關于#5~#8發(fā)電機線棒出水溫度高于線棒溫度的原因分析

王達宇

摘要：我廠#5~#8發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產的QFQS-200-2發(fā)電機，靜子線棒采用水內冷，但運行中經常出現線棒出水溫度高于線棒溫度的現象，從邏輯角度看不應出現這種情況。本文就產生這種現象的原因進行了簡要分析。

關鍵詞：線棒溫度線棒出水溫度 絕緣溫降

中圖分類號： P184 文獻標識碼： A 文章編號：

1．引言

我廠#5~#8發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產的200MW發(fā)電機組，其參數如下：

#5~#8發(fā)電機為定子水內冷機組，運行中經常出現定子線棒出水水溫度高于定子線棒溫度的現象，從邏輯上分析此種現象不應出現，現就產生這種現象的原因進行分析。

2．數據統計

以下兩圖為#8發(fā)電機分別在102MW和190MW負荷時定子線棒與線棒出水溫度顯示畫面：

圖1#8發(fā)電機102WM時溫度畫面圖2#8發(fā)電機190MW時溫度畫面

從畫面上顯示的數據來看，在190MW負荷時線棒出水溫度絕大部分高于線棒溫度并且溫差較大約2~3℃，在低負荷時，線棒出水溫度接近或低于線棒溫度。通過對比54個線棒及其出水的的溫度變化曲線，可分為以下三類。下面#1、#20、#31線棒及其出水溫度為例，查看其在2011-11-1 6:35:18—2011-11-2 6:35:18時間內溫度變化的曲線，如圖所示：

圖3#1線棒及其出水溫度曲線 圖4#20線棒及其出水溫度曲線

圖5#31線棒及其出水溫度曲線圖6 功率變化曲線

從圖中看出線棒及其出水的溫度變化可分為三種情況：

（1）線棒出水溫度有時高于線棒溫度，有時低于線棒溫度，如圖3所示，高負荷時線棒出水溫度高于線棒溫度，且溫差較大，隨著負荷的降低，線棒與線棒出水的溫度逐漸接近，當負荷低于140MW時，線棒溫度高于線棒出水溫度。

（2）線棒出水溫度始終高于線棒溫度，如圖4所示，從曲線上可以看出負荷高時，線棒出水溫度高于線棒溫度且溫差較大，負荷低時，線棒出水溫度雖然仍高于線棒溫度但溫差減小。

（3）線棒出水溫度始終低于線棒溫度，如圖5所示，高負荷時，線棒出水溫度低于線棒溫度，但溫差較小，隨著負荷降低，溫差逐漸加大。

以上三種溫度變化有一個共同點，隨著負荷的變化線棒出水溫度變化較大，線棒溫度變化較小。

3．原因分析

3.1線棒測溫元件的埋設位置

線棒測溫元件采用埋入式測溫元件，是目前測量發(fā)電機定子繞組溫度的主要方法。但是，因為測量繞組銅導體溫度的埋入式測溫元件R，通常是埋設在定子槽中上、下層線棒絕緣之間，它測量的是銅導體絕緣外表面的溫度約為銅導體溫度的40%，所以它與銅導體之間有絕緣溫降。此絕緣溫降在未經試驗測出之前，在額定負荷下，一般可用式（1）估算，即

Δθil=kθi （1）

式中Δθil-絕緣溫降（k）;k-系數，取0.5~0.6; θi-絕緣槽壁溫降設計值（k）

絕緣溫降的大小與電機形式、通風情況、電流密度、絕緣厚度、絕緣材料種類、絕緣老化程度、檢溫計尺寸以及埋設情況等因素有關。根據計算， 檢溫計周圍的溫度分布，在銅導體絕緣層之間，溫度梯度呈非線性變化。愈接近銅導體，絕緣層溫度越高；愈靠近槽壁，則愈低。

3.2線棒出水測溫元件埋設位置

發(fā)電機線棒出水測溫元件埋設在汽側絕緣引水管與匯水管連接處，測溫元件插在銅頭上，實際測量的為銅接頭溫度，此溫度與水溫基本相同。

3.3發(fā)電機定子的溫升

定子繞組的溫升（θsc-θ0）和鐵芯的溫升（θsF-θ0）包括恒定和可變兩部分。恒定部分包括額定轉速下由機械損耗所引起的溫升Δθm和額定電壓下由鐵芯損耗所引起的ΔθFn。Δθm和ΔθFn之和，一般約20K?？勺儾糠质怯啥ㄗ与娏魉鸬臏厣旊妷汉愣〞r，其溫升與電流的平方成正比，通常將繞組溫升與電流平方的關系曲線，稱作基本溫升曲線。比較式(2)和式（3）可見，定子繞組的溫升要比定子鐵芯的溫升高，其差值即為繞組的絕緣溫降。

（1）定子繞組銅的溫度θsc為

θsc=θ0+Δθm+ΔθFn（US/Un）2+Δθcn（IS/In）2+Δθin（IS/In）2(2)

（2）定子鐵芯溫度θSf為

θsF=θ0+Δθm+ΔθFn（US/Un）2+Δθcn（IS/In）2 (3)

式中θ0 - 冷卻介質的入口溫度（℃）；

Δθm - 額定轉速下機械損耗引起的溫升（K）；

ΔθFn - 額定電壓下，鐵芯損耗在鐵芯中引起的溫升（K）；

Δθcn - 額定電流下，銅損耗在定子繞組中引起的溫升（K）；

Δθin - 額定電流下，定子繞組的絕緣溫降，即定子繞組銅溫及其絕緣外表面溫度之差（K）；

US、IS - 分別為定子電壓、電流的額定值；

Un、In - 分別為定子電壓、電流的試驗值。

3.4發(fā)電機定子繞組采用水冷的原因

水與其他液體和氣體冷卻介質的熱性能參見表1：

表1 水與其它液體和氣體冷卻介質的熱性能參數

表中數據說明：

（1）水的比熱容、熱導率均比氣體的大的多，所以水冷卻的散熱能力較氣體大為提高，如水的比熱容（cv）是空氣和氫氣的3500倍，熱導率（λ）是空氣的23倍，是氫氣的3倍多。

（2）水作為冷卻介質所需要的流量比氣體的流量小的多，所以維持冷卻介質循環(huán)所消耗的功率也比氣體小得多。如同一放熱系數下的流速，水只是空氣的1/3100。

（3）由于水的比熱容大，因此水與發(fā)熱體之間的溫差小，水冷卻時導體溫升的絕大部分是冷卻介質本身的溫升。

由于水的熱容量大，黏度小、流動性好，所以定子繞組采用水冷散熱效果好。銅對水的溫差一般為1℃左右。

3.5發(fā)電機內冷水的溫度與流量

發(fā)電機內冷水的流量是通過出、入口閥門進行調節(jié)，機組啟動前將內冷水流量調節(jié)在35t/h左右，運行中保持此流量不變，不再調節(jié)。運行中內冷水出入口溫度9圖所示：通過溫度曲線可看出，在低負荷時，內冷水出入口溫差較小，在高負荷時溫差較大。

圖9#8發(fā)電機內冷水出入口溫度曲線圖6 功率變化曲線

3.6通過以上幾點分析可得出如下結論，

（1）在低負荷時，線棒電流小，發(fā)熱量少，因為水的冷卻特性，線棒銅線的溫升不高且與內冷水的溫度相差不大，線棒出水測溫元件測量的溫度較低。線棒測溫元件埋設在上、下層線棒之間，除了受銅導線溫度影響外還要受鐵忒溫度的影響。此時可不考慮絕緣溫降的影響，所以，此時測量的線棒出水溫度低于或等于線棒溫度。

（2）隨著負荷的升高，電流增加，發(fā)熱量與電流的平方成正比，銅導線溫度急劇升高，因內冷水的流量不變，內冷水溫度也隨著長高。因此時線棒溫度比鐵芯溫度高出較多，測量的線棒溫度要考慮絕緣溫降的影響，所以此時測量的線棒出水溫度高于線棒的溫度。

4．小結

本文對發(fā)電機線棒出水溫度高于線棒溫度的原因進行分析，產生此現象的原因主要是由測溫元件埋設位置影響的，并且運行中內冷水的流量不變，導致在高負荷時冷卻效果變差。也是產生這種現象的主要原因。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。