新安江電廠6號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子溫升過高處理研究

吳歆+楊慶業(yè)

摘 要：本文對(duì)新安江電廠6號(hào)機(jī)組增容改造后轉(zhuǎn)子溫升過高的原因進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)際情況從改善通風(fēng)系統(tǒng)和磁極線圈散熱方面進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)安裝。試驗(yàn)結(jié)果表明，新安江電廠6號(hào)機(jī)的轉(zhuǎn)子溫升過高得到了大幅降低。

關(guān)鍵詞：6號(hào)機(jī) 轉(zhuǎn)子溫升過高 原因 效果驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（b）-0033-02

新安江電站6號(hào)發(fā)電機(jī)于1962年由哈爾濱電機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)，額定功率72.5MW，額定功率因數(shù)0.85，定子鐵心內(nèi)徑φ7960mm，定子鐵心長(zhǎng)度900mm，磁極鐵心長(zhǎng)度940mm。2004年，6號(hào)機(jī)組進(jìn)行了增容改造，改造后，磁極線圈為F級(jí)絕緣，由29匝62×8mm矩形裸扁銅線繞成，磁極鐵心未更換。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極普遍存在溫升偏高的現(xiàn)象，比規(guī)范值高約11.4k，雖經(jīng)多次通風(fēng)結(jié)構(gòu)完善，但仍得不到根本的解決。磁極分解檢查發(fā)現(xiàn)，線圈內(nèi)側(cè)R處的絕緣有過熱痕跡，且背風(fēng)面更為嚴(yán)重。解剖后發(fā)現(xiàn)線圈R處有毛刺，絕緣層在加工時(shí)就已受到損害，后來其他機(jī)組也出現(xiàn)同樣情況，分解檢查的結(jié)果與6號(hào)機(jī)也一致。

1 溫升過高原因分析

經(jīng)分析，認(rèn)為引起6號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子溫升過高的主要原因有以下幾個(gè)方面：（1）新安江電廠6號(hào)機(jī)磁極采用的是矩形銅排繞制的磁極線圈，在繞制過程中，線圈的4個(gè)角是圓弧繞出的，內(nèi)圓凸起，外圓減薄，所以，線圈4個(gè)角的R處溫升較高，是引起轉(zhuǎn)子溫升過高的主要原因。（2）線圈采用矩形銅排，散熱面積小，不利于通風(fēng)散熱，引起磁極迎風(fēng)面和背風(fēng)面溫差較大，是引起轉(zhuǎn)子溫升過高的關(guān)鍵原因。

2 改造技術(shù)要求

針對(duì)上述原因，為使得轉(zhuǎn)子溫升降至標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)人員決定重新設(shè)計(jì)磁極形式，改造要求如下：更換整個(gè)磁極，采用先進(jìn)的制造工藝和可靠的絕緣措施，保證磁極繞組溫升在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。磁極繞組采用帶散熱翅的銅排，盡量有效增大磁極繞組的散熱面積；磁極繞組采用四角焊接形式，降低繞制磁極線圈R處的溫升，采用四角焊接結(jié)構(gòu)的磁極繞組結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)于繞制線圈尺寸更精確，使通風(fēng)風(fēng)路更順暢。磁極極身和匝間絕緣采用“F”級(jí) Nomex紙作為對(duì)地絕緣材料，此絕緣材料性能可靠，絕緣材料耐熱溫度不低于200℃，在磁極線圈和磁極鐵心上、下端的拐角處采用“L”型附加絕緣，使磁極具用可靠和完整的絕緣結(jié)構(gòu)。四角焊接結(jié)構(gòu)的繞組外形尺寸比繞制繞組的外形尺寸更精確，使得通風(fēng)風(fēng)路更順暢，更有利于降低轉(zhuǎn)子繞組溫升。原機(jī)組采用62×8mm的矩形銅排，改造后的磁極繞組采用帶散熱翅的銅排尺寸規(guī)格為8×60/66mm，轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)為30匝。磁極繞組采用與原機(jī)組相同厚度的銅排，但銅排增加了散熱翅，帶散熱翅的銅排能夠有效增大散熱面積，有利于磁極繞組的熱量散發(fā)，采用此散熱翅的銅排后，有效散熱面積增加了1.78倍。

3 設(shè)計(jì)過程

（1）計(jì)算原理。應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，利用幾何元素和布爾運(yùn)算操作生成基本的幾何形狀，在建立實(shí)體模型同時(shí)劃分網(wǎng)格來生成節(jié)點(diǎn)和單元。在生成節(jié)點(diǎn)和單元之后，再定義面與面的接觸單元，自由度耦合及約束方程等。在溫度場(chǎng)計(jì)算中，電磁方案確定后，對(duì)計(jì)算有重要影響的就是邊界條件的確定，其中勵(lì)磁線圈選用第三類邊界條件，即流體的溫度和流體與邊界面的對(duì)流換熱系數(shù)。由于鐵心疊片、線圈股線絕緣等因素的影響，計(jì)算中考慮了材料的三維各向異性。（2）轉(zhuǎn)子三維溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。轉(zhuǎn)子的計(jì)算區(qū)域主要考慮轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)來確定，由于轉(zhuǎn)子圓周方向?qū)ΨQ，所以，取一個(gè)磁極半軸向?yàn)橛邢拊治鲇?jì)算區(qū)域，根據(jù)形成單元的需要給出所需的剖分點(diǎn)數(shù)，并完成自動(dòng)剖分.

4 轉(zhuǎn)子磁極改造后效果驗(yàn)證

檢修人員結(jié)合6號(hào)機(jī)組大修，磁極進(jìn)行了更新改造，對(duì)6號(hào)機(jī)再次進(jìn)行了溫升試驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示，6號(hào)機(jī)磁極經(jīng)過改造后，各工況下轉(zhuǎn)子溫度均在溫度限額130℃以內(nèi)，溫升均在溫升限額90K以內(nèi)。第二個(gè)試驗(yàn)工況下（有功85MW，無功42MVar）轉(zhuǎn)子最高溫度為71.35℃，最高溫升51.21K，對(duì)于限額值都有很大的裕量，其他3個(gè)工況的裕量則更大。大修改造前，轉(zhuǎn)子溫升趨勢(shì)增長(zhǎng)速率快，勵(lì)磁電流一旦超過1050A，轉(zhuǎn)子溫升便可能超過90K限額，過熱情況下長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的絕緣性能造成危害，影響發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。磁極經(jīng)過改造后，轉(zhuǎn)子繞組損耗減小，降低了發(fā)熱量，磁極的結(jié)構(gòu)變化使其進(jìn)風(fēng)量和散熱條件更得到了極大提升，溫升情況明顯改善，溫升趨勢(shì)增長(zhǎng)速率相對(duì)平緩，可長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

本文針對(duì)新安江電廠6號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子溫升過高的原因進(jìn)行了分析，并根據(jù)結(jié)果提出了改造意見和相應(yīng)的有限元計(jì)算，最終形成了降低溫升改造方案并加以實(shí)施，結(jié)果表明，6號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子溫升相較于改造之前有了大幅降低，最高溫升由原來的106.57K降低至54.03K，滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求。

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