班多水電站水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極壓板表面發(fā)熱分析及處理

侯鵬

（青海黃河水電公司班多發(fā)電分公司，青海 共和811800）

1 工程概況

班多電站位于青海省海南藏族自治州興海縣與同德縣交界的黃河干流班多峽谷出口處。電站安裝有三臺(tái)容量為120MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量360MW，年設(shè)計(jì)發(fā)電量14.12 億千瓦時(shí)。班多水電站1 號(hào)機(jī)組為SF120-52/10700 型水輪發(fā)電機(jī)，投運(yùn)于2010 年10 月，主要技術(shù)參數(shù)如下。

表1

2 存在問題

2019 年1 號(hào)機(jī)組A 級(jí)檢修中吊出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)，52個(gè)轉(zhuǎn)子磁極上、下端部的磁極壓板表面均出現(xiàn)不同程度灼傷、絕緣漆脫落情況，如圖1 中紅線圈標(biāo)示部分。

圖1 磁極壓板表面變色圖

3 從電磁角度分析磁極壓板表面發(fā)熱的原因

3.1 有限元模型

建立班多水輪發(fā)電機(jī)二維電磁場(chǎng)有限元模型，如圖2 所示，為詳細(xì)分析，將磁極壓板表面分了兩層，電機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖3 為耦合電路模型，在定轉(zhuǎn)子繞組上施加額定電流，計(jì)算磁極表面損耗情況。

圖2 磁極壓板損耗計(jì)算模型圖

圖3 電路耦合模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

3.2.1 原方案磁極表面損耗計(jì)算

采用場(chǎng)路耦合的時(shí)步有限元法對(duì)電機(jī)額定工況磁場(chǎng)進(jìn)行了分析，可以看出，正常帶載運(yùn)行時(shí)，磁場(chǎng)沿逆旋轉(zhuǎn)方向畸變，磁密較大位置的表面極易產(chǎn)生較大損耗。

圖4 磁場(chǎng)分布

圖5 極靴表面損耗分布經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，其動(dòng)態(tài)氣隙最小僅為15mm，針對(duì)此情況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖6 所示，表面損耗大小為3.5kW。

圖6 減小氣隙后磁極壓板表面損耗分布

3.2.2 優(yōu)化后表面損耗計(jì)算

將磁極壓板處的氣隙增大5mm，則磁極壓板表面損耗為0.86kW，如圖7 所示。表面損耗大幅度減小，因此，調(diào)整氣隙大小可有效減小磁極壓板表面損耗，但此時(shí)勵(lì)磁電流增加約12A。

圖7 增大氣隙后磁極壓板表面損耗分布

3.3 結(jié)論

從現(xiàn)場(chǎng)圖片可以看出，發(fā)熱部位為上下端轉(zhuǎn)子磁極壓板，疊片部分沒出現(xiàn)過熱變色現(xiàn)象，而且發(fā)熱部位為轉(zhuǎn)子直軸偏右，結(jié)合以上分析，初步判斷可能為氣隙諧波磁場(chǎng)導(dǎo)致的，其原因主要有：

3.3.1 班多水電站磁極壓板跟常規(guī)電機(jī)一樣，采用的是導(dǎo)磁導(dǎo)電的金屬實(shí)體結(jié)構(gòu)，跟磁極的疊片結(jié)構(gòu)不同，因此，氣隙磁場(chǎng)諧波極易在其表面產(chǎn)生渦流損耗，引起過熱；

3.3.2 圖8 為班多水電站水輪發(fā)電機(jī)的裝配圖，從圖8 和表1 中均可以看出，定子鐵心略長于轉(zhuǎn)子鐵心，磁極壓板正對(duì)鐵心里面，承受的是定子電樞主磁場(chǎng)的作用，加之氣隙較小，電樞磁場(chǎng)作用較強(qiáng)。

圖8 總裝圖

3.3.3 班多水輪發(fā)電機(jī)的阻尼環(huán)在磁極壓板內(nèi)，因此，在有負(fù)序運(yùn)行工況時(shí)，磁極內(nèi)由阻尼條產(chǎn)生渦流抵消負(fù)序電流的作用，而磁極壓板處則直接在其表面感應(yīng)的渦流，引起發(fā)熱。4) 最有效的方式是增大磁極壓板處的氣隙大小。

4 問題處理

根據(jù)上述分析，提出處理方案如下。

方案1：可以通過增大氣隙的方式減小磁場(chǎng)對(duì)磁極壓板的影響。由于轉(zhuǎn)子外圓可以通過墊片調(diào)整，將現(xiàn)在的外圓直徑方向減少4mm。具體工藝流程如下。

（1）將所有轉(zhuǎn)子磁極拔出，拔出磁極過程中防止碰撞。

（2）磁極回裝前檢查磁極應(yīng)平直、干凈、磁軛T 形鍵槽內(nèi)清掃干凈無雜物，檢查磁極鍵良好。

（3）根據(jù)空氣間隙測(cè)量結(jié)果，減少對(duì)應(yīng)磁極鍵墊片厚度。

（4）打入磁極鍵，要求接觸面良好，用手搖晃不動(dòng)。阻尼環(huán)處測(cè)量磁極與相鄰磁極的相對(duì)高差不超過1mm。

（5）磁極吊裝完畢后進(jìn)行轉(zhuǎn)子圓度測(cè)量，中心架轉(zhuǎn)臂重復(fù)測(cè)量圓周上任意點(diǎn)的誤差不大于0.1mm；測(cè)量部位應(yīng)有上、下兩各部位。

方案2：打磨磁極鐵芯壓板灼傷部位，用酒精清洗晾干后噴9130 絕緣漆，減少表面渦流損耗。具體工藝流程如下。

（1）使用0 號(hào)砂紙打磨磁極鐵芯壓板灼傷部位。

（2）用白布沾酒精將磁極鐵芯壓板灼傷部位表面擦拭干凈，并去除雜質(zhì)油污。

（3）在處理表面噴9130 絕緣漆，噴漆要均勻，厚度要一至。

結(jié)束語

水輪發(fā)電機(jī)磁極鐵芯壓板表面灼傷屬于常見故障，在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理時(shí)一定要仔細(xì)，需滿足電氣設(shè)備檢修工藝要求，同時(shí)要認(rèn)真分析造成磁極鐵芯壓板表面灼傷的具體原因，以便采取有效的應(yīng)對(duì)措施，防止磁極灼傷燒損事故發(fā)生。