唐鵬程

（中國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)電機磁軛熱打鍵鐵損加熱計算的探討

唐鵬程

（中國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)電機運行時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，已無法保證運行時所需緊量，會使磁軛與輪臂產(chǎn)生分離，導(dǎo)致機組產(chǎn)生過大的振動和擺度。因此，在機組安裝過程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產(chǎn)生一個預(yù)緊量，以抵消運行時的變形增量。根據(jù)在多個電站的實踐經(jīng)驗，對鐵損加熱的計算公式進行修正，使計算結(jié)果更接近實際，為同類工程的施工以資借鑒。

水輪發(fā)電機；磁軛熱打鍵；鐵損加熱；激磁繞組

大中型水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，在運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，已無法保證運行時所需緊量，會使磁軛與輪臂產(chǎn)生分離。不僅會使機組產(chǎn)生過大的振動和擺度，而且還有可能使輪臂掛鉤因受沖擊而斷裂，造成嚴重事故。因此在裝配時，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

（1）銅損法∶利用已安裝的磁極繞組線圈，將它們串連起來通以直流電，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的限制。同時，磁軛的加熱是靠傳導(dǎo)，加溫時間較長，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。這種方式一般在計算溫差不大于30℃時使用。

（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，這種方式簡單，但加熱時間長，輪臂升溫膨脹較大。

（4）遠紅外法∶利用遠紅外線電阻片烘烤磁軛。遠紅外線電阻片熱能以電磁波的形式輻射出來，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。但遠紅外線電阻片價格昂貴，而磁軛加溫時所需要的數(shù)量多。電阻片上的遠紅外涂料容易損壞，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，通入工頻電流進行激磁，使磁軛內(nèi)部產(chǎn)生鐵損而發(fā)熱，整個磁軛用石棉布或篷布保溫。鐵損加熱法由于無明火，安全可靠，因此被廣泛采用。

有關(guān)鐵損加熱法的計算，激磁繞組加電壓方式，不少書中都有介紹，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，因此工作量較大。經(jīng)過多個電站機組的磁軛加熱理論計算與實際加熱時的實測數(shù)據(jù)進行分析比較，對部分公式進行了修正，使計算結(jié)果比較接近實際。

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

表1

3 電站實際參數(shù)計算

湖北潘口電站、湖北白水域電站、陜西城固白果樹電站的水輪發(fā)電機磁軛各參數(shù)見表2，磁軛熱打計算結(jié)果見表3。cosφ計算時取0.6，預(yù)計加熱時間均按8h計算。

表2

表3

4 接線方式與實測數(shù)據(jù)分析

潘口電站首臺機組安裝時，磁軛加熱計算的激磁電流為1279A，對應(yīng)加熱的絕對溫差為35.8℃，激磁電壓為380V，繞組由5個支路并聯(lián)而成，各支路分別在磁軛上均勻纏繞后并聯(lián)在一起，送電后測量各支路電流相差竟達60%左右，接線方式見圖1所示。電流較大的支路，導(dǎo)線產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，此現(xiàn)象是因為處于磁軛不同位置的激磁繞組，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個繞組支路并聯(lián)改為5根并繞，通電后測量各支路的電流相對平衡，為縮小上下端的溫差，施工時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

磁軛熱打鍵加熱實測數(shù)據(jù)見表4，激磁繞組實際匝數(shù)比計算值少10%左右，這同實測端電壓值相對應(yīng)。通過對實測數(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機組磁軛加熱計算可用0.8～1.3W/kg進行校驗計算功率值。同時說明磁軛質(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

機組在安裝過程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產(chǎn)生一個預(yù)緊量，以抵消運行時的變形增量，保證轉(zhuǎn)子在運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，無明火。因此實際施工中應(yīng)用較多。

通過對計算公式的修正，使得理論計算更接近實際情況，減少了施工中調(diào)整激磁繞組的工作量；施工時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，對縮小上下端的溫差有良好效果。經(jīng)實測數(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機組磁軛加熱計算用0.8～1.3W/kg進行校驗計算功率值。

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

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

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

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

TK730.6

A

1672-5387（2014）02-0001-03

2014-01-13

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