通过抽真空方式排出定子绕组内水汽的工艺理论及方法

张 虹

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

随着发电机容量的增加，其输出电流也变得更大，造成绕组温升增高，发电机定子绕组产生的热量也是相当大的[1-2]。这些热量必须通过介质传导出去，否则就会损伤机组部件，造成停机等事故，影响机组正常运行。要解决大容量发电机定子绕组温升高的问题，最有效的办法是采用冷却介质在绕组内部进行直接冷却[1]。目前发电机定子绕组的冷却方式主要有两种：氢冷和水冷，其中由于水具有良好的热性能以及廉价、无毒、不燃、无爆炸危险等一系列优点[1]，因此绝大多数的300 MW以上的汽轮发电机采用定子绕组水内冷的冷却方式。

通常情况下，采用定子绕组水内冷的发电机试验后，绕组线圈内会存有大量液态水及水蒸汽，尤其是定子绕组线圈铜排内空间狭小，更易积存水汽，靠压缩空气无法完全排出。如果总装后的汽轮发电机在保存或运输过程中途经寒冷地区，绕组内的水汽结冰后体积膨胀，会对绕组线圈造成不可修复的损伤。因此必须将定子绕组内的水汽完全排出，才能保证发电机正常安装使用，避免可能出现的经济损失。

对通水试验后的定子绕组冷却水管路抽真空是目前最为有效的经验和方法。

1 原理

如图1所示，发电机运行时，定子内冷水经励端定子绕组冷却水管路进水管1流入发电机，经过励端汇流管6后一部分流向定子线圈7，另一部分流向主引线3，内冷水完成对定子线圈7和主引线3的冷却后在汽端汇流管8处汇合，经汽端定子绕组冷却水管路5流出发电机。这一过程中冷却水与定子绕组进行热交换，带走绕组发电时产生的热量，实现对发电机定子绕组的冷却。

1.定子绕组冷却水管路进水管; 2.励端定子绕组下部排水管; 3.主引线瓷套端子排水口; 4.汽端定子绕组下部排水管; 5.定子绕组冷却水管路出水管; 6.励端汇流管; 7.定子线圈; 8.汽端汇流管图1 汽轮发电机定子绕组冷却水管路示意图

进行总装型式试验的发电机在停机后，绕组内的低点及转角等位置容易残留水汽，并无法使用压缩空气完全排出。在相对恒定的温度下，通过对定子绕组内的密闭空间抽真空的方式可以改变定子绕组内的压强，从而降低水的沸点，使其内部的水迅速汽化并抽出。

2 方法

1) 设备布置——按图2示意图组装抽真空设备、管路及控制电路，将压缩空气管道连接到压缩空气进口，将干燥空气出口连接到定子绕组冷却水管路进水管，并安装压力表。保持真空泵、冷却水系统、空气干燥器及空气加热器等为关闭状态，关闭冷凝器侧球阀，打开空气加热器侧球阀。

图2 抽真空设备示意图

2) 通气排水——使用工具法兰封闭定子绕组冷却水管路出水口，定子下部所有排水口安装球阀，进水口接压力表和真空度检测表。打开定子绕组下部所有排水口阀门，打开压缩空气进口阀门，向定子绕组冷却水管路进水管内通入压缩空气或氮气，使定子绕组内水及水蒸气经由定子下部排水口排出。由于总装试验后已进行排水工作，此过程会比较快速。

3) 加压排水——关闭定子绕组下部所有排水口阀门，打开空气干燥器及空气加热器，通过向绕组内通入加热的干燥压缩空气或氮气，直至达到压力表示数为0.2 MPa。保持压缩空气进口阀门打开，快速打开励端下部排水口放出水汽，之后关闭并快速打开，反复多次直至无明显水汽。同样方式依次打开绕组汽端排水口、主引线瓷套端子排水口(每个排水口排气后需关闭以保证气体压力)。此过程需重复多次，直到无明显水汽排出。

4) 抽真空——关闭空气干燥器及空气加热器，关闭压缩空气进口及空气加热器侧球阀，打开真空泵侧球阀。关闭定子绕组下部所有排水口阀门，检查定子绕组排水口位置的工具法兰及各处管路密封情况，确认无误后启动真空泵及冷却水系统。抽真空开始时，定子绕组内的真空度会迅速升高，伴随着真空度的升高，定子绕组内的压强会逐渐降低，水的沸点也逐渐降低。当沸点降至室温时，水及水蒸气就会汽化，随着空气被抽出定子绕组，并在冷凝器处经冷却水(温度低于室温)降温后重新液化。开启真空泵后，应定期记录绕组内真空度和真空泵运行情况。由于不可避免会有水汽进入真空泵，如发现真空泵抽速降低，应及时更换真空泵油，并打开凝结水排出口放水。当真空泵冷凝器内无水排出，且真空度达到10 Pa以下时，可认为定子绕组内基本无水汽。继续保持真空泵运转1h后，关闭抽真空设备，并测量定子绕组绝缘电阻，合格后抽真空结束。

3 前景

此项技术理论可行，操作简单，已成功应用于多台汽轮发电机的运输与保存过程，并取得良好效果。推广后可适用于各容量各类型的定子绕组水内冷型发电机组，使其满足寒冷地区运输和储存的需要。

[1] 汪耕.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海：上海科学技术出版社，2012.

[2] 李志强.电机制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2011.