海洋石油平臺(tái)同步發(fā)電機(jī)升壓改造方法研究

張國(guó)榮　林楊

摘 要： 目前部分海洋石油平臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組已無(wú)法滿足生產(chǎn)電力需求，需要對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行更換或改造?？紤]到改造電機(jī)的線圈、整機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)、繞組線徑以及溫升等多方面的綜合因素，根據(jù)發(fā)電機(jī)升壓改造原理，通過(guò)對(duì)改造電機(jī)電磁參數(shù)和短路比的實(shí)際計(jì)算，將中海油渤中BZ26?3平臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的線圈和定子進(jìn)行改造。對(duì)改造后的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并將改造前后的發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明升壓改造后的發(fā)電機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相應(yīng)要求，且相序正確，證明了所提出升壓改造方法的可行性與正確性。創(chuàng)新地通過(guò)電磁計(jì)算以及短路比計(jì)算獲得實(shí)際電機(jī)參數(shù)，提出了通過(guò)改變定子繞組的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓改造的方法。

關(guān)鍵詞： 同步發(fā)電機(jī)； 升壓改造； 海洋石油平臺(tái)； 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TM313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0148?05

Abstract： In consideration of the multiple factors including the transform of the motor coil， insulation structure， winding wire diameter and temperature rise， a useful method is proposed. The coil and stator in synchronous generator on CNOOC BZ26?3 platform in Bohai Sea was transformed through the actual counting of the electromagnetic parameters and the short?circuit ratio according to the generator step?up principle. A series of experiments was conducted for the transformed generator. The main generator parameters before and after the transform were contrasted. The results indicate each index of the transformed generator meets the corresponding requirements， and the phase sequence is correct. The conclusion proves the correctness and feasibility of the proposed booster transform method. The innovation is， under the comprehensive consideration， that the actual motor parameters has been obtained through the electromagnetic calculation and short circuit ratio calculation， and the generator step?up transform method of changing the way of the stator winding is put forward.

Keywords： synchronous generator； boost transform； offshore oil platform； experimental testing

海上石油生產(chǎn)是一項(xiàng)高難度、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)[1]。隨著海上油田運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，電力需求的增長(zhǎng)，很多大型發(fā)電機(jī)組已無(wú)法滿足目前的生產(chǎn)需求，需要對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行更換或升壓改造[2]。為滿足海洋石油BZ26?3平臺(tái)的生產(chǎn)電力需求，本文對(duì)中海油渤中26?3平臺(tái)發(fā)電機(jī)的繞組重新制作，將發(fā)電機(jī)從3 300 V升壓至6 300 V，且保持功率等性能盡量不變。并對(duì)方案進(jìn)行了數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證和具體實(shí)施。

1 發(fā)電機(jī)升壓改造原理

當(dāng)額度功率一定時(shí)，發(fā)電機(jī)的定子電壓、電流與繞組匝數(shù)成線性比例關(guān)系，如式（1）所示：

為了使定子電壓升高1倍，每相串聯(lián)的繞組匝數(shù)要增加1倍（線圈的節(jié)距不變）。若增壓不為整倍數(shù)，則按照相應(yīng)的倍數(shù)改動(dòng)實(shí)際匝數(shù)與線圈節(jié)距，即使得有效匝數(shù)（即實(shí)際匝數(shù)與繞組系數(shù)的乘積）與電壓成正比。

在海洋石油BZ26?3平臺(tái)中使用的是同步發(fā)電機(jī)[3]，其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

為了實(shí)現(xiàn)其升壓改造，在鐵芯尺寸不變的情況下，需要對(duì)線圈和整機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)、繞組線徑、溫升等方面綜合考慮[4]。

表1 海洋石油BZ26?3平臺(tái)所用同步發(fā)電機(jī)參數(shù)

（1） 其原來(lái)的3 300 V絕緣結(jié)構(gòu)在升壓后并不適用，在實(shí)際使用中很容易發(fā)生對(duì)地?fù)舸?。因此，需要重新制造線圈，使線圈以及整機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)都符合6 300 V下的耐壓要求，并對(duì)改造后的電機(jī)進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試看是否合格。

（2） 其原來(lái)是F級(jí)絕緣，按照B級(jí)考核溫升。升壓改造后需要把絕緣等級(jí)提高到H級(jí)， 按照F級(jí)考核溫升。絕緣材料的耐熱等級(jí)提高25 K，但是設(shè)計(jì)溫升的提高不會(huì)超過(guò)20 K，因此現(xiàn)在額定電流下的熱負(fù)荷計(jì)算還是可以滿足B級(jí)的考核溫升。

（3） 由于電壓等級(jí)的提高，匝間絕緣與對(duì)地絕緣要加厚。在鐵芯尺寸不變的情況下，槽內(nèi)繞組銅線的填充要降低。在原來(lái)槽內(nèi)沒(méi)有富裕尺寸的情況下就要適當(dāng)?shù)販p小并聯(lián)繞組的總截面，才能將新繞組嵌入。這樣，在輸出功率不變，即電流不變時(shí)，繞組線圈的電流密度與繞組的熱負(fù)荷要增加，從而導(dǎo)致繞組線圈的發(fā)熱相比改造前有所增加。為了限制發(fā)熱不超過(guò)規(guī)定的繞組溫升，就要限制發(fā)電機(jī)的輸出功率。

2 升壓改造參數(shù)計(jì)算

2.1 電磁計(jì)算

根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)原理和以往的維修經(jīng)驗(yàn)[5]，在線圈溫升一致，鐵心尺寸不變時(shí)，6 000 V的電動(dòng)機(jī)的功率一般要降低15%左右，此處采用降額12.63%進(jìn)行計(jì)算。其升壓改造后的相關(guān)參數(shù)可按式（2）計(jì)算[6]：

[S2=（1-12.63%）S1P2=（1-12.63%）P1I2=N1N2I1] （2）

根據(jù) 《中華人民共和國(guó)第一機(jī)械工業(yè)部 電工專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)性技術(shù)文件 凸極同步電機(jī)電磁計(jì)算公式 電指（DZ）27?63》，改電壓前后電機(jī)在額定電壓下工作的有關(guān)電磁參數(shù)比較如表2所示。

由對(duì)比看出，改電壓前后的各部分磁通密度與磁勢(shì)的變化很小。因此，勵(lì)磁電流的變化很小?？紤]到絕緣的可靠性與線圈的溫升，額定電流定的偏低，故直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)和短路電流為額定時(shí)，磁勢(shì)降低13%。

2.2 短路比計(jì)算

短路比是表征發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定度的一個(gè)重要參數(shù)[7]，用[Kc]表示，其定義是：發(fā)電機(jī)在空載額定電壓、勵(lì)磁電流下的三相穩(wěn)態(tài)短路電流與額定電流之比，即：[Kc=IfoIN]。由于發(fā)電機(jī)短路特性是一條直線，故[Kc]也可表達(dá)為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流[Ifo]與三相穩(wěn)態(tài)短路電流為額定值時(shí)的勵(lì)磁電流[Ifk]之比，或發(fā)電機(jī)額定電壓下的空載磁勢(shì)[AWo]與短路電流為額定電流時(shí)的發(fā)電機(jī)磁勢(shì)[AWk]之比[8]。如忽略磁飽和的影響，則短路比與發(fā)電機(jī)運(yùn)行中三相突然短路穩(wěn)定時(shí)所表現(xiàn)出的電抗（發(fā)電機(jī)直軸同步電抗）[Xd]互為倒數(shù)。表達(dá)式為：

短路比小，說(shuō)明同步電抗大，相應(yīng)短路時(shí)短路電流小，運(yùn)行中負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化較大，且并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差，即：發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力小。短路比大，則發(fā)電機(jī)過(guò)載能力大，負(fù)載電流引起的端電壓變化較小，可提高發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行中的靜態(tài)穩(wěn)定性。但會(huì)使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，使制造成本增加[9]。

本次所進(jìn)行的發(fā)電機(jī)升壓改造研究，考慮到絕緣的可靠性與發(fā)熱因素，所設(shè)計(jì)的額定電流較低，因此短路比有一定的增加，而且所有電抗的標(biāo)幺值在改壓后也都有所降低。

由以上的比較總結(jié)得出，電壓改到6 300 V后，若功率仍舊達(dá)到原來(lái)的4 150 kW（電流541.1 A），由于各項(xiàng)電抗（除了零序電抗以外）的變化都很小，可以忽略，則電抗的標(biāo)幺值相應(yīng)減小，短路比增加。而且，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)改電壓前后的各部分磁通密度與磁勢(shì)的變化很小，勵(lì)磁電流的變化很小，同時(shí)額定電流下降，因此采用此升壓改造方案不需要改變?cè)姍C(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。

3 新線圈制作

3.1 線圈拆卸及重新制作

由于增壓不為整倍數(shù)，需要按照相應(yīng)的倍數(shù)改動(dòng)實(shí)際匝數(shù)與線圈節(jié)距，因此整個(gè)定子繞組都要重新制作[10]。具體匝數(shù)比按式（1）及繞組系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到定子繞組每相匝數(shù)為66匝，有效匝數(shù)為54.6匝，改造前后的匝數(shù)比為1.9。

為復(fù)核計(jì)算數(shù)據(jù)，首先需對(duì)原來(lái)的定子繞組進(jìn)行拆卸， 去除原線圈的表面絕緣，如圖1所示，在進(jìn)一步對(duì)線圈表面進(jìn)行清潔處理后，按照計(jì)算的線圈尺寸進(jìn)行重新繞制，新制的繞組結(jié)構(gòu)為每只線圈6匝，2路并聯(lián)，每相串聯(lián)匝數(shù)為66匝。

3.2 提高線圈絕緣

為提高線圈的匝間絕緣，線圈直線部分包絕緣使用自粘性單玻璃絲包聚酰亞胺?氟樹(shù)脂復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線，絕緣厚度為0.40～0.50 mm，耐熱等級(jí)為H級(jí)。

為提高線圈的主絕緣，線圈彎曲部分包絕緣使用5440?1桐馬環(huán)氧粉云母帶特帶與5443?1聚酰亞胺薄膜復(fù)合粉云母帶混包，絕緣為F級(jí)，以提高線圈對(duì)地絕緣的介電強(qiáng)度。

3.3 絕緣厚度與熱負(fù)荷的選擇

由于用戶(hù)對(duì)于改造后的發(fā)電機(jī)出力要求可以適當(dāng)降低，為了提高繞組絕緣的可靠性和使用壽命，并且考慮到使用國(guó)產(chǎn)材料，因此現(xiàn)在匝間絕緣與線圈對(duì)地絕緣的厚度還是比進(jìn)口電機(jī)線圈絕緣厚度的適當(dāng)加厚。而且，在額定電流下的熱負(fù)荷計(jì)算仍可以滿足B級(jí)的溫升考核要求，從而為發(fā)電機(jī)的超負(fù)荷運(yùn)行留有一定余地。

3.4 新線圈測(cè)試

重新制作后的線圈需要進(jìn)行耐壓測(cè)試，測(cè)試合格后方能嵌入定子。首先檢查線圈是否受潮，通過(guò)測(cè)量線圈的絕緣電阻看吸收比（即極化指數(shù)）PI是否合格。由于PI=[R1minR15 S]，測(cè)試結(jié)果PI大于2，說(shuō)明線圈未受潮，可以進(jìn)行耐壓測(cè)試。然后對(duì)線圈進(jìn)行匝間絕緣耐壓測(cè)試，通過(guò)PJ沖擊脈沖儀測(cè)試，沒(méi)有線圈擊穿。進(jìn)一步對(duì)線圈進(jìn)行主絕緣耐壓測(cè)試，通過(guò)直流高壓發(fā)生器測(cè)試1 min，沒(méi)有線圈擊穿。因此改造后的線圈合格。

4 新定子繞組制作

4.1 線圈主絕緣模壓

對(duì)線圈匝間絕緣和主絕緣繞包后，直線部分進(jìn)行熱模壓固化成型處理。模壓后檢查線圈主絕緣的寬度尺寸與公差要求：計(jì)算寬度為17.10 mm 規(guī)定優(yōu)等品公差為±0.20 mm，計(jì)算高度為32.00 mm規(guī)定優(yōu)等品公差+0.20 mm/?0.50 mm。實(shí)際線圈結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表4所示，經(jīng)實(shí)測(cè)，線圈結(jié)構(gòu)符合計(jì)算要求。

4.2 線圈嵌入定子

線圈模壓后嵌入定子，節(jié)距為1?12，安裝槽楔固定線圈后，通過(guò)對(duì)整個(gè)定子進(jìn)行真空壓力浸漆來(lái)對(duì)定子繞組進(jìn)一步絕緣處理。

4.3 定子繞組改造完成后進(jìn)行各項(xiàng)電氣測(cè)試

首先進(jìn)行直流電阻測(cè)試，真空浸漆后的熱元件電阻與相電阻與浸漆前相比，誤差小于2%，相對(duì)誤差小于 0.142% ，符合要求。

然后測(cè)量各相對(duì)地的絕緣電阻，所有相絕緣電阻大于1 GΩ，且吸收比大于2，絕緣合格。

最后進(jìn)行交流耐壓測(cè)試，根據(jù)JB6204標(biāo)準(zhǔn)： [2 Un+1 000=13 600 V。]分別使定子繞組一相耐壓，另外兩相接地，使用工頻耐壓測(cè)試儀測(cè)試1 min，測(cè)試全部通過(guò) ，從而定子繞組合格。對(duì)測(cè)試合格后的定子繞組進(jìn)一步噴漆后即可下線，裝入機(jī)殼，如圖2所示。

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)GB755?2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》以及GB/T 1029?2005 《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》，對(duì)改造后的電機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。

5.1 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)旨在檢查電機(jī)空載時(shí)的運(yùn)行是否正確，并檢查磁鐵的狀況。測(cè)量與空載運(yùn)行有關(guān)的電氣參數(shù)或其他參數(shù)。

5.1.1 額定電壓及相序檢測(cè)

測(cè)得三相電壓分別為6 316 V，6 305 V，6 329 V相對(duì)誤差0.38%，小于規(guī)定三相電壓的誤差2%，因此額定電壓符合要求。并用相序儀檢查相序正確。

5.1.2 空載曲線

空載曲線測(cè)試旨在在合適的工作點(diǎn)、在多個(gè)定子磁通量級(jí)別下測(cè)量電機(jī)空載運(yùn)行的參數(shù)。如表5所示。

表5 電機(jī)空載工作點(diǎn)

5.1.3 短時(shí)高壓測(cè)試

短時(shí)高壓測(cè)試規(guī)定從剩磁電壓做到額定電壓的130%，實(shí)際測(cè)試按照8 190 V（1.3倍）運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，無(wú)任何異常。

5.2 振動(dòng)測(cè)量

轉(zhuǎn)子振動(dòng)將通過(guò)軸傳遞至軸承箱或者軸承座上，還會(huì)傳遞至端罩。若振動(dòng)力較大，且軸承結(jié)構(gòu)為彈性結(jié)構(gòu)，則會(huì)產(chǎn)生較大振幅。軸承箱表面上測(cè)得的振動(dòng)特征將指示相應(yīng)的力以及應(yīng)力程度[11]。根據(jù)針對(duì)不同機(jī)器類(lèi)型的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中給出了振動(dòng)限值。在水平、垂直和軸向方向上，測(cè)量軸承箱或軸承座處的振動(dòng)。

根據(jù)GB10068?2008《軸中心高56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》標(biāo)準(zhǔn)以及 GB50170?2006《電氣裝置安裝工程 旋轉(zhuǎn)電機(jī)施工及驗(yàn)收規(guī)范》，對(duì)于振動(dòng)無(wú)特殊要求的電機(jī)振動(dòng)烈度小于2.3 mm/s，振動(dòng)幅值小于0.085 mm 。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行2 h后，測(cè)量發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承、非傳動(dòng)端軸承、機(jī)座的水平、垂直、軸向烈度、振幅，均滿足規(guī)范要求。

5.3 軸承溫度

電機(jī)運(yùn)行 2 h后，各熱元件電阻測(cè)量溫度趨于穩(wěn)定，增幅小于2 ℃/min。此時(shí)進(jìn)油溫度為40 ℃，驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼 41 ℃；非驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼44 ℃。 因?yàn)檠h(huán)油系統(tǒng)容量較小，所以軸瓦溫度稍高。

5.4 短路試驗(yàn)

因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)的剩磁電壓比較高，達(dá)到 236 V，這時(shí)的短路電流已經(jīng)大大超過(guò)額定電流，因此無(wú)法進(jìn)行短路試驗(yàn)。剩磁電壓下短路電流為：

5.5 超速試驗(yàn)

由于臨時(shí)運(yùn)行時(shí)的速度可能高于額定速度，因此應(yīng)對(duì)所有永磁同步電機(jī)進(jìn)行過(guò)速測(cè)試。按照額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，即1 800 r/m 。電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)2 min ，未見(jiàn)異常。

5.6 參數(shù)對(duì)比

同步發(fā)電機(jī)升壓改造前后帶載運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)比較如表6和表7，這里分別測(cè)量記錄了2組數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了通過(guò)改變定子繞組的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓改造的方法，以海洋石油BZ26?3平臺(tái)為研究對(duì)象，將發(fā)電機(jī)電壓從3 300 V升壓至6 300 V。通過(guò)理論計(jì)算與分析對(duì)本文所使用的發(fā)電機(jī)升壓改造方法的可行性做了論證，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)制作了相應(yīng)的發(fā)電機(jī)，對(duì)改造后的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了空載測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、軸承溫度測(cè)試、短路試驗(yàn)與超速試驗(yàn)，并將改造前后的發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明升壓改造后的發(fā)電機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相應(yīng)要求，并保持了改造前的電氣要求，證明了所提出升壓改造方法的可行性與正確性。

表7 升壓改造后電機(jī)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)

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5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)GB755?2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》以及GB/T 1029?2005 《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》，對(duì)改造后的電機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。

5.1 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)旨在檢查電機(jī)空載時(shí)的運(yùn)行是否正確，并檢查磁鐵的狀況。測(cè)量與空載運(yùn)行有關(guān)的電氣參數(shù)或其他參數(shù)。

5.1.1 額定電壓及相序檢測(cè)

測(cè)得三相電壓分別為6 316 V，6 305 V，6 329 V相對(duì)誤差0.38%，小于規(guī)定三相電壓的誤差2%，因此額定電壓符合要求。并用相序儀檢查相序正確。

5.1.2 空載曲線

空載曲線測(cè)試旨在在合適的工作點(diǎn)、在多個(gè)定子磁通量級(jí)別下測(cè)量電機(jī)空載運(yùn)行的參數(shù)。如表5所示。

表5 電機(jī)空載工作點(diǎn)

5.1.3 短時(shí)高壓測(cè)試

短時(shí)高壓測(cè)試規(guī)定從剩磁電壓做到額定電壓的130%，實(shí)際測(cè)試按照8 190 V（1.3倍）運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，無(wú)任何異常。

5.2 振動(dòng)測(cè)量

轉(zhuǎn)子振動(dòng)將通過(guò)軸傳遞至軸承箱或者軸承座上，還會(huì)傳遞至端罩。若振動(dòng)力較大，且軸承結(jié)構(gòu)為彈性結(jié)構(gòu)，則會(huì)產(chǎn)生較大振幅。軸承箱表面上測(cè)得的振動(dòng)特征將指示相應(yīng)的力以及應(yīng)力程度[11]。根據(jù)針對(duì)不同機(jī)器類(lèi)型的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中給出了振動(dòng)限值。在水平、垂直和軸向方向上，測(cè)量軸承箱或軸承座處的振動(dòng)。

根據(jù)GB10068?2008《軸中心高56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》標(biāo)準(zhǔn)以及 GB50170?2006《電氣裝置安裝工程 旋轉(zhuǎn)電機(jī)施工及驗(yàn)收規(guī)范》，對(duì)于振動(dòng)無(wú)特殊要求的電機(jī)振動(dòng)烈度小于2.3 mm/s，振動(dòng)幅值小于0.085 mm 。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行2 h后，測(cè)量發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承、非傳動(dòng)端軸承、機(jī)座的水平、垂直、軸向烈度、振幅，均滿足規(guī)范要求。

5.3 軸承溫度

電機(jī)運(yùn)行 2 h后，各熱元件電阻測(cè)量溫度趨于穩(wěn)定，增幅小于2 ℃/min。此時(shí)進(jìn)油溫度為40 ℃，驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼 41 ℃；非驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼44 ℃。 因?yàn)檠h(huán)油系統(tǒng)容量較小，所以軸瓦溫度稍高。

5.4 短路試驗(yàn)

因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)的剩磁電壓比較高，達(dá)到 236 V，這時(shí)的短路電流已經(jīng)大大超過(guò)額定電流，因此無(wú)法進(jìn)行短路試驗(yàn)。剩磁電壓下短路電流為：

5.5 超速試驗(yàn)

由于臨時(shí)運(yùn)行時(shí)的速度可能高于額定速度，因此應(yīng)對(duì)所有永磁同步電機(jī)進(jìn)行過(guò)速測(cè)試。按照額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，即1 800 r/m 。電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)2 min ，未見(jiàn)異常。

5.6 參數(shù)對(duì)比

同步發(fā)電機(jī)升壓改造前后帶載運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)比較如表6和表7，這里分別測(cè)量記錄了2組數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了通過(guò)改變定子繞組的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓改造的方法，以海洋石油BZ26?3平臺(tái)為研究對(duì)象，將發(fā)電機(jī)電壓從3 300 V升壓至6 300 V。通過(guò)理論計(jì)算與分析對(duì)本文所使用的發(fā)電機(jī)升壓改造方法的可行性做了論證，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)制作了相應(yīng)的發(fā)電機(jī)，對(duì)改造后的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了空載測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、軸承溫度測(cè)試、短路試驗(yàn)與超速試驗(yàn)，并將改造前后的發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明升壓改造后的發(fā)電機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相應(yīng)要求，并保持了改造前的電氣要求，證明了所提出升壓改造方法的可行性與正確性。

表7 升壓改造后電機(jī)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)

參考文獻(xiàn)

[1] 王耘.海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)暫時(shí)過(guò)電壓的研究[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[2] Eckholz K， Heinzig P， Ploetner C.大型發(fā)電機(jī)升壓變壓器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].電力建設(shè)，2004，25（8）：9?11.

[3] 吳積善. 海上石油平臺(tái)同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介[J].電機(jī)與控制應(yīng)用， 1986（4）：43.

[4] 姜軍鵬.石油平臺(tái)小型透平發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真平臺(tái)研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[5] 李剛.中海油45萬(wàn)t/年合成氨裝置異步發(fā)電機(jī)投勵(lì)分析和改進(jìn)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（11）：54?56.

[6] 張國(guó)民.海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)自勵(lì)磁研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（2）：305?309.

[7] 徐詠梅，丁明華.中小型同步發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28（2）：119?121.

[8] 林澄波.同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)改造技術(shù)總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（12）：48?54.

[9] 龐紅媛.海油平臺(tái)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[10] 孫霖，劉全恩，張鳳山，等.海上平臺(tái)進(jìn)口發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的診斷及其國(guó)產(chǎn)化[J].機(jī)電工程，2011，28（10）：1287?1290.

[11] 祝志朋.現(xiàn)代實(shí)用同步發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性和調(diào)速特性與并聯(lián)運(yùn)行負(fù)載分配[J].電氣應(yīng)用，2011（3）：75?81.

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)GB755?2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》以及GB/T 1029?2005 《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》，對(duì)改造后的電機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。

5.1 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)旨在檢查電機(jī)空載時(shí)的運(yùn)行是否正確，并檢查磁鐵的狀況。測(cè)量與空載運(yùn)行有關(guān)的電氣參數(shù)或其他參數(shù)。

5.1.1 額定電壓及相序檢測(cè)

測(cè)得三相電壓分別為6 316 V，6 305 V，6 329 V相對(duì)誤差0.38%，小于規(guī)定三相電壓的誤差2%，因此額定電壓符合要求。并用相序儀檢查相序正確。

5.1.2 空載曲線

空載曲線測(cè)試旨在在合適的工作點(diǎn)、在多個(gè)定子磁通量級(jí)別下測(cè)量電機(jī)空載運(yùn)行的參數(shù)。如表5所示。

表5 電機(jī)空載工作點(diǎn)

5.1.3 短時(shí)高壓測(cè)試

短時(shí)高壓測(cè)試規(guī)定從剩磁電壓做到額定電壓的130%，實(shí)際測(cè)試按照8 190 V（1.3倍）運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，無(wú)任何異常。

5.2 振動(dòng)測(cè)量

轉(zhuǎn)子振動(dòng)將通過(guò)軸傳遞至軸承箱或者軸承座上，還會(huì)傳遞至端罩。若振動(dòng)力較大，且軸承結(jié)構(gòu)為彈性結(jié)構(gòu)，則會(huì)產(chǎn)生較大振幅。軸承箱表面上測(cè)得的振動(dòng)特征將指示相應(yīng)的力以及應(yīng)力程度[11]。根據(jù)針對(duì)不同機(jī)器類(lèi)型的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中給出了振動(dòng)限值。在水平、垂直和軸向方向上，測(cè)量軸承箱或軸承座處的振動(dòng)。

根據(jù)GB10068?2008《軸中心高56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》標(biāo)準(zhǔn)以及 GB50170?2006《電氣裝置安裝工程 旋轉(zhuǎn)電機(jī)施工及驗(yàn)收規(guī)范》，對(duì)于振動(dòng)無(wú)特殊要求的電機(jī)振動(dòng)烈度小于2.3 mm/s，振動(dòng)幅值小于0.085 mm 。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行2 h后，測(cè)量發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承、非傳動(dòng)端軸承、機(jī)座的水平、垂直、軸向烈度、振幅，均滿足規(guī)范要求。

5.3 軸承溫度

電機(jī)運(yùn)行 2 h后，各熱元件電阻測(cè)量溫度趨于穩(wěn)定，增幅小于2 ℃/min。此時(shí)進(jìn)油溫度為40 ℃，驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼 41 ℃；非驅(qū)動(dòng)端軸承 Pt100測(cè)得溫度為56 ℃，測(cè)溫槍測(cè)量軸瓦外殼44 ℃。 因?yàn)檠h(huán)油系統(tǒng)容量較小，所以軸瓦溫度稍高。

5.4 短路試驗(yàn)

因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)的剩磁電壓比較高，達(dá)到 236 V，這時(shí)的短路電流已經(jīng)大大超過(guò)額定電流，因此無(wú)法進(jìn)行短路試驗(yàn)。剩磁電壓下短路電流為：

5.5 超速試驗(yàn)

由于臨時(shí)運(yùn)行時(shí)的速度可能高于額定速度，因此應(yīng)對(duì)所有永磁同步電機(jī)進(jìn)行過(guò)速測(cè)試。按照額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，即1 800 r/m 。電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)2 min ，未見(jiàn)異常。

5.6 參數(shù)對(duì)比

同步發(fā)電機(jī)升壓改造前后帶載運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)比較如表6和表7，這里分別測(cè)量記錄了2組數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了通過(guò)改變定子繞組的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓改造的方法，以海洋石油BZ26?3平臺(tái)為研究對(duì)象，將發(fā)電機(jī)電壓從3 300 V升壓至6 300 V。通過(guò)理論計(jì)算與分析對(duì)本文所使用的發(fā)電機(jī)升壓改造方法的可行性做了論證，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)制作了相應(yīng)的發(fā)電機(jī)，對(duì)改造后的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了空載測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、軸承溫度測(cè)試、短路試驗(yàn)與超速試驗(yàn)，并將改造前后的發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明升壓改造后的發(fā)電機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相應(yīng)要求，并保持了改造前的電氣要求，證明了所提出升壓改造方法的可行性與正確性。

表7 升壓改造后電機(jī)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)

參考文獻(xiàn)

[1] 王耘.海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)暫時(shí)過(guò)電壓的研究[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[2] Eckholz K， Heinzig P， Ploetner C.大型發(fā)電機(jī)升壓變壓器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].電力建設(shè)，2004，25（8）：9?11.

[3] 吳積善. 海上石油平臺(tái)同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介[J].電機(jī)與控制應(yīng)用， 1986（4）：43.

[4] 姜軍鵬.石油平臺(tái)小型透平發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真平臺(tái)研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[5] 李剛.中海油45萬(wàn)t/年合成氨裝置異步發(fā)電機(jī)投勵(lì)分析和改進(jìn)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（11）：54?56.

[6] 張國(guó)民.海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)自勵(lì)磁研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（2）：305?309.

[7] 徐詠梅，丁明華.中小型同步發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28（2）：119?121.

[8] 林澄波.同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)改造技術(shù)總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（12）：48?54.

[9] 龐紅媛.海油平臺(tái)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[10] 孫霖，劉全恩，張鳳山，等.海上平臺(tái)進(jìn)口發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的診斷及其國(guó)產(chǎn)化[J].機(jī)電工程，2011，28（10）：1287?1290.

[11] 祝志朋.現(xiàn)代實(shí)用同步發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性和調(diào)速特性與并聯(lián)運(yùn)行負(fù)載分配[J].電氣應(yīng)用，2011（3）：75?81.