通過(guò)抽真空方式排出定子繞組內(nèi)水汽的工藝?yán)碚摷胺椒?/h1>
2018-04-28 06:22:12張虹
上海大中型電機(jī) 2018年1期 關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)
張 虹
(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)
0 引言
隨著發(fā)電機(jī)容量的增加，其輸出電流也變得更大，造成繞組溫升增高，發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的熱量也是相當(dāng)大的[1-2]。這些熱量必須通過(guò)介質(zhì)傳導(dǎo)出去，否則就會(huì)損傷機(jī)組部件，造成停機(jī)等事故，影響機(jī)組正常運(yùn)行。要解決大容量發(fā)電機(jī)定子繞組溫升高的問(wèn)題，最有效的辦法是采用冷卻介質(zhì)在繞組內(nèi)部進(jìn)行直接冷卻[1]。目前發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻方式主要有兩種：氫冷和水冷，其中由于水具有良好的熱性能以及廉價(jià)、無(wú)毒、不燃、無(wú)爆炸危險(xiǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)[1]，因此絕大多數(shù)的300 MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)采用定子繞組水內(nèi)冷的冷卻方式。
通常情況下，采用定子繞組水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)試驗(yàn)后，繞組線圈內(nèi)會(huì)存有大量液態(tài)水及水蒸汽，尤其是定子繞組線圈銅排內(nèi)空間狹小，更易積存水汽，靠壓縮空氣無(wú)法完全排出。如果總裝后的汽輪發(fā)電機(jī)在保存或運(yùn)輸過(guò)程中途經(jīng)寒冷地區(qū)，繞組內(nèi)的水汽結(jié)冰后體積膨脹，會(huì)對(duì)繞組線圈造成不可修復(fù)的損傷。因此必須將定子繞組內(nèi)的水汽完全排出，才能保證發(fā)電機(jī)正常安裝使用，避免可能出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失。
對(duì)通水試驗(yàn)后的定子繞組冷卻水管路抽真空是目前最為有效的經(jīng)驗(yàn)和方法。
1 原理
如圖1所示，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子內(nèi)冷水經(jīng)勵(lì)端定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管1流入發(fā)電機(jī)，經(jīng)過(guò)勵(lì)端匯流管6后一部分流向定子線圈7，另一部分流向主引線3，內(nèi)冷水完成對(duì)定子線圈7和主引線3的冷卻后在汽端匯流管8處匯合，經(jīng)汽端定子繞組冷卻水管路5流出發(fā)電機(jī)。這一過(guò)程中冷卻水與定子繞組進(jìn)行熱交換，帶走繞組發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻。
1.定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管; 2.勵(lì)端定子繞組下部排水管; 3.主引線瓷套端子排水口; 4.汽端定子繞組下部排水管; 5.定子繞組冷卻水管路出水管; 6.勵(lì)端匯流管; 7.定子線圈; 8.汽端匯流管圖1 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組冷卻水管路示意圖
進(jìn)行總裝型式試驗(yàn)的發(fā)電機(jī)在停機(jī)后，繞組內(nèi)的低點(diǎn)及轉(zhuǎn)角等位置容易殘留水汽，并無(wú)法使用壓縮空氣完全排出。在相對(duì)恒定的溫度下，通過(guò)對(duì)定子繞組內(nèi)的密閉空間抽真空的方式可以改變定子繞組內(nèi)的壓強(qiáng)，從而降低水的沸點(diǎn)，使其內(nèi)部的水迅速汽化并抽出。
2 方法
1) 設(shè)備布置——按圖2示意圖組裝抽真空設(shè)備、管路及控制電路，將壓縮空氣管道連接到壓縮空氣進(jìn)口，將干燥空氣出口連接到定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管，并安裝壓力表。保持真空泵、冷卻水系統(tǒng)、空氣干燥器及空氣加熱器等為關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)閉冷凝器側(cè)球閥，打開空氣加熱器側(cè)球閥。
圖2 抽真空設(shè)備示意圖
2) 通氣排水——使用工具法蘭封閉定子繞組冷卻水管路出水口，定子下部所有排水口安裝球閥，進(jìn)水口接壓力表和真空度檢測(cè)表。打開定子繞組下部所有排水口閥門，打開壓縮空氣進(jìn)口閥門，向定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管內(nèi)通入壓縮空氣或氮?dú)?，使定子繞組內(nèi)水及水蒸氣經(jīng)由定子下部排水口排出。由于總裝試驗(yàn)后已進(jìn)行排水工作，此過(guò)程會(huì)比較快速。
3) 加壓排水——關(guān)閉定子繞組下部所有排水口閥門，打開空氣干燥器及空氣加熱器，通過(guò)向繞組內(nèi)通入加熱的干燥壓縮空氣或氮?dú)猓敝吝_(dá)到壓力表示數(shù)為0.2 MPa。保持壓縮空氣進(jìn)口閥門打開，快速打開勵(lì)端下部排水口放出水汽，之后關(guān)閉并快速打開，反復(fù)多次直至無(wú)明顯水汽。同樣方式依次打開繞組汽端排水口、主引線瓷套端子排水口(每個(gè)排水口排氣后需關(guān)閉以保證氣體壓力)。此過(guò)程需重復(fù)多次，直到無(wú)明顯水汽排出。
4) 抽真空——關(guān)閉空氣干燥器及空氣加熱器，關(guān)閉壓縮空氣進(jìn)口及空氣加熱器側(cè)球閥，打開真空泵側(cè)球閥。關(guān)閉定子繞組下部所有排水口閥門，檢查定子繞組排水口位置的工具法蘭及各處管路密封情況，確認(rèn)無(wú)誤后啟動(dòng)真空泵及冷卻水系統(tǒng)。抽真空開始時(shí)，定子繞組內(nèi)的真空度會(huì)迅速升高，伴隨著真空度的升高，定子繞組內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)逐漸降低，水的沸點(diǎn)也逐漸降低。當(dāng)沸點(diǎn)降至室溫時(shí)，水及水蒸氣就會(huì)汽化，隨著空氣被抽出定子繞組，并在冷凝器處經(jīng)冷卻水(溫度低于室溫)降溫后重新液化。開啟真空泵后，應(yīng)定期記錄繞組內(nèi)真空度和真空泵運(yùn)行情況。由于不可避免會(huì)有水汽進(jìn)入真空泵，如發(fā)現(xiàn)真空泵抽速降低，應(yīng)及時(shí)更換真空泵油，并打開凝結(jié)水排出口放水。當(dāng)真空泵冷凝器內(nèi)無(wú)水排出，且真空度達(dá)到10 Pa以下時(shí)，可認(rèn)為定子繞組內(nèi)基本無(wú)水汽。繼續(xù)保持真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)1h后，關(guān)閉抽真空設(shè)備，并測(cè)量定子繞組絕緣電阻，合格后抽真空結(jié)束。
3 前景
此項(xiàng)技術(shù)理論可行，操作簡(jiǎn)單，已成功應(yīng)用于多臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)輸與保存過(guò)程，并取得良好效果。推廣后可適用于各容量各類型的定子繞組水內(nèi)冷型發(fā)電機(jī)組，使其滿足寒冷地區(qū)運(yùn)輸和儲(chǔ)存的需要。
[1] 汪耕.大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.
[2] 李志強(qiáng).電機(jī)制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.
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張 虹
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0 引言
隨著發(fā)電機(jī)容量的增加，其輸出電流也變得更大，造成繞組溫升增高，發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的熱量也是相當(dāng)大的[1-2]。這些熱量必須通過(guò)介質(zhì)傳導(dǎo)出去，否則就會(huì)損傷機(jī)組部件，造成停機(jī)等事故，影響機(jī)組正常運(yùn)行。要解決大容量發(fā)電機(jī)定子繞組溫升高的問(wèn)題，最有效的辦法是采用冷卻介質(zhì)在繞組內(nèi)部進(jìn)行直接冷卻[1]。目前發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻方式主要有兩種：氫冷和水冷，其中由于水具有良好的熱性能以及廉價(jià)、無(wú)毒、不燃、無(wú)爆炸危險(xiǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)[1]，因此絕大多數(shù)的300 MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)采用定子繞組水內(nèi)冷的冷卻方式。
通常情況下，采用定子繞組水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)試驗(yàn)后，繞組線圈內(nèi)會(huì)存有大量液態(tài)水及水蒸汽，尤其是定子繞組線圈銅排內(nèi)空間狹小，更易積存水汽，靠壓縮空氣無(wú)法完全排出。如果總裝后的汽輪發(fā)電機(jī)在保存或運(yùn)輸過(guò)程中途經(jīng)寒冷地區(qū)，繞組內(nèi)的水汽結(jié)冰后體積膨脹，會(huì)對(duì)繞組線圈造成不可修復(fù)的損傷。因此必須將定子繞組內(nèi)的水汽完全排出，才能保證發(fā)電機(jī)正常安裝使用，避免可能出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失。
對(duì)通水試驗(yàn)后的定子繞組冷卻水管路抽真空是目前最為有效的經(jīng)驗(yàn)和方法。
1 原理
如圖1所示，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子內(nèi)冷水經(jīng)勵(lì)端定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管1流入發(fā)電機(jī)，經(jīng)過(guò)勵(lì)端匯流管6后一部分流向定子線圈7，另一部分流向主引線3，內(nèi)冷水完成對(duì)定子線圈7和主引線3的冷卻后在汽端匯流管8處匯合，經(jīng)汽端定子繞組冷卻水管路5流出發(fā)電機(jī)。這一過(guò)程中冷卻水與定子繞組進(jìn)行熱交換，帶走繞組發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻。
1.定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管; 2.勵(lì)端定子繞組下部排水管; 3.主引線瓷套端子排水口; 4.汽端定子繞組下部排水管; 5.定子繞組冷卻水管路出水管; 6.勵(lì)端匯流管; 7.定子線圈; 8.汽端匯流管圖1 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組冷卻水管路示意圖
進(jìn)行總裝型式試驗(yàn)的發(fā)電機(jī)在停機(jī)后，繞組內(nèi)的低點(diǎn)及轉(zhuǎn)角等位置容易殘留水汽，并無(wú)法使用壓縮空氣完全排出。在相對(duì)恒定的溫度下，通過(guò)對(duì)定子繞組內(nèi)的密閉空間抽真空的方式可以改變定子繞組內(nèi)的壓強(qiáng)，從而降低水的沸點(diǎn)，使其內(nèi)部的水迅速汽化并抽出。
2 方法
1) 設(shè)備布置——按圖2示意圖組裝抽真空設(shè)備、管路及控制電路，將壓縮空氣管道連接到壓縮空氣進(jìn)口，將干燥空氣出口連接到定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管，并安裝壓力表。保持真空泵、冷卻水系統(tǒng)、空氣干燥器及空氣加熱器等為關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)閉冷凝器側(cè)球閥，打開空氣加熱器側(cè)球閥。
圖2 抽真空設(shè)備示意圖
2) 通氣排水——使用工具法蘭封閉定子繞組冷卻水管路出水口，定子下部所有排水口安裝球閥，進(jìn)水口接壓力表和真空度檢測(cè)表。打開定子繞組下部所有排水口閥門，打開壓縮空氣進(jìn)口閥門，向定子繞組冷卻水管路進(jìn)水管內(nèi)通入壓縮空氣或氮?dú)?，使定子繞組內(nèi)水及水蒸氣經(jīng)由定子下部排水口排出。由于總裝試驗(yàn)后已進(jìn)行排水工作，此過(guò)程會(huì)比較快速。
3) 加壓排水——關(guān)閉定子繞組下部所有排水口閥門，打開空氣干燥器及空氣加熱器，通過(guò)向繞組內(nèi)通入加熱的干燥壓縮空氣或氮?dú)猓敝吝_(dá)到壓力表示數(shù)為0.2 MPa。保持壓縮空氣進(jìn)口閥門打開，快速打開勵(lì)端下部排水口放出水汽，之后關(guān)閉并快速打開，反復(fù)多次直至無(wú)明顯水汽。同樣方式依次打開繞組汽端排水口、主引線瓷套端子排水口(每個(gè)排水口排氣后需關(guān)閉以保證氣體壓力)。此過(guò)程需重復(fù)多次，直到無(wú)明顯水汽排出。
4) 抽真空——關(guān)閉空氣干燥器及空氣加熱器，關(guān)閉壓縮空氣進(jìn)口及空氣加熱器側(cè)球閥，打開真空泵側(cè)球閥。關(guān)閉定子繞組下部所有排水口閥門，檢查定子繞組排水口位置的工具法蘭及各處管路密封情況，確認(rèn)無(wú)誤后啟動(dòng)真空泵及冷卻水系統(tǒng)。抽真空開始時(shí)，定子繞組內(nèi)的真空度會(huì)迅速升高，伴隨著真空度的升高，定子繞組內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)逐漸降低，水的沸點(diǎn)也逐漸降低。當(dāng)沸點(diǎn)降至室溫時(shí)，水及水蒸氣就會(huì)汽化，隨著空氣被抽出定子繞組，并在冷凝器處經(jīng)冷卻水(溫度低于室溫)降溫后重新液化。開啟真空泵后，應(yīng)定期記錄繞組內(nèi)真空度和真空泵運(yùn)行情況。由于不可避免會(huì)有水汽進(jìn)入真空泵，如發(fā)現(xiàn)真空泵抽速降低，應(yīng)及時(shí)更換真空泵油，并打開凝結(jié)水排出口放水。當(dāng)真空泵冷凝器內(nèi)無(wú)水排出，且真空度達(dá)到10 Pa以下時(shí)，可認(rèn)為定子繞組內(nèi)基本無(wú)水汽。繼續(xù)保持真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)1h后，關(guān)閉抽真空設(shè)備，并測(cè)量定子繞組絕緣電阻，合格后抽真空結(jié)束。
3 前景
此項(xiàng)技術(shù)理論可行，操作簡(jiǎn)單，已成功應(yīng)用于多臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)輸與保存過(guò)程，并取得良好效果。推廣后可適用于各容量各類型的定子繞組水內(nèi)冷型發(fā)電機(jī)組，使其滿足寒冷地區(qū)運(yùn)輸和儲(chǔ)存的需要。
[1] 汪耕.大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.
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