陳非+張柏林+李明+曹浩

摘 要：通過比較雙水內冷調相機和空冷調相機冷卻方式和機械結構的不同之處，分析兩種大型調相機可能存在的問題，并就兩種調相機的振動情況進行了對比，為即將到來的大型調相機實際投入運行奠定了一定的基礎。

關鍵詞：調相機；雙水內冷；空冷；振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.217

1 引言

目前大型發(fā)電機尺寸和重量大，工作轉速跨越二階臨界轉速，振型復雜，調試期間對制造質量、安裝工藝、運行參數的變化敏感，因此調試初期經常出現振動不穩(wěn)定、振動超標現象。而大型調相機與同類型的發(fā)電機結構相似，因此也具有大型發(fā)電機的上述特點，除此之外，大型調相機既能夠吸收無功，也能夠發(fā)出無功，其工況多變，同時它的暫態(tài)反應能力和暫態(tài)過載能力強，導致其內部溫度場相比發(fā)電機更加復雜多變，因此也更容易在調試期間出現振動不穩(wěn)定、振動超標現象，導致調相機跳機，在極端情況下威脅特高壓電網安全[1]。

目前上海發(fā)電機廠主推雙水內冷調相機，東方電機廠主推空冷調相機，兩個廠都是以自己同類型發(fā)電機為原型來制造調相機，因制造技術相對成熟，所以兩個廠都沒有進行樣機制造。其中上電制造的300MW及以上雙水內冷發(fā)電機已投運幾十臺，技術相對成熟。

2 兩種調相機結構比較

2.1 兩種調相機本體冷卻系統(tǒng)比較

雙水內冷調相機即定子繞組水內冷，轉子繞組水內冷，定子鐵芯及轉子表面空氣表面冷卻，穩(wěn)態(tài)下冷卻效果非常好，即使線圈導線和鐵芯的截面較小，在調相機的銅損和鐵損較大的情況下，也能將線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內，但內冷水系統(tǒng)維護工作量大。空冷調相機即定子繞組、轉子繞組、定子鐵心、轉子表面及端部結構件全部采用空氣表面冷卻，穩(wěn)態(tài)下冷卻效果沒有水冷好，為了使線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內，線圈的導線和鐵芯的截面較大，調相機的銅損和鐵損較小，產生的熱量較少[2]。因此，空冷調相機的體積較大。制造雙水內冷調相機的材料比同容量的空冷調相機可減少約30%。

雙水內冷調相機定、轉子冷卻水系統(tǒng)分別配有兩臺100%容量水泵，一用一備，保證供水可靠。定、轉子冷卻水系統(tǒng)分別設有可靠的供水設備及輔助設備，在各種工況下均能滿足發(fā)電機線圈的冷卻水量要求?？绽湔{相機則只設置空氣冷卻器。兩種調相機一次及二次冷卻水參數見表1。

2.2 兩種調相機機械參數比較

兩種調相機機械參數及振動標準見表2，從表2中可以看出雙水內冷調相機定子比空冷調相機定子輕100噸左右，雙水內冷調相機轉子比空冷調相機轉子輕10噸左右。兩種調相機軸承型式、軸瓦型式均相同。兩種調相機工作轉速相同，一階、二階及三階臨界轉速設計值也基本一致。兩種調相機工作轉速下振動標準一致。

3 雙水內冷調相機可能存在的問題

雙水內冷調相機因為采用了水內冷方式，所有還存在以下一些問題：

3.1 雙水內冷調相機漏水故障

雙水內冷調相機在穩(wěn)態(tài)下冷卻效果好，但因為內部沒有氫氣封住冷卻水，所以一旦漏水就會泄漏到調相機內部，其危害輕則停機，重則燒毀定子繞組或鐵芯，燒壞轉子繞組或大軸。需要制造廠在生產環(huán)節(jié)嚴格控制制造工藝，提高設備質量。

3.2 內冷水管路堵塞

雙水內冷調相機運行中如果發(fā)現水量減少，大多是由于調相機內外管道的水路阻塞或線圈內進入雜物引起局部堵塞所引起。運行中如果線圈溫度過高或溫差大于規(guī)定值時，在排除測溫元件故障后，這一般可能是線圈水路局部不暢而造成過熱所致，可能原因是絕緣引水管完癟或空心銅線內雜質堵塞，此時應加強監(jiān)視并考慮停機時分支路沖洗，必要時進行酸洗。因此雙水內冷調相機內冷水維護工作量較大，需加強水質及溫度監(jiān)測。

4 兩種調相機振動問題比較

兩種調相機因為冷卻方式不同，因此也存在一些不同的振動問題：

4.1 雙水內冷發(fā)電機勵端軸振虛假信號問題

2007年天津陳塘電廠300MW雙水內冷發(fā)電機在調試過程中發(fā)現勵端軸振超標，經過試驗，發(fā)現不加勵磁電流時，軸振正常，加勵磁電流后軸振突然增大[3]。這是因為雙水內冷發(fā)電機轉子內部中心孔通水，勵磁導線只能從轉子上的偏孔進入，當轉子加勵磁電流后，造成轉子圓周表面的磁導率和電導率不同，并隨勵磁電流增大這種差別也增大，因此，此時電渦流探頭輸出電壓的變化不僅與探頭與被測表面間的距離變化（ 即軸振）有關，也與被測圓周表面的位置有關（因為每一處磁導率和電導率不同），在這種情況下，對測量的準確性和可靠性造成一定影響，TSI顯示的軸振為虛假信號。雙水內冷發(fā)電機從80年代開始使用電渦流傳感器測軸振開始就發(fā)現了這種現象，一直沒有很好地解決該問題。此次上海電機廠和上海交大合作研究后，對該發(fā)電機勵端軸振采用了一種新型組合式探頭（接觸式探頭+電渦流傳感器），這種探頭有效避免了因電磁作用和轉軸材料的電、磁特性變化而引起通常電渦流探頭測量時所產生的虛假信號，但效果還有待實際考證?？绽湔{相機由于沒有轉子冷卻水，因此轉子軸振不存在虛假信號的問題。

4.2 強勵狀態(tài)下調相機轉子熱膨脹不暢引起的振動問題

此次特高壓換流站配套工程要求調相機暫態(tài)迅速反應能力強，暫態(tài)過載能力強。在特高壓電網受端突然壓力下降時，就要求受端調相機深度遲相運行，發(fā)出無功，迅速提高電網壓力，此時調相機勵磁電流最大會達到3.5倍額定勵磁電流，國網要求調相機在3.5倍額定勵磁

（下轉第237頁）（上接第239頁）

電流下保持5s，2.5倍額定勵磁電流下保持15s。在此期間轉子發(fā)熱量會瞬間增大很多，如果此時冷卻效果不好，同時轉子熱膨脹不暢，那么轉子就有可能產生很大的振動，如果振動超標就會引起調相機跳機，嚴重威脅特高壓電網安全。其中雙水內冷調相機內冷水溫度不能超過管內壓力下的飽和溫度，否則極端情況下會汽化引起冷卻管道堵塞，導致轉子局部過熱，另外內冷水流速不能太快，否則也會引起冷卻效果變差?？绽湔{相機雖然在強勵狀態(tài)下沒有水冷這些問題，但轉子同樣存在熱膨脹不暢的問題。從振動角度來看，兩種強勵狀態(tài)下時間都不長，轉子熱變形沒有那么快能引起振動突然劇增，但強勵狀態(tài)下調相機轉子熱膨脹不暢引起的振動問題是一個新問題，值得關注和研究。

5 結論

雙水內冷調相機和空冷調相機由于冷卻方式的不同，導致兩種調相機機械參數不同，因此也存在不同的振動問題，但目前大型調相機沒有一臺出廠投入運行，都只是通過同類型的發(fā)電機振動情況來推斷調相機可能出現的問題，存在一定的偏差。大型調相機調試期間以及投運后具體會出現什么問題還需要時間來考證。

參考文獻：

[1]李天鵬.淺析無功功率的補償與平衡[J].河南科技，2013（05）： 81-82.

[2]倪天軍.大型發(fā)電機主要冷卻方式及特點[J].東方電氣評論， 2006（20）1：31-37.

[3]孫海波，王江.雙水內冷機組6瓦振動探頭常見故障分析[J]. 熱電技術，2012（04）：54-56.

作者簡介：陳非（1979-），男，湖北安陸人，高工，研究方向：電力設備信息融合故障診斷技術。