390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁方法探討

王忠明

(廣州珠江天然氣發(fā)電有限公司，廣州 511457)

390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁方法探討

王忠明

(廣州珠江天然氣發(fā)電有限公司，廣州 511457)

針對390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤、中心環(huán)等部位被磁化問題，分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁化的原因，在退磁工期短、現(xiàn)場交流調(diào)壓器容量不足、汽輪機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)未拔出的條件下，綜合采用直流退磁法和交流退磁法對被磁化的部件分別進(jìn)行退磁處理，退磁效果良好，徹底消除了發(fā)電機(jī)軸瓦燒損、軸頸電灼傷等安全隱患。

發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；磁化；退磁處理；安全隱患

0 引言

某燃?xì)怆姀S390H型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤、中心環(huán)等部位被磁化，剩磁達(dá)90×10-4T以上。若不進(jìn)行退磁處理，繼續(xù)運(yùn)行可能會出現(xiàn)軸向電流，引起軸系振動增大、大軸發(fā)熱嚴(yán)重、軸瓦燒損或軸頸電灼傷等嚴(yán)重安全事故。

依據(jù)國能安全〔2014〕161號《防止電力生產(chǎn)事故的二十五重點(diǎn)要求》[1]，為了防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因剩磁過大而導(dǎo)致運(yùn)行中轉(zhuǎn)子設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)對發(fā)電機(jī)帶磁部位進(jìn)行退磁處理。

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，一般情況下，只要退磁工期足夠、現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)備能滿足要求，在轉(zhuǎn)子兩端護(hù)環(huán)均拔出的情況下，采用直流退磁法或交流退磁法均能達(dá)到理想的退磁效果。文獻(xiàn)[2]提供了一個汽輪機(jī)側(cè)和勵磁機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)均已拔出，整體采用直流退磁法退磁的案例。此次退磁處理有4個特點(diǎn)：剩磁不規(guī)律；汽輪機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)未拔出；現(xiàn)場交流調(diào)壓器容量不足；此前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出膛外放在金屬支墩上時，支墩也已被磁化。通過檢測轉(zhuǎn)子磁化情況，采用了直流退磁和交流退磁相結(jié)合的方法；同時，受交流調(diào)壓器容量的限制，將退磁部件劃分為數(shù)塊依次退磁，最終使各個部位的剩磁滿足正常運(yùn)行的要求。

1 390H型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子簡介

390H型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子整組在制造廠家鍛造、組裝完成，整體運(yùn)輸至使用單位。轉(zhuǎn)子由整段合金鍛鋼加工而成，全長12.176 m；勵磁機(jī)側(cè)軸徑為0.533 m，長0.711 m；汽輪機(jī)側(cè)軸徑為0.559 m，長0.698 m；護(hù)環(huán)直徑為1.219 m，長0.767 m；勵磁線圈段長約5 m，總質(zhì)量為64.4 t；額定勵磁電流為2 019 A，額定勵磁電壓為750 V。發(fā)電機(jī)的勵磁電流由靜態(tài)勵磁系統(tǒng)提供，通過碳刷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動、靜部分的能量傳遞，勵磁回路由集電環(huán)、導(dǎo)電螺釘、導(dǎo)電桿、導(dǎo)電片、引線螺釘與勵磁線圈等構(gòu)成。

2 轉(zhuǎn)子磁化原因分析

390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生間斷性接地故障后，轉(zhuǎn)子抽出膛外，放在專用金屬支墩上。經(jīng)檢測，勵磁機(jī)側(cè)軸頸、勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)、集電環(huán)、風(fēng)扇盤、汽輪機(jī)側(cè)中心環(huán)等部位被磁化，其他部位未被磁化。

分析現(xiàn)場情況可以看出，可能是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生多次不穩(wěn)定多點(diǎn)接地故障時，產(chǎn)生的軸電流經(jīng)過轉(zhuǎn)軸等部件形成閉合回路，使轉(zhuǎn)子發(fā)生環(huán)形磁化。轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定接地故障過程及檢查情況如下。

第1次。正常停機(jī)惰走過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速分別為2 200 r/min和2 000 r/min時，發(fā)生了瞬間接地故障。故障發(fā)生后，測量轉(zhuǎn)子對地絕緣、直流電阻和轉(zhuǎn)子交流阻抗，均正常。

第2次。機(jī)組再次啟動過程中，轉(zhuǎn)速升至2 950 r/min時，又發(fā)生瞬間接地故障；降速至900 r/min時，再次發(fā)生接地故障。故障發(fā)生后，測量轉(zhuǎn)子對地絕緣、直流電阻和轉(zhuǎn)子交流阻抗，均正常。

第3次。正常停機(jī)惰走至1 040 r/min時，再次發(fā)生瞬時接地故障。故障發(fā)生后，測量轉(zhuǎn)子對地絕緣、直流電阻和轉(zhuǎn)子交流阻抗，也還正常。

第4次。再次啟動過程正常，機(jī)組運(yùn)行于有功負(fù)荷240 MW，發(fā)生轉(zhuǎn)子接地故障，跳閘。機(jī)組全速空載，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置EGDM測錄轉(zhuǎn)子對地電阻為108 Ω。使用絕緣電阻表測量轉(zhuǎn)子對地絕緣為0 Ω。發(fā)停機(jī)令，當(dāng)轉(zhuǎn)速在2 575，1 790，840 r/min時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對地絕緣正常；而當(dāng)轉(zhuǎn)速在1 200，343 r/min時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子又發(fā)接地故障報警；轉(zhuǎn)速至0，盤車自投正常后，轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻亦顯示正常。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子停放在金屬支墩上，使用高斯計(jì)測量各部位的剩磁數(shù)值，表明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子已被磁化。對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子作解體檢查，發(fā)現(xiàn)外環(huán)極引線螺釘有黑色雜質(zhì)并出現(xiàn)松動，引線螺釘與導(dǎo)電桿接觸處有磨損，引線螺釘絕緣套上和轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)都有銹蝕，轉(zhuǎn)子下線槽鴿尾槽處有黑色雜質(zhì)，槽楔下墊條側(cè)面有黑色雜質(zhì)，轉(zhuǎn)子阻尼條也有電腐蝕造成的黑色雜質(zhì)。

轉(zhuǎn)子磁化的其他可能原因有：(1)汽輪機(jī)的部件屬于鐵磁體，制造廠機(jī)械加工過程中本身就被一定程度磁化，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中由于葉片與高壓蒸汽摩擦產(chǎn)生靜電，使磁化進(jìn)一步加劇[3]；(2)設(shè)計(jì)、安裝等原因?qū)е麓怕凡粚ΨQ，如定子、轉(zhuǎn)子氣隙不對稱及勵磁回路鏈接不當(dāng)?shù)萚2，4]；(3)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣試驗(yàn)也可能使其磁化[3]。

3 常用退磁方法

退磁就是周期性地改變纏繞在被磁化部件上的退磁線圈中的電流方向并逐漸減小電流，使被磁化部件沿磁化曲線回到坐標(biāo)原點(diǎn)。常用的退磁方法有直流退磁法和交流退磁法。

3.1 直流退磁法

直流退磁法通過改變直流電流的大小和方向來達(dá)到退磁目的。直流退磁可以用直流電焊機(jī)作電源，也可用調(diào)壓器和二極管組成單相橋式整流電路。此次發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁以直流電焊機(jī)為電源，試驗(yàn)接線如圖1所示。

圖1 直流退磁接線

直流退磁法的試驗(yàn)步驟。

(1)使用足夠通流面積及絕緣強(qiáng)度的試驗(yàn)導(dǎo)線作為退磁線圈，先測試被磁化部件的剩磁，再運(yùn)用式(1)初步估算線圈匝數(shù)。直流退磁法施加的最大退磁強(qiáng)度，決定磁化體本身的矯頑力，一般選擇被退磁部位剩磁最大值的4～5倍，這里取4倍。

(1)

式中：N為退磁線圈匝數(shù)；Bmax為剩磁磁場強(qiáng)度最大值；L為繞線圈的軸長；I為退磁電流。

(2)按照剩磁強(qiáng)度及方向,在需退磁的物件上繞制線圈，重要部件應(yīng)預(yù)先用絕緣材料防護(hù)，不同的部位可以考慮不同的繞線密度，多匝的繞線方向必須全部一致。

(3)首次加電流所產(chǎn)生的磁場方向要與原剩磁磁場方向相反。

(4)確定電焊機(jī)輸出電流在最小位置后合上刀閘。

(5)逐漸調(diào)大電焊機(jī)輸出電流至目標(biāo)電流值(通過測量剩磁后計(jì)算得出)，停留15s左右再逐漸將電流降至零，拉開刀閘。

(6)對原剩磁部位進(jìn)行極性和磁場測量，檢查極性是否反向。若極性反向則可將電流加至足夠；若未發(fā)生變化則需要檢查接線是否正確或進(jìn)一步加大電流直至反向。

(7)利用雙向刀閘的操作使電流反向，將電流較上一次減少10%左右，停留15s后降至零則完成了1個退磁周期。

(8)重復(fù)第2～7步，直到電流減至10A以下，使剩磁滿足要求為止。

3.2 交流退磁法

交流退磁法是利用退磁線圈中交流電流的正負(fù)交替自動實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的換向，退磁過程中，當(dāng)交流電流升至合適值后，緩慢均勻降至零，實(shí)現(xiàn)帶磁部位的退磁。試驗(yàn)接線如圖2所示。

圖2 交流退磁接線

3.3 退磁方法的選擇

使用直流退磁法時，導(dǎo)磁體所繞線圈不存在電抗，線圈內(nèi)施加一定的電流所需的電壓很低，所需電源容量也小，但需要反復(fù)改變電流的方向。因該方法退磁效率低，故一般只在交流退磁電源容量不夠時采用。

交流退磁法由于電流自動改變方向，相比于直流退磁法退磁效率更高。交流電流加在有鐵芯的退磁線圈上，感應(yīng)電壓較高，因此要求電源容量較大。在同樣的剩磁下，橫截面大的部件退磁時要求電源變壓器的容量也大，因此橫截面大的部件通常用直流退磁法[3，5]，即若所使用的電源變壓器無法滿足該部件退磁要求，則需采用直流法進(jìn)行退磁。

此次退磁試驗(yàn)過程中，根據(jù)帶磁部位的大小、剩磁情況以及現(xiàn)場交流電源情況選用了適宜的退磁方法。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)軸向先采用了直流退磁法，后采用交流退磁法；勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)徑向采用了交流退磁法；汽輪機(jī)側(cè)中心環(huán)軸向采用了交流退磁法；軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤等均采用直流退磁法。另外，軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤等在直流退磁的基礎(chǔ)上，又采用了鐵柱繞線后吸附的方法，如圖3所示。

圖3 風(fēng)扇盤退磁

4 退磁處理

退磁前使用高斯計(jì)全面測量轉(zhuǎn)子各個部位的剩磁強(qiáng)度及方向。測量點(diǎn)用彩筆做好記號，有針對性地開展退磁工作。在退磁過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子金屬支墩也已被磁化，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修后的試驗(yàn)還需要在金屬支墩上進(jìn)行，故先將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子放置在枕木上再對金屬支墩進(jìn)行了退磁處理。退磁過程中整體線圈繞線如圖4所示。

圖4 退磁線圈繞線示意

4.1 勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)退磁

勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)的剩磁存在軸向分量和徑向分量，勵磁機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)已拔出，中心環(huán)裸露，現(xiàn)場允許對其分別進(jìn)行軸向和徑向退磁。處理前、后中心環(huán)各個部位剩磁強(qiáng)度見表1。

在中心環(huán)附近大軸表面圍繞大軸繞制合適匝數(shù)的退磁線圈(如圖4中線圈B-b所示)，按照直流退磁法的第2～8步進(jìn)行直流退磁操作，退除中心環(huán)軸向剩磁，再使用交流退磁法進(jìn)一步退磁。

在中心環(huán)表面圍繞中心環(huán)繞制合適匝數(shù)的退磁線圈(如圖4中線圈C-c和圖5所示)，使用交流退磁法進(jìn)行徑向退磁操作。

4.2 勵磁機(jī)側(cè)軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤退磁

勵磁機(jī)側(cè)軸頸、滑環(huán)、風(fēng)扇盤的退磁采用直流退磁法，在軸頸、滑環(huán)表面繞制合適匝數(shù)的退磁線圈(如圖4中線圈A-a所示)，按照直流退磁法的第2～8步重復(fù)退磁操作之后，勵磁機(jī)側(cè)軸徑剩磁強(qiáng)度最高達(dá)4×10-4T，再采用多個鐵柱繞線后多次吸附后移開的方法(如圖3所示)，最終剩磁強(qiáng)度減至2×10-4T以下。處理前、后各個部位剩磁強(qiáng)度見表1。

4.3 汽輪機(jī)側(cè)中心環(huán)退磁

受勵磁機(jī)側(cè)軸頸等部位退磁的影響，汽輪機(jī)側(cè)中心環(huán)剩磁強(qiáng)度已有所降低，但由于汽輪機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)未拔出，故無法進(jìn)行徑向退磁。采用交流退磁法對汽輪機(jī)側(cè)中心進(jìn)行軸向退磁(如圖4中線圈B-b所示)。處理前、后中心環(huán)各個部位剩磁強(qiáng)度見表1。

4.4 金屬支墩退磁

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出膛后，為了進(jìn)行接地故障的檢查和試驗(yàn)，放在了金屬支墩上。在退磁的開始階段，風(fēng)扇盤、滑環(huán)處的剩磁始終有20×10-4T以上。不管采用何種方法，退磁效果都不理想，后經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，金屬支墩的剩磁最高達(dá)20×10-4T。將轉(zhuǎn)子移至枕木上，再先后采用直流退磁和交流退磁方法對金屬支墩進(jìn)行退磁，最終剩磁為2×10-4T，如圖6所示。

圖5 中心環(huán)徑向退磁 圖6 金屬支墩退磁

5 退磁結(jié)果分析

此次390H發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁盡管受到工期短、現(xiàn)場交流調(diào)壓器容量不足、汽輪機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)未拔出等條件的限制，由于綜合采用了直流退磁法和交流退磁法，其退磁效果還是滿足了要求，退磁處理前、后的測量點(diǎn)；(3)靠近勵磁機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)子軸頸側(cè)的滑環(huán)為內(nèi)滑環(huán)，另一側(cè)為外滑環(huán)。

表1 轉(zhuǎn)子退磁前、后實(shí)測數(shù)據(jù) ×10-4 T

注：(1)中心環(huán)靠近滑環(huán)的一側(cè)規(guī)定為中心環(huán)的外側(cè)，靠近轉(zhuǎn)子鐵芯的一側(cè)規(guī)定為中心環(huán)的內(nèi)側(cè)；(2)編號1～12的點(diǎn)為隨機(jī)選取的實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，退磁處理后的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁機(jī)側(cè)軸頸、滑環(huán)和風(fēng)扇盤等部位剩磁均不大于2×10-4T，但由于缺少專業(yè)的交流退磁設(shè)備、現(xiàn)場交流調(diào)壓器容量不足以及汽輪機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)未拔出的條件下無法對整臺發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行整體退磁，勵磁機(jī)側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)中心環(huán)處的剩磁無法降至10×10-4T以下。

經(jīng)查閱資料[6]，剩磁超過10×10-4T對發(fā)電機(jī)運(yùn)行造成影響不是絕對的，并且剩磁會隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度的升高而減弱?！斗乐闺娏ιa(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第10.4.2款明確規(guī)定，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸承、軸瓦發(fā)生磁化(參考值：軸瓦、軸頸大于10×10-4T，其他部件大于50×10-4T)應(yīng)進(jìn)行退磁處理。由此可以得出結(jié)論：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁機(jī)側(cè)軸頸、滑環(huán)和風(fēng)扇盤等部位剩磁均不大于2×10-4T，只要不是部件大部分區(qū)域剩磁超過10×10-4T，局部區(qū)域剩磁稍大于10×10-4T，不會影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

6 結(jié)束語

目前，國內(nèi)尚未見390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁處理案例的報道。在無實(shí)際退磁經(jīng)驗(yàn)的情況下，根據(jù)收集的資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)施退磁是可行的。退磁的難點(diǎn)在于如何正確選擇退磁方法，現(xiàn)場采用交、直流退磁法相結(jié)合的方法，其結(jié)果令人滿意。

由于勵磁機(jī)側(cè)護(hù)環(huán)已拔出，選擇首先對勵磁機(jī)側(cè)中心環(huán)進(jìn)行退磁，其退磁完成后，汽輪機(jī)側(cè)的剩磁相對大幅度減少。

此次轉(zhuǎn)子退磁，因開始時忽略了金屬支墩也被磁化，使得前期退磁工作進(jìn)展緩慢，建議今后再做退磁工作前先將轉(zhuǎn)子放置于枕木上。

此次退磁工作實(shí)施后，機(jī)組啟動后發(fā)電機(jī)軸電流、密封油油溫、振動、運(yùn)行聲音等各項(xiàng)參數(shù)正常，證實(shí)了退磁方案可行，退磁達(dá)到了預(yù)期的效果，消除了發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的一項(xiàng)安全隱患。

[1]國能安全〔2014〕161號.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[Z].

[2]張寶奎,王健軍,喬永麗.300 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁方法探討[J].東北電力技術(shù),2009，30(6):39-41.

[3]盧獻(xiàn)國.大型汽輪發(fā)電機(jī)組的磁化及退磁[J].華中電力，1993(1):25-29.

[4]于蘭英,高安芹.汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓及大軸磁化故障分析對策[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2000,3(1):67-69.

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[6]余智,莫海.大容量汽輪發(fā)電機(jī)組的退磁處理及探討[C]//中國電機(jī)工程學(xué)會.2012年中國電機(jī)工程學(xué)會年會論文集，2012:98-100.

(本文責(zé)編：劉芳)

2016-08-23；

2017-03-01

TM 311

B

1674-1951(2017)03-0021-04

王忠明(1981—)，男，海南臨高人，工程師，工學(xué)碩士，從事燃?xì)怆姀S電氣專業(yè)技術(shù)管理工作(E-mail:34728201@qq.com)。