì)縮小上下端的溫差有良好效果。經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析比較，總結(jié)出單位質(zhì)量磁軛加熱的熱功率消耗同磁軛的質(zhì)量成反比，20～200MW機(jī)組磁軛加熱計(jì)算用0.8～1.3W/kg進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算功率值。

[1]盛國(guó)林.水輪發(fā)電機(jī)組安裝與檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]林亞一.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[3]DL/T 5230-2009水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝導(dǎo)則[S].

[4]傅元初.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵[J].水電站機(jī)電技術(shù)，1983（03）：1-16.

TK730.6

A

1672-5387（2014）02-0001-03

2014-01-13

唐鵬程（1968-），男，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備的安裝及調(diào)試工作。