大型水輪發電機電動盤車裝置的原理及應用

摘 要 本文介紹了水輪發電機電動盤車裝置中定子電源裝置、轉子電源裝置的原理，闡述了電動盤車裝置在現場的功能特點和工作方式，說明了電動盤車裝置在發電機改造和大修后的電動盤車試驗、空載試驗、短路干燥試驗等各項試驗中得到廣泛應用。

【關鍵詞】水輪發電機 電動盤車 大修試驗

1 概述

在水輪發電機的檢修中，特別是在大修或擴大性大修中，往往要利用盤車來研磨推力軸承軸瓦和檢查定子線圈槽楔。同時，水輪發電機轉動部件緩慢地旋轉，測量主軸的擺度及調整機組軸線。水輪機采用機械盤車速度慢、定位差、勞動強度大，特別是大型水輪發電機組，要使轉子轉動，需要很大的盤車轉動力矩。而采用電力拖動法即電動盤車裝置，就比機械盤車簡單、省力、準確。

2 電動盤車裝置配置方式

電動盤車主要設備包括發電機轉子勵磁電源裝置部分（空載試驗、短路試驗、干燥用）和發電機定子電源裝置部分（電動盤車）。

發電機轉子勵磁電源裝置部分主要用作發電機空載試驗、短路試驗、干燥試驗等。由1臺隔離變壓器、1面可控硅全橋整流柜、連接電纜等組成，設備一般固定布置在變壓器室，其直流輸出電源通過兩芯電纜連接至發電機零升柜。中央控制室裝設1套遠方勵磁調節、測量、控制裝置，可實現遠方監控操作。

發電機定子電源裝置部分由隔離變壓器、可控硅全橋整流柜（1套整流電路和測量電路、3套大電流直流開關、1套控制電路等）、連接電纜等部分組成。一般為可移動式，隔離變壓器和可控硅全橋整流柜安裝在1個柜子內，盤車時定子電源裝置由起重機吊到某臺發電機定子出線合適位置，再通過軟電纜分別連接至電源和發電機定子出線。

發電機轉子勵磁電源裝置和定子電源裝置均由廠用400V供電。就近連接至動力電源盤柜內。電動盤車裝置接線原理見圖1。

3 技術原理

載流導體在磁場中會受到電磁力的作用。當發電機轉子繞組通以恒定直流時，轉子各磁極將產生恒定磁勢IfW，從而在氣隙間及定子鐵芯上產生恒定磁通Φ。此時若定子線圈單相或多相通以直流時，定子線圈即線棒就會受到順時針（或反時針）的磁力，根據作用力和反作用力原理，轉子就會受到反時針（或順時針）的磁力，轉子也就旋轉起來。

對于水輪發電機組來說，在轉子線圈通以直流電流并產生N、S磁場，三相定子線圈分別依此通以恒定直流時，轉子就轉動起來。

3.1 定子盤車柜

盤車裝置定子柜，由三相全控橋整流器和換相器組成，換相器由三個直流接觸器和三個續流二極管組成，其目的是依次接通A、B、C定子線圈，并防止切斷A、B、C定子線圈時所產生的過電壓。三相交流電源經整流變壓器ZLB，由三相全控橋整流成直流電源。裝置布置合理，外部接線簡單，使用操作方便。

主要組成結構如圖2：總進線自動空氣開關ZK；整流變壓器；三相全控橋整流電路；由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6組成的阻容過電壓保護裝置；續流二極管D0（主要作用是防止半控橋失控）；接觸器JCA、 JCB、JCC（用于將電流分別輸出到定子A相 B相 C相）；續流二極管（主要功能是用于消除定子繞組斷流后的反電勢）。

盤車裝置定子電源柜電氣參數計算如下：盤車裝置定子部分，額定輸出1500安，最大定子直流電阻0.02413Ω，換算到75℃電阻為0.02816Ω，直流功率Pd= 63.36kVA。變壓器副邊線電壓U2=40V，考慮電纜及導線壓降，變壓器選定標準容量為80kVA。額定輸入電壓：400VAC/50Hz，定子柜輸出電壓：0～50V連續可調（DC），定子柜輸出電流：0～1500A（DC）。可在現地（柜上）進行調節控制，可監視測量交流電源側三相電壓、電流和直流側電壓、電流等。定子電源柜的直流開關采用勒諾低壓電器，其他操作器件均采用施耐德或同檔次的低壓電器，體積小、可靠性高，免維護。分流器規格2000A/75mV采用優質表計。

3.2 轉子盤車柜

盤車裝置轉子柜，由三相全控橋整流器，一個直流端過壓保護組成，滅磁由發電機勵磁柜完成。三相交流電源經整流變壓器輸出，由三相全控橋整流成直流電源，外部接線簡單，使用操作方便，緊急情況下可跳開發電機滅磁開關。

主要組成結構包括：總進線自動空氣開關ZK；整流變壓器；過壓保護器；三相全控橋整流電路；由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6組成的阻容過電壓保護裝置。

盤車裝置轉子柜技術參數如下：額定輸入電壓：400VAC/50Hz，轉子柜輸出電壓：0～300V連續可調（DC），轉子柜輸出電流：0～1250A（DC）。可在現地（柜上）和遠方（中央控制室）分別進行調節控制，現地可監視測量交流電源側三相電壓、電流和直流側電壓、電流等，中央控制室可監視測直流側電壓、電流等。

4 技術功能特點

發電機電動盤車裝置具有通用性，可以滿足多臺發電機盤車需要。定子三相繞組采用一套三相全控整流電路供電，在直流側用大電流開關進行切換的方式，轉子繞組采用一套獨立的三相全控整流電路供電。轉子電源、定子電源采用晶閘管橋式可控電路，轉子勵磁電流和定子三相電流均可以分別連續調節控制，以最佳方式達到控制發電機轉子快速啟動、平穩轉動，并且具有一定的定位精度。盤車裝置在拆除數個磁極的情況下仍能進行一定范圍的盤車要求。

整個裝置始終工作在穩流狀態下，定子柜運行方式下又可選擇“連續”、“點動”兩種換相方式。連續方式下由控制器自動換相，其換相間隔時間由盤車的電流變化自動確定。點動方式只需要在盤柜柜門或遠方控制盒上人為控制各相間的切換。

調節器設計為靜止可控硅全控橋。系統由GDE-III調節器、整流變壓器、可控硅整流及出口開關、及相關設備組成。其中調節器擬使用GDE-III 調節器采用西門子S7 200 PLC+最新數字移相觸發芯片TC787AP構成的觸發板組成，其中PLC用于采集盤車電流反饋、移相給定控制、故障保護信號輸入、故障保護信號輸出，觸發板用于同步電壓的采集及移相脈沖輸出。

盤車時轉子定位準確度25mm，盤車速度0.02～0.1轉/分。裝置具有反饋功能，能使輸出電流保持穩定。具有保護功能，輸出開接點，緊急情況下可跳開發電機滅磁開關。具有短路保護、過載保護、可控硅擊穿保護等功能，轉子柜配置直流過壓保護。具有繞組干燥功能，定、轉子電源柜均能向發電機定、轉子繞組供電進行干燥，供電電流可調節。

5 工作方式

水輪發電機電動盤車裝置始終工作在穩流狀態下，定子柜運行方式下又可選擇“連續”、“點動”兩種換相方式。連續方式下由控制器自動換相，其換相間隔時間由盤車的電流變化自動確定。點動方式只需要在盤柜柜門或遠方控制盒上即可人為控制各相間的切換。輸出電流、給定值、控制角α人機界面顯示。運行狀態指示，故障指示信號燈指示。在運行過程中，分別設有過流，過壓保護、電流限制、直流電壓輸出限制、修改參數簡單方便，掉電后數據自動保存。脈沖輸出雙層隔離及指示。換相時，控制器自動增大控制角α，以便減小輸出電流，減小對系統的沖擊。

6 結論

電動盤車裝置由兩套可控硅調節大容量直流電源設備組成，裝置的電源電壓較低，但電流都比較大，除可用于大型水輪發電機電動盤車試驗，還可廣泛用作發電機零起升壓試驗、空載試驗、短路試驗、干燥試驗等，在發電機安裝改造施工期間提高試驗效率。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 8564-2003水輪發電機組安裝技術規范[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]中國電力企業聯合會.GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[M].北京：中國計劃出版社，2006.

作者簡介

孫海龍（1975-），男，現為國網新源水電有限公司富春江水力發電廠工程師。1993年畢業于南京電力高等專科學校，從事電氣一次設備安裝維護試驗工作，近期重點研究高電壓試驗技術在發供電系統中的應用。

作者單位

國網新源水電有限公司富春江水力發電廠 浙江省桐廬縣 311504