水轮发电机磁轭热打键铁损加热计算的探讨

唐鹏程

（中国水利水电第三工程局有限公司制造安装分局，陕西 安康 725000）

水轮发电机磁轭热打键铁损加热计算的探讨

唐鹏程

（中国水利水电第三工程局有限公司制造安装分局，陕西 安康 725000）

大中型水轮发电机运行时由于巨大的离心力作用，使磁轭与轮臂间的径向变形增大。冷打键的方式，已无法保证运行时所需紧量，会使磁轭与轮臂产生分离，导致机组产生过大的振动和摆度。因此，在机组安装过程中用热打键的方法，使磁轭与轮臂之间产生一个预紧量，以抵消运行时的变形增量。根据在多个电站的实践经验，对铁损加热的计算公式进行修正，使计算结果更接近实际，为同类工程的施工以资借鉴。

水轮发电机；磁轭热打键；铁损加热；激磁绕组

大中型水轮发电机的转子，在运行中由于巨大的离心力作用，使磁轭产生直径增大的弹性变形，只靠冷打键的方式，已无法保证运行时所需紧量，会使磁轭与轮臂产生分离。不仅会使机组产生过大的振动和摆度，而且还有可能使轮臂挂钩因受冲击而断裂，造成严重事故。因此在装配时，需要将磁轭加热膨胀，使磁轭与轮臂之间产生间隙，按要求再将磁轭键打入一定的深度。依靠这种预紧量，保证转子在运行中磁轭与轮臂不产生分离现象。

1 常用热打键磁轭加热方法及各自优缺点

（1）铜损法∶利用已安装的磁极绕组线圈，将它们串连起来通以直流电，通入的电流约为额定电流的50%～70%，使磁极线圈升温加热，将热量传导给磁轭，这种加热方式较为简便，既干燥了极磁又加热了磁轭。但因加热温度受磁极线圈绝缘等级的限制。同时，磁轭的加热是靠传导，加温时间较长，使轮臂与磁轭不易产生较大温差，即磁轭与轮臂之间不容易出现较大间隙。这种方式一般在计算温差不大于30℃时使用。

（2）铁损加热法∶磁极挂装前，在磁轭外圆上顺次绕上线圈，通入交流电，使磁轭内部产生铁损发热。这种方式加热速度快，易使磁轭与轮臂产生温差，但绕线工作量大，它适用于大中型水轮发电机的磁轭加热。

（3）电加热法∶在磁轭底部及通风沟内或鸠尾槽内加装特制的电炉，通电后可使磁轭较快地加热，这种方式简单，但加热时间长，轮臂升温膨胀较大。

（4）远红外法∶利用远红外线电阻片烘烤磁轭。远红外线电阻片热能以电磁波的形式辐射出来，集中照射在磁轭上。具有热能损耗小加温速度快，效率高的优点。但远红外线电阻片价格昂贵，而磁轭加温时所需要的数量多。电阻片上的远红外涂料容易损坏，可重复使用的比例少，故投资大、成本高。

（5）综合法∶综合法就是把上述任意两种方式结合起来使用，通常为铜损法加电热法或铁损法加电热法。

2 磁轭热打键铁损加热法计算

铁损加热法就是在磁轭的外圆周上绕以激磁绕组，通入工频电流进行激磁，使磁轭内部产生铁损而发热，整个磁轭用石棉布或篷布保温。铁损加热法由于无明火，安全可靠，因此被广泛采用。

有关铁损加热法的计算，激磁绕组加电压方式，不少书中都有介绍，其形式各异，结果也相差较大，往往需经多次调整改进，因此工作量较大。经过多个电站机组的磁轭加热理论计算与实际加热时的实测数据进行分析比较，对部分公式进行了修正，使计算结果比较接近实际。

（1）根据磁轭胀量求磁轭应高于轮臂的温升，供加热时判断胀量值是否达到要求。

表1

3 电站实际参数计算

湖北潘口电站、湖北白水域电站、陕西城固白果树电站的水轮发电机磁轭各参数见表2，磁轭热打计算结果见表3。cosφ计算时取0.6，预计加热时间均按8h计算。

表2

表3

4 接线方式与实测数据分析

潘口电站首台机组安装时，磁轭加热计算的激磁电流为1279A，对应加热的绝对温差为35.8℃，激磁电压为380V，绕组由5个支路并联而成，各支路分别在磁轭上均匀缠绕后并联在一起，送电后测量各支路电流相差竟达60%左右，接线方式见图1所示。电流较大的支路，导线产生过热现象，此现象是因为处于磁轭不同位置的激磁绕组，漏磁通及绕组本身电阻不相同而造成，且与绕组匝间的疏密程度有关。考虑到上述原因后绕组布置改为如图2所示，将5个绕组支路并联改为5根并绕，通电后测量各支路的电流相对平衡，为缩小上下端的温差，施工时将激磁绕组在磁轭柱上均匀缠绕改为从上到下逐渐加密缠绕。

图1

图2

磁轭热打键加热实测数据见表4，激磁绕组实际匝数比计算值少10%左右，这同实测端电压值相对应。通过对实测数据的分析比较得出∶单位质量磁轭加热的热功率消耗同磁轭的质量成反比，20～200 MW机组磁轭加热计算可用0.8～1.3W/kg进行校验计算功率值。同时说明磁轭质量不同，在保温措施相同的情况下保温系数选取应有所不同。

表4

5 结语

机组在安装过程中用热打键的方法，使磁轭与轮臂之间产生一个预紧量，以抵消运行时的变形增量，保证转子在运行中磁轭与轮臂不产生分离现象。铁损加热法依靠激磁绕组产生的轴向磁通，圆周方向涡流使磁轭内部铁损发热，温度上升迅速且均匀，无明火。因此实际施工中应用较多。

通过对计算公式的修正，使得理论计算更接近实际情况，减少了施工中调整激磁绕组的工作量；施工时将激磁绕组在磁轭柱上均匀缠绕改为从上到下逐渐加密缠绕，对缩小上下端的温差有良好效果。经实测数据的分析比较，总结出单位质量磁轭加热的热功率消耗同磁轭的质量成反比，20～200MW机组磁轭加热计算用0.8～1.3W/kg进行校验计算功率值。

[1]盛国林.水轮发电机组安装与检修[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]林亚一.水轮发电机组的安装与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

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TK730.6

A

1672-5387（2014）02-0001-03

2014-01-13

唐鹏程（1968-），男，高级工程师，从事电气设备的安装及调试工作。