利用電站主變對(duì)農(nóng)村小水電發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行烘干

金永琪

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

1 研究綜述

浙江省小水電資源十分豐富，小水電是全省農(nóng)村的重要能源，全省山多雨多,山能資源比較豐富，500 kW及以下的農(nóng)村小水電站有3 000多座，大多為村集體或個(gè)人投資建造，電站的防洪能力較低，遇到臺(tái)風(fēng)季節(jié)，容易引起低壓水輪發(fā)電機(jī)定子繞組遭到洪水浸泡，從而使發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻下降到0，為了減少洪水造成損失，急需對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行烘干處理。農(nóng)村小型水輪發(fā)電機(jī)定子線圈受潮后的干燥處理方法一般有3種方式：三相短路干燥法、自然空氣干燥法、通以直流電干燥法。①三相短路干燥法:將發(fā)電機(jī)出線三相短路，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組到額定轉(zhuǎn)速，逐步調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流（勵(lì)磁功率由廠用電提供），使發(fā)電機(jī)定子短路電流升至額定電流的80%～90%，利用旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁與發(fā)電機(jī)定子繞組中產(chǎn)生短路電流而發(fā)熱進(jìn)行干燥，主要用于暫停運(yùn)行一段時(shí)間的發(fā)電機(jī)出現(xiàn)絕緣降低時(shí)，采用這種方法,該方法技術(shù)成熟，安全可靠。②自然空氣干燥法：?jiǎn)?dòng)水輪機(jī)，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，用自然冷風(fēng)將發(fā)電機(jī)內(nèi)潮氣吹掉。這樣，干燥的時(shí)間必然很長(zhǎng)。為縮短烘干時(shí)間，可在發(fā)電機(jī)的進(jìn)風(fēng)口裝設(shè)電爐或其他電熱設(shè)備，以增加發(fā)電機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度。③通以直流電干燥法：將發(fā)電機(jī)定子繞組接成開口三角形，將直流電焊機(jī)作為干燥電源，直接將電流通入定子繞組內(nèi)，以電流通過(guò)繞組的發(fā)熱來(lái)進(jìn)行烘干，烘干電流的大小，一般不超過(guò)發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流。

2 應(yīng)用案例

2.1 應(yīng)用背景

大昆水電站位于嵊州市西部長(zhǎng)樂(lè)江支流大昆江上，集雨面積25 km2,設(shè)計(jì)水頭73 m,流量0.55 m3/s,裝機(jī)容量285 kW(160 kW+125 kW)，1989年5月建成投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行30年之久，設(shè)備絕緣老化較嚴(yán)重，受到2019年8月10日第9號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的影響，特大洪水襲擊了該電站，導(dǎo)致洪水進(jìn)入廠房，造成2臺(tái)發(fā)電機(jī)受淹，使發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心全部繞組浸入水中。洪水過(guò)后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)有大量泥漿、雜草等，發(fā)電機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)。為及早恢復(fù)電站生產(chǎn)，減少經(jīng)濟(jì)損失，必須及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行烘干處理(吊出轉(zhuǎn)子)。由于發(fā)電機(jī)浸泡水中的時(shí)間較長(zhǎng)(約5 h)，在開展災(zāi)后搶修工作中，如何解決發(fā)電機(jī)定子繞組干燥問(wèn)題，有2種解決方案：1是將發(fā)電機(jī)運(yùn)回廠家進(jìn)行修理。據(jù)估算至少需要15 d左右的時(shí)間，由于正值汛期，不僅修理費(fèi)用高而且還影響整個(gè)電站的搶修進(jìn)度，錯(cuò)過(guò)汛期發(fā)電的大好時(shí)機(jī)。2是采用現(xiàn)場(chǎng)烘干處理。經(jīng)過(guò)對(duì)烘干處理方案充分論證后，認(rèn)為目前的定子繞組已不能采用三相短路烘干方法來(lái)進(jìn)行干燥。另外由于大昆電站處于山區(qū)，交通不便，烘干設(shè)備如大電流發(fā)生器等一時(shí)難以找到，采用發(fā)電機(jī)外部熱風(fēng)吹干燥法效果不佳。為充分利用水電站自身設(shè)備，節(jié)約處理成本，提高工作效率。決定利用電站主變用作大電流發(fā)生器對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行烘干處理。

2.2 烘干方法及步驟

2.2.1 清洗定子及鐵心

首先拆開發(fā)電機(jī)端蓋、通風(fēng)口，把淤積在發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子間隙的泥沙、灰塵等用低壓水龍頭直接沖洗干凈，避免用木棍及其他較硬的東西撬、摳，以免損傷定子繞組。定子、轉(zhuǎn)子間隙初步清洗干凈后，及時(shí)將轉(zhuǎn)子抽出，再用水龍頭仔細(xì)把機(jī)架、鐵心、通風(fēng)口、繞組及端部清洗干凈，然后用干凈的白沙布擦干凈，再用2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)從不同的角度對(duì)定子吹12 h以上，待其表面水分蒸發(fā)干燥后。用白沙布沾上工業(yè)酒精清洗鐵心及繞組表面的油污，搶修人員要注意個(gè)人防護(hù)，必要時(shí)戴防護(hù)用品，用這種方法反復(fù)清洗幾遍，吸附在鐵心、繞組表面的油污可清洗干凈。在清洗過(guò)程中一定要仔細(xì)、認(rèn)真、耐心，注意不得使硬物和利器損傷發(fā)電機(jī)線圈繞組。

2.2.2 電站主變烘干發(fā)電機(jī)接線圖

自備TSGC2－6三相調(diào)壓器1臺(tái)，容量為6 kVA，輸入電壓為（380±10%）V，輸出電壓為0～430 V，輸出電流8 A；三相調(diào)壓器的容量可根據(jù)SN=KK3I2R（VA），KK為可靠系數(shù)取3～4倍，主要考慮烘干消耗的功率和主變損耗的功率，I為最大烘干電流，R為發(fā)電機(jī)定子繞組直流電阻。HK2－16/3三相閘刀一把，輸出電流為16 A，額定電壓380 V；配備少量連接線。按以下順序進(jìn)行接線：①拆下發(fā)電機(jī)出線電纜，將定子繞組接成開口三角形。②斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的電源線，將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁三相橋式整流裝置的交流電源輸入端接于發(fā)電機(jī)出線電纜。③將三相橋式整流裝置直流輸出端接于發(fā)電機(jī)定子繞組開口三角形的兩端。④將調(diào)壓器輸出端接入主變高壓側(cè)(斷開主變高壓側(cè)跌落式熔斷器，并做好安全措施)，調(diào)壓器輸入端接380 V廠用電，用三相閘刀控制電源通斷，接線如圖1所示。原一次設(shè)備如：隔離開關(guān)、空氣開關(guān)等均保持電氣連接。同時(shí)，發(fā)電機(jī)控制盤內(nèi)的三相電流表、勵(lì)磁電流表(可反映定子繞組烘干電流值)都能正確反映烘干全過(guò)程。如圖1所示。

圖1 電站主變壓器烘干發(fā)電機(jī)定子接線示意圖

2.2.3 接線原理分析(以125 kW發(fā)電機(jī)為例)

烘干接線圖上的主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)，主變1T:額定容量400 kVA，變比10 kV/0.4 kV，高壓側(cè)電流18.5 A，低壓側(cè)電流462 A，短路電壓百分比4.69%，Y/Yo-12接線方式；發(fā)電機(jī)1G:額定功率125 kW，額定電壓400 V，額定電流225 A，額定勵(lì)磁電壓31 V，額定勵(lì)磁電流124 A，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，功率因素0.8，Y接線方式。

從圖1接線圖分析可知，加在主變高壓側(cè)的電壓為0～400 V，則低壓側(cè)電壓約為0～16 V,如低壓側(cè)電壓直接送入發(fā)電機(jī)定子繞組，由于發(fā)電機(jī)阻抗較大，產(chǎn)生的電流較小，達(dá)不到繞組烘干的要求。為此，將主變低壓側(cè)電源送給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流器，然后將整流后的直流電流送入發(fā)電機(jī)定子繞組。因定子繞組的直流電阻很小(經(jīng)實(shí)測(cè)為0.029 Ω/相)，從電力電子技術(shù)知識(shí)可知，勵(lì)磁整流橋輸出電壓Ud=1.35U2，U2為主變低壓側(cè)線電壓；勵(lì)磁整流橋輸出的輸出電壓：Ud=3IR=3×0.029×124=10.8 V，此時(shí)U2控制在8 V左右即可。在烘干過(guò)程中，通過(guò)三相調(diào)壓器嚴(yán)格控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流橋輸出電流不超過(guò)額定勵(lì)磁（124 A），此電流約占發(fā)電機(jī)定子額定電流的55%，因此本接線方案能夠滿足定子繞組需要大電流的烘干要求。

2.2.4 烘干過(guò)程

（1）正確接線并做好保溫措施。按照?qǐng)D1接線圖并檢查無(wú)誤后，用2層塑料薄膜把整個(gè)定子全部蓋住，并在頂部開1個(gè)20 cm見方的孔方便潮氣排出。合上發(fā)電機(jī)控制盤內(nèi)的隔離開關(guān)1QS、空氣開關(guān)1QF。

（2）在定子繞組上安裝酒精溫度計(jì)。在烘干過(guò)程中，為了能夠全面測(cè)量定子繞組的溫度，在定子圓周均勻設(shè)置6個(gè)溫度觀測(cè)點(diǎn)，安放位置從鐵心外圓通風(fēng)槽直接插入，盡量貼近繞組，這樣所測(cè)得的溫度比實(shí)際繞組內(nèi)部的溫度低10 ℃左右，以實(shí)測(cè)溫度加上10 ℃左右溫差作為發(fā)電機(jī)絕緣所允許的最高溫度。

（3）通電操作過(guò)程。合上三相電源刀閘，緩緩調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器，并操作發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，觀察送入發(fā)電機(jī)定子繞組的烘干電流(發(fā)電機(jī)控制盤內(nèi)勵(lì)磁電流表)，開始時(shí)，控制烘干電流為發(fā)電機(jī)額定電流的25%（56 A），烘干4 h左右。

（4）烘干溫度控制。經(jīng)發(fā)電機(jī)額定電流的25%為烘干電流進(jìn)行通電干燥后，無(wú)異常，電流升到接近最大安全電流（124 A），進(jìn)行烘干。這時(shí)，由于定子電流加大，且發(fā)電機(jī)風(fēng)道堵塞，發(fā)電機(jī)溫度將很快上升，因此應(yīng)密切監(jiān)視發(fā)電機(jī)的溫度變化，把發(fā)電機(jī)的溫度控制在75 ℃左右(用手觸摸定子鐵心感到熱而不燙，即酒精溫度計(jì)的溫度控制在65 ℃左右)。也可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)通風(fēng)道通氣孔的大小或調(diào)節(jié)供給主變電源的調(diào)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組烘干電流的大小，從而達(dá)到控制溫度的目的。

（5）定期測(cè)量發(fā)電機(jī)絕緣。在烘干過(guò)程中，每隔4 h測(cè)量絕緣電阻一次，當(dāng)測(cè)得定子熱態(tài)狀態(tài)下的絕緣電阻為0.5 MΩ及以上時(shí)，說(shuō)明絕緣已經(jīng)滿足要求，即告烘干完畢。

（6）烘干完畢后(本次烘干約48 h，再加上前期的拆裝、清洗、風(fēng)吹等共計(jì)4 d左右時(shí)間)；然后用同樣方法烘干160 kW發(fā)電機(jī)。最后恢復(fù)發(fā)電機(jī)組、主變壓器的接線，發(fā)電機(jī)組即可投入正常試運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

由于山區(qū)小水電站烘干裝備比較簡(jiǎn)陋，可以將主變用作大電流發(fā)生器對(duì)發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行烘干處理, 通過(guò)對(duì)被洪水浸泡過(guò)的發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)干燥并取得成功，達(dá)到以下目的。①解決山區(qū)小水電站一般無(wú)大電流發(fā)生器配備的實(shí)際問(wèn)題；②解決山區(qū)小水電站交通不便所帶來(lái)采辦搶修物資之困難；③充分利用電站自身設(shè)備進(jìn)行烘干處理，節(jié)約檢修成本；④操作簡(jiǎn)單、安全可靠。烘干全過(guò)程可參照正常發(fā)電時(shí)的操作步驟進(jìn)行操作、全程監(jiān)控發(fā)電機(jī)定子繞組烘干電流；⑤工作效率高?？s短電站停機(jī)時(shí)間，減少電站停機(jī)而造成的電量損失，尤其是徑流電站，其效果更為明顯。利用電站主變對(duì)發(fā)電子定子繞組烘干方法可以推廣使用。