水輪發(fā)電機(jī)組電動(dòng)盤車裝置設(shè)計(jì)、調(diào)試與應(yīng)用

范建立 林玉勝

（武漢泰普變壓器開關(guān)有限公司 武漢）

水輪發(fā)電機(jī)大修期間，為調(diào)整瓦間隙、測量控制導(dǎo)瓦各個(gè)方向的擺度，很多情況下需要進(jìn)行盤車，目前常用的盤車方式是采用橋式起重機(jī)通過導(dǎo)鏈滑輪組進(jìn)行，此法存在轉(zhuǎn)速不均，不能全范圍連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量達(dá)八百多噸安全風(fēng)險(xiǎn)大等不足。為此提出采用電動(dòng)盤車裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)盤車功能，同時(shí)為滿足發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)、短路特性試驗(yàn)和通流干燥等要求，增大電源部分容量，使本裝置具有一套裝置，多臺(tái)機(jī)組公用，功能全面的特點(diǎn)，適合現(xiàn)場安裝、檢修時(shí)使用。

一、電動(dòng)盤車裝置原理及系統(tǒng)組成

1.裝置原理

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，載流導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到力的作用。當(dāng)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電流，在定子三相繞組中分別按次序輪流通入直流電流，當(dāng)電流增大到足以克服轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦力時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)朝一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)的發(fā)電機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)電動(dòng)盤車裝置就是給發(fā)電機(jī)定子部分、轉(zhuǎn)子部分提供能源的可調(diào)直流電源裝置。

2.組成和接線

主要設(shè)備包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源裝置（空載試驗(yàn)、短路試驗(yàn)、干燥用）和發(fā)電機(jī)定子電源裝置（電動(dòng)盤車、干燥用）。

圖1 電動(dòng)盤車裝置接線原理方框圖

圖2 轉(zhuǎn)子電源系統(tǒng)原理圖

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源裝置由1臺(tái)隔離變壓器（勵(lì)磁變壓器）、1面可控硅全橋整流柜（1套整流電路、控制電路、測量電路等）、連接電纜等組成，其直流輸出電源連接至各臺(tái)發(fā)電機(jī)零升柜。中央控制室裝設(shè)1套遠(yuǎn)方勵(lì)磁調(diào)節(jié)、測量、控制裝置，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控操作。

發(fā)電機(jī)定子電源裝置由1臺(tái)隔離變壓器（勵(lì)磁變壓器）、1面可控硅全橋整流柜（內(nèi)含3套整流電路和測量電路、1套控制電路等）、連接電纜等組成。為可移動(dòng)式，盤車時(shí)定子電源裝置運(yùn)到某臺(tái)發(fā)電機(jī)定子出線合適位置，再通過軟電纜分別連接至電源和發(fā)電機(jī)定子出線。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子電源裝置均由400 V供電。轉(zhuǎn)子電源供電方式固定接于廠用配電室Ⅲ段母線3D4柜D抽屜630 A開關(guān)，定子電源部分采取移動(dòng)供電方式，接于最近的400 A（或以上）備用開關(guān)上，圖1為電動(dòng)盤車裝置接線原理方框圖。

二、盤車裝置技術(shù)性能、參數(shù)和主要功能

1.性能

（1）盤車速度。0.02～0.1 r/min，可調(diào)節(jié)。

（2）保護(hù)性能。具有可調(diào)節(jié)短路保護(hù)、過載保護(hù)、可控硅擊穿保護(hù)等功能。

2.參數(shù)

（1）發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子電源。①輸入電壓：三相交流400 V 50 Hz；②額定輸出電壓：直流0～300 V連續(xù)可調(diào)；③額定輸出電流：直流1250 A。可在現(xiàn)地（柜上）和遠(yuǎn)方（如中央控制室）分別進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，現(xiàn)地可監(jiān)視測量交流電源側(cè)三相電壓、電流和直流側(cè)電壓、電流等，中央控制室可監(jiān)視測量交流電源側(cè)三相電流和直流側(cè)電壓、電流等。

（2）發(fā)電機(jī)盤車定子電源。①輸入電壓：三相交流400 V 50 Hz；②額定輸出電壓：直流0～48 V連續(xù)可調(diào)；③額定輸出電流：直流2000 A。可在現(xiàn)地（柜上）進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，可監(jiān)視測量交流電源側(cè)三相電壓、電流和直流側(cè)電壓、電流等。

3.主要功能

（1）發(fā)電機(jī)定子繞組干燥功能。能對(duì)受潮發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組通直流電進(jìn)行干燥，電流可調(diào)節(jié)。

（2）發(fā)電機(jī)電動(dòng)盤車功能。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通入一定的直流電流，定子三相繞組分相依次通入適當(dāng)?shù)闹绷麟姡煽刂瓢l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子按一定速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)盤車，其主要功能如下：①盤車裝置具有通用性，可以滿足多臺(tái)發(fā)電機(jī)盤車需要。盤車時(shí)發(fā)電機(jī)定子三相繞組采用三套獨(dú)立的三相全控橋式整流電路供電，轉(zhuǎn)子繞組采用一套獨(dú)立的三相全控整流電路供電；②轉(zhuǎn)子和定子電源采用晶閘管橋式可控電路，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流和定子三相電流均可以分別連續(xù)調(diào)節(jié)，通過輪流切換定子繞組三相通電順序從而控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子快速啟動(dòng)、平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)；③盤車裝置能滿足在拆除數(shù)個(gè)磁極的情況下仍能進(jìn)行一定范圍的盤車；④盤車裝置可通過調(diào)節(jié)定、轉(zhuǎn)子電流來調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度；⑤轉(zhuǎn)子三相交流電源電流，直流電壓、直流電流等參數(shù)可遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制。圖2、圖3分別為電動(dòng)盤車裝置轉(zhuǎn)子和定子電源系統(tǒng)原理接線圖。

圖3 定子電源系統(tǒng)原理圖

三、電動(dòng)盤車裝置的調(diào)試及應(yīng)用

1.小電流負(fù)載調(diào)試

輸出端連接小電流負(fù)載，調(diào)節(jié)電流為10 A左右，試驗(yàn)調(diào)節(jié)輸出電壓、電流穩(wěn)定。

2.大電流負(fù)載試驗(yàn)

現(xiàn)場一般難以找到大電流負(fù)載，可以用發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組作負(fù)載進(jìn)行調(diào)試。具體方法是：定子、轉(zhuǎn)子電源的直流輸出端與發(fā)電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子繞組連接，調(diào)節(jié)電流為100A左右，觀察輸出電壓、電流穩(wěn)定正常，調(diào)節(jié)正常。然后調(diào)節(jié)電流至300A、500A，觀察輸出電壓、電流穩(wěn)定，調(diào)節(jié)正常即可。

（1）定子電源柜額定通流能力試驗(yàn)。在上述大電流負(fù)載試驗(yàn)正常的情況下調(diào)節(jié)每相輸出電流達(dá)到2000 A，觀察輸出電壓、電流穩(wěn)定，溫升正常，調(diào)節(jié)正常。

（2）轉(zhuǎn)子電源柜額定通流能力試驗(yàn)。在上述大電流負(fù)載試驗(yàn)正常的情況下調(diào)節(jié)輸出電流到1000 A以上，觀察輸出電壓、電流穩(wěn)定，溫升正常，調(diào)節(jié)正常。

3.盤車功能調(diào)試試驗(yàn)

在轉(zhuǎn)子回路通入500 A電流維持不變，定子回路三相均調(diào)節(jié)至600 A，手動(dòng)操作盤車按鈕無法正常啟動(dòng)，說明通入電流太小，不足以克服阻力。將轉(zhuǎn)子及定子回路三相電流均調(diào)至800 A，手動(dòng)按順序切換盤車啟動(dòng)按鈕，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能夠按規(guī)定轉(zhuǎn)向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.在5#機(jī)組上的應(yīng)用

（1）盤車前的準(zhǔn)備。①盤車前頂起轉(zhuǎn)子，在推力瓦與鏡板間注入潔凈的透平油；②各導(dǎo)軸承注入潔凈的透平油；③檢查定、轉(zhuǎn)子和葉片、轉(zhuǎn)輪室之間的間隙，確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分無接觸；④在上下導(dǎo)蓋板、水導(dǎo)罩殼、鏡板下部位，在x、y 90°方向各安裝一塊百分表；⑤上述測量擺度部位，均分8點(diǎn)并做標(biāo)號(hào)，且上下對(duì)應(yīng)一致。

（2）盤車操作。轉(zhuǎn)子電源部分是固定接線（見圖1），定子繞組的A、B、C三相分別接至圖3的直流A、B、C點(diǎn)。在分別檢查轉(zhuǎn)子和定子電源柜內(nèi)主回路及控制回路接線端子連接、主回路絕緣、盤內(nèi)通電檢查、電源變壓器繞組及鐵芯絕緣正常后按盤車技術(shù)措施分別將電動(dòng)盤車裝置的轉(zhuǎn)子和定子電源操作至盤車準(zhǔn)備狀態(tài)。投入轉(zhuǎn)子電源裝置跳5#機(jī)滅磁開關(guān)回路壓板（轉(zhuǎn)子盤車電源柜保護(hù)出口能對(duì)盤車中的發(fā)電機(jī)組滅磁開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)跳閘），在轉(zhuǎn)子盤車電源柜上，按“啟動(dòng)”按鈕，“增磁”按鈕調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為800 A。在定子盤車電源柜選相按鈕依次選擇“A、B、C相”，并依次按“增磁”按鈕，調(diào)節(jié)輸出電流至800 A，分別使發(fā)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)（如不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則增大電流，直至滿足要求，也可增大轉(zhuǎn)子電流）。用手持操作器操作，按A、B、C、A…循環(huán)進(jìn)行切換，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)某測點(diǎn)正對(duì)Y點(diǎn)時(shí)，調(diào)整各百分表對(duì)零。再按A、B、C、A…循環(huán)進(jìn)行切換，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)1/8圈（10.5個(gè)磁極）對(duì)準(zhǔn)所做標(biāo)記后停止，記錄各百分表測量數(shù)值。

（3）盤車數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。5#機(jī)組電動(dòng)盤車時(shí)，開始轉(zhuǎn)子和定子通入電流為800 A時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，增加定子電流至1200 A，轉(zhuǎn)動(dòng)速度滿足現(xiàn)場盤車要求。表1～3為5#機(jī)盤車實(shí)測數(shù)據(jù)表。

從上述數(shù)據(jù)看，電動(dòng)盤車所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，能夠真實(shí)反映水輪發(fā)電機(jī)組的安裝情況。從機(jī)組投入運(yùn)行后的實(shí)際振動(dòng)擺度情況來看，盤車的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行情況一致。

表1 5#機(jī)盤車實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/0.01mm

表2 全擺度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/0.01mm

表3 擺度統(tǒng)計(jì)計(jì)算及分析比較/mm

四、結(jié)束語

電動(dòng)盤車裝置實(shí)際上是由二套可調(diào)節(jié)大容量直流電源設(shè)備組成，裝置的定子電源電壓雖然較低，但電流都較大，一般在數(shù)千安培；轉(zhuǎn)子電源裝置實(shí)際與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置一樣，可達(dá)到250 V/1250 A，因此均采用可控硅調(diào)節(jié)。本裝置除可應(yīng)用于大型水輪發(fā)電機(jī)組電動(dòng)盤車外，還可廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)、空載特性試驗(yàn)、零起升壓（流）試驗(yàn)、短路干燥等，對(duì)發(fā)電機(jī)改造施工質(zhì)量的提高和試驗(yàn)的安全十分有利。

用電動(dòng)盤車裝置轉(zhuǎn)子電源進(jìn)行發(fā)電機(jī)零升試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)干燥、用定子電源進(jìn)行發(fā)電機(jī)干燥，使用操作簡單可靠，可較快熟練掌握應(yīng)用。但盤車操作時(shí)需要正確把握切換時(shí)間（切換時(shí)間與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān)），否則，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)倒轉(zhuǎn)。

用于電動(dòng)盤車裝置的可控硅調(diào)壓裝置由于受成本因素的限制，其可靠性指標(biāo)與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置不可比擬，且所用電子元器件如可控硅、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、PLC等由于長期不通電使用，其損壞概率反而較高；同時(shí)由于是非標(biāo)產(chǎn)品，一旦發(fā)生故障，更換元器件麻煩，檢修維護(hù)比較困難，因此其維護(hù)成本也較高，使用壽命不長。