水輪發電機磁軛熱打鍵鐵損加熱計算的探討

唐鵬程

（中國水利水電第三工程局有限公司制造安裝分局，陜西 安康 725000）

水輪發電機磁軛熱打鍵鐵損加熱計算的探討

唐鵬程

（中國水利水電第三工程局有限公司制造安裝分局，陜西 安康 725000）

大中型水輪發電機運行時由于巨大的離心力作用，使磁軛與輪臂間的徑向變形增大。冷打鍵的方式，已無法保證運行時所需緊量，會使磁軛與輪臂產生分離，導致機組產生過大的振動和擺度。因此，在機組安裝過程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產生一個預緊量，以抵消運行時的變形增量。根據在多個電站的實踐經驗，對鐵損加熱的計算公式進行修正，使計算結果更接近實際，為同類工程的施工以資借鑒。

水輪發電機；磁軛熱打鍵；鐵損加熱；激磁繞組

大中型水輪發電機的轉子，在運行中由于巨大的離心力作用，使磁軛產生直徑增大的彈性變形，只靠冷打鍵的方式，已無法保證運行時所需緊量，會使磁軛與輪臂產生分離。不僅會使機組產生過大的振動和擺度，而且還有可能使輪臂掛鉤因受沖擊而斷裂，造成嚴重事故。因此在裝配時，需要將磁軛加熱膨脹，使磁軛與輪臂之間產生間隙，按要求再將磁軛鍵打入一定的深度。依靠這種預緊量，保證轉子在運行中磁軛與輪臂不產生分離現象。

1 常用熱打鍵磁軛加熱方法及各自優缺點

（1）銅損法∶利用已安裝的磁極繞組線圈，將它們串連起來通以直流電，通入的電流約為額定電流的50%～70%，使磁極線圈升溫加熱，將熱量傳導給磁軛，這種加熱方式較為簡便，既干燥了極磁又加熱了磁軛。但因加熱溫度受磁極線圈絕緣等級的限制。同時，磁軛的加熱是靠傳導，加溫時間較長，使輪臂與磁軛不易產生較大溫差，即磁軛與輪臂之間不容易出現較大間隙。這種方式一般在計算溫差不大于30℃時使用。

（2）鐵損加熱法∶磁極掛裝前，在磁軛外圓上順次繞上線圈，通入交流電，使磁軛內部產生鐵損發熱。這種方式加熱速度快，易使磁軛與輪臂產生溫差，但繞線工作量大，它適用于大中型水輪發電機的磁軛加熱。

（3）電加熱法∶在磁軛底部及通風溝內或鳩尾槽內加裝特制的電爐，通電后可使磁軛較快地加熱，這種方式簡單，但加熱時間長，輪臂升溫膨脹較大。

（4）遠紅外法∶利用遠紅外線電阻片烘烤磁軛。遠紅外線電阻片熱能以電磁波的形式輻射出來，集中照射在磁軛上。具有熱能損耗小加溫速度快，效率高的優點。但遠紅外線電阻片價格昂貴，而磁軛加溫時所需要的數量多。電阻片上的遠紅外涂料容易損壞，可重復使用的比例少，故投資大、成本高。

（5）綜合法∶綜合法就是把上述任意兩種方式結合起來使用，通常為銅損法加電熱法或鐵損法加電熱法。

2 磁軛熱打鍵鐵損加熱法計算

鐵損加熱法就是在磁軛的外圓周上繞以激磁繞組，通入工頻電流進行激磁，使磁軛內部產生鐵損而發熱，整個磁軛用石棉布或篷布保溫。鐵損加熱法由于無明火，安全可靠，因此被廣泛采用。

有關鐵損加熱法的計算，激磁繞組加電壓方式，不少書中都有介紹，其形式各異，結果也相差較大，往往需經多次調整改進，因此工作量較大。經過多個電站機組的磁軛加熱理論計算與實際加熱時的實測數據進行分析比較，對部分公式進行了修正，使計算結果比較接近實際。

（1）根據磁軛脹量求磁軛應高于輪臂的溫升，供加熱時判斷脹量值是否達到要求。

表1

3 電站實際參數計算

湖北潘口電站、湖北白水域電站、陜西城固白果樹電站的水輪發電機磁軛各參數見表2，磁軛熱打計算結果見表3。cosφ計算時取0.6，預計加熱時間均按8h計算。

表2

表3

4 接線方式與實測數據分析

潘口電站首臺機組安裝時，磁軛加熱計算的激磁電流為1279A，對應加熱的絕對溫差為35.8℃，激磁電壓為380V，繞組由5個支路并聯而成，各支路分別在磁軛上均勻纏繞后并聯在一起，送電后測量各支路電流相差竟達60%左右，接線方式見圖1所示。電流較大的支路，導線產生過熱現象，此現象是因為處于磁軛不同位置的激磁繞組，漏磁通及繞組本身電阻不相同而造成，且與繞組匝間的疏密程度有關。考慮到上述原因后繞組布置改為如圖2所示，將5個繞組支路并聯改為5根并繞，通電后測量各支路的電流相對平衡，為縮小上下端的溫差，施工時將激磁繞組在磁軛柱上均勻纏繞改為從上到下逐漸加密纏繞。

圖1

圖2

磁軛熱打鍵加熱實測數據見表4，激磁繞組實際匝數比計算值少10%左右，這同實測端電壓值相對應。通過對實測數據的分析比較得出∶單位質量磁軛加熱的熱功率消耗同磁軛的質量成反比，20～200 MW機組磁軛加熱計算可用0.8～1.3W/kg進行校驗計算功率值。同時說明磁軛質量不同，在保溫措施相同的情況下保溫系數選取應有所不同。

表4

5 結語

機組在安裝過程中用熱打鍵的方法，使磁軛與輪臂之間產生一個預緊量，以抵消運行時的變形增量，保證轉子在運行中磁軛與輪臂不產生分離現象。鐵損加熱法依靠激磁繞組產生的軸向磁通，圓周方向渦流使磁軛內部鐵損發熱，溫度上升迅速且均勻，無明火。因此實際施工中應用較多。

通過對計算公式的修正，使得理論計算更接近實際情況，減少了施工中調整激磁繞組的工作量；施工時將激磁繞組在磁軛柱上均勻纏繞改為從上到下逐漸加密纏繞，對縮小上下端的溫差有良好效果。經實測數據的分析比較，總結出單位質量磁軛加熱的熱功率消耗同磁軛的質量成反比，20～200MW機組磁軛加熱計算用0.8～1.3W/kg進行校驗計算功率值。

[1]盛國林.水輪發電機組安裝與檢修[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]林亞一.水輪發電機組的安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]DL/T 5230-2009水輪發電機轉子現場裝配工藝導則[S].

[4]傅元初.水輪發電機轉子磁軛熱打鍵[J].水電站機電技術，1983（03）：1-16.

TK730.6

A

1672-5387（2014）02-0001-03

2014-01-13

唐鵬程（1968-），男，高級工程師，從事電氣設備的安裝及調試工作。