現場拆裝TBB-1000-2Y3型發電機轉子護環用感應加熱電源的設計與應用

王聲學

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現場拆裝TBB-1000-2Y3型發電機轉子護環用感應加熱電源的設計與應用

王聲學

（中核集團江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

某核電站一期工程汽輪發電機為圣彼得堡電力工廠生產的TBB-1000-2Y3型隱極式同步發電機。該型號發電機轉子自2007年投入商運以來，出現絕緣問題較多。文中對轉子繞組絕緣缺陷處理的前期準備，即從護環的拆裝方法、電源的選取設計等入手進行了介紹。設計了一種全新單相全絕緣變壓器解決了核電站現場無拆裝護環用非標電源的技術難題，同時總結了感應加熱法的經驗，供相關人員參考。

隱極式同步發電機；轉子；護環；感應加熱法

0 前言

中核集團某核電站一期工程汽輪發電機為圣彼得堡電力工廠生產的TBB-1000-2Y3型俄供隱極式同步發電機，主要參數見表1。該型號發電機轉子自該核電站2007年投入商運以來，一直存在絕緣波動現象，出現絕緣問題較多，運行中最低絕緣電阻僅為0.509MΩ，接近制造廠允許正常值0.5MΩ的標準要求[1,2]。甚至在T104大修期間，出現了轉子繞組1000V交流耐壓試驗未通過的現象。因此，當轉子繞組出現絕緣缺陷時，就需要拆除護環并進行檢修處理。

表1 某核電站一期工程發電機參數

1 拆裝轉子護環的加熱方法

轉子護環是采用熱套的方法安裝到轉子上的，所以拆裝護環時也需要采用對護環加熱的方法。發電機護環拆裝加熱的方法主要有明火加熱法、電熱絲加熱法和感應加熱法[1]。

明火加熱法是采用乙炔火把的形式對護環進行加熱。對操作人員技能要求較高，需要保證加熱均勻。對于大型機組，由于護環較厚，同時表面積也較大，很難做到表面加熱均勻，且明火加熱法對護環存在較大的損傷風險，因此該方法不適用于大型機組。

電熱絲加熱法是采用在護環表面覆蓋電熱絲的方法進行加熱。該加熱法同樣是在護環表面進行加熱，采用熱傳導的原理將熱量傳遞到護環內部，因此對于大型機組也存在護環表面溫度已經很高，而內部溫度卻達不到要求的問題。

感應加熱法利用的是導體內渦流損耗發熱的原理，即在護環表面纏繞一組鋼性或撓性感應線圈[3]，當線圈中通入交變電流時，會產生交變的電磁場。交變的電磁場會在護環上產生感應電動勢，從而產生渦流損耗，護環溫度逐漸升高。該法加熱均勻，對護環的損傷較小。

由上述分析可知，明火加熱法和電熱絲加熱法均不適用于TBB-1000-2Y3型發電機轉子護環的加熱拆裝。對于感應加熱法，鋼性加熱線圈可以避免纏繞線圈過程，適用于經常性的拆裝護環場合，因此在電機制造廠應用較多；對于電廠，則撓性加熱線圈較適用[3]。

對于感應加熱法，護環中渦流滲透深度的計算公式通常用式（1）表示[4]：

式中：——常數，為5.033；

——頻率，Hz；

μ——護環的相對磁導率。

TBB-1000-2Y3型機組轉子護環參數見表2。將參數代入式（1）計算可得，感應渦流在護環中滲透的深度為56.78～63.66mm，小于護環厚度95.65mm?？梢姼袘€圈產生的渦流損耗主要集中在護環外表面至約2/3位置，不會對轉子端部繞組產生影響。因此，感應加熱法適用于TBB-1000-2Y3型機組轉子護環的加熱。

表2 TBB-1000-2Y3型發電機轉子護環參數

2 護環用加熱電源的選擇與設計

2.1 加熱電源方案的選擇

表3為廠家提供的發電機轉子護環拆裝參數要求。根據廠家要求，護環的拆裝時間要求為40~50min，若采用感應加熱法拆裝發電機轉子護環則需要電壓125V左右，容量不小于160kVA的大容量電源，但是電站現場汽輪發電機廠房無滿足此條件的檢修電源。

表3 TBB-1000-2Y3型發電機轉子護環拆裝參數要求

核電站廠用電系統有6kV和0.4kV兩個電壓等級，6kV母線電壓一般達到6.3kV。經過對現場電源的篩選，能夠滿足容量需求，且方便使用的只有從6kV正常段（BBA/BBB/BBC/BBD）備用柜取用。因此，可通過變壓器將可靠段6.3kV電壓降低使用。

由于拆裝護環工期緊，前期通過改造一臺10kV箱變作為臨時加熱電源滿足護環的拆裝作業[6]?？紤]到利用該箱變進行護環拆裝存在諸多不便，因此需要設計一臺非標變壓器以滿足處理轉子絕緣缺陷的需求。

2.2 非標變壓器的設計

依據《電力變壓器選用導則》（GB/T 17468-2008）[6]和《干式電力變壓器技術參數和要求》（GB/T 10228-2008）[7]規定，對部分技術參數進行了確定[8]。初步設計干式變壓器高壓側額定電壓為6.3kV，高壓側分接范圍為±2×2.5%，短路阻抗k%為4%，頻率50Hz。

在箱變改造方案護環加熱過程中，當線圈纏繞25匝，施加電壓為125～135V之間時，無論是拆卸還是回裝，護環加熱效果較好，此時功率因數在0.5～0.6之間，總功率最高時接近190kVA[5]。則可以據此為參照來設計該非標變壓器，考慮留有裕度，并依據標準GB1094.1-1996《電力變壓器》[9](現已由GB 1094.1-2013[10]代替)第1部分總則規定的額定容量值R10系列，容量設計為250kVA。標準GB/T 10228-2008規定該容量變壓器負載損耗k為3250W[7]。

取變壓器二次側額定電壓為130V，則變壓器歸算到二次側漏抗為[11]：

變壓器二次側電流為：

變壓器二次側短路電阻為：

由于感應加熱線圈為感性負載，電流滯后電壓，功率因數在0.5～0.6之間。取功率因數為0.55，則=56.6°。變壓器一次側和二次側都有漏阻抗。當負載電流通過時必然會在這些漏阻抗上產生壓降，利用T、k、k結果，以拆裝護環時工作電流1350A計算，則變化率為[12-13]：

△%=2.8% （5）

變壓器二次側壓降為：

1=130V×2.8%=3.6V （6）

考慮到變壓器自身壓降3~4V，可將二次繞組額定電壓設計為133V，即額定電壓設計為6.3kV/133V±2×2.5%。當工作電流取1200～1500A中間值1350A時，修改參數后的變壓器二次側壓降為3.8V。

因此，依據上述計算的參數及干式電力變壓器標準，設計組合式變電站系統圖如圖1所示[14]。

圖1 組合式變電站系統圖

（H-高壓側；TM-變壓器；L-低壓側；TA-電流互感器；PA-電流表；PV-電壓表；SQ-帶電指示器；QL-高壓真空負荷開關；QF-低壓斷路器）

考慮到6kV系統停送電需要由運行人員操作，不便于變壓器在護環加熱前進行控制回路的調試，因此在設計時考慮到電站現場實際情況，采用汽輪機廠房UMA16m 220V交流電源作為變電站控制回路電源，原理圖如圖2所示。

依據相關標準[15,16]對變壓器進行出廠試驗和交接驗收試驗，試驗實際測定短路阻抗為4.4%，負載總損耗3290W。忽略電壓變比偏差，功率因數依然取0.55，工作電流取1350A，則二次側壓降為4.2V。

已利用該變電站完成多次護環的拆裝工作。表4中數據為2016年1號機組T109大修護環拆裝記錄數據，變壓器工作在主分接（3分接，電壓比誤差+0.2%）。

圖2 變壓器控制回路電源進線原理圖

表4 2016年1號機組發電機大修護環拆裝加熱數據

由表4中數據可以看出，實際壓降與計算壓降基本吻合，加熱時間和電流均滿足護環廠家技術文件要求。護環拆裝最重要的參數是在規定的40～50min內達到拆裝溫度要求。時間過短，會導致護環外層溫度急劇變化，造成內外溫度不均，無法拆裝護環；時間過長，會導致轉子本體端部受熱膨脹，亦無法完成護環拆裝。對加熱時間的控制主要通過調節電壓、電流及線圈匝數來實現。

3 結束語

感應加熱電源是利用改造的10kV箱變多次拆換護環作業的基礎上總結與設計的。利用設計的加熱電源已完成十余次護環拆裝作業。通過對發電機轉子護環的多次拆裝，總結了以下經驗，可供相關電廠維修技術人員進行現場拆裝護環時參考。

（1）對于TBB-1000-2Y3型發電機，在實際加熱時，電壓控制在130V左右（125～135V）加熱效果較好。

（2）感應加熱電纜纏繞在護環兩側的線匝要緊密，中間線匝之間保留20～25 mm的間隙。具體纏繞匝數可根據電流大小進行適量調節，一般纏繞25匝時效果較好，纏繞一層后多出的匝數應纏繞在護環靠轉子本體側，如圖3所示。

圖3 感應加熱電纜纏繞圖

（3）護環與電纜間纏繞5mm厚隔熱石棉，在石棉與護環間埋設測溫用探頭，測溫儀器量程不低于400℃。加熱過程中每隔5min記錄一次加熱電壓、電流和護環溫度，同時要不定時地用紅外熱像儀進行溫度監測，直至達到護環拆裝所需條件，并開始護環拆裝作業為止。

（4）感應加熱用電纜為通水電纜，保證冷卻水壓在0.147～0.196MPa即可。在加熱前，要先通入冷卻水，且在加熱過程中冷卻水須連續，加熱完成后要繼續通入冷卻水，直至電纜降至正常溫度。

[1] 王聲學, 鄒曉, 申雁鵬,等. TBB-1000型發電機轉子繞組絕緣缺陷的處理與分析[J]. 大電機技術, 2013(4):17-20.

[2] 馬建明, 佟小明, 劉奎,等. TBB-100-2Y3型發電機轉子絕緣低缺陷處理及大修管理[J]. 電工技術, 2014(7):47-48,60.

[3] 楊明, 于長勝, 楊占廷,等. 俄羅斯TBφ-120-2和TBM-160-2系列汽輪發電機拆裝轉子護環工藝[J]. 吉林電力, 2008, 36(2):29-32.

[4] 楊曉斌, 楊軍. 感應加熱法在發電機轉子檢修中的應用[J]. 黑龍江電力, 2000, 22(4):49-52.

[5] 王聲學. 現場拆裝大型發電機轉子護環用感應加熱電源的設計與應用[C]//第十二屆核電維修領域經驗交流會論文集, 2016, 08:217-225.

[6] GB/T 17468-2008, 電力變壓器選用導則[S].

[7] GB/T 10228-2008, 干式電力變壓器技術參數和要求[S].

[8] 尹克寧. 變壓器設計原理[M]. 北京:中國電力出版社, 2003:10-11.

[9] GB 1094.1-1996, 電力變壓器[S].

[10] GB 1094.1-2013, 電力變壓器[S].

[11] 韓禎祥. 電力系統分析[M]. 杭州:浙江大學出版社, 1997:85-89.

[12] 辜承林, 陳喬夫, 熊永前. 電機學[M]. 武漢:華中科技大學出版社, 2005:139-140.

[13] 李發海, 陳湯銘, 朱東起,等. 電機學[M]. 北京:科學出版社, 1991:36-38.

[14] 王聲學, 王略, 鄒曉,等. 一種發電機轉子護環感應加熱箱式變壓器[P]. 中國實用新型專利:ZL201620279488.0, 2016-11-23.

[15] JB/T 501-2006, 電力變壓器試驗導則[S].

[16] GB50150-2006, 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].

DesignandApplication for Induction Heating Power Source Used to Remove and Reinstall Rotor Retaining Ring of Generator TBB-1000-2Y3 on Site

WANG Shengxue

(CNNC Jiangsu Nuclear Power Corporation, Lianyungang 222042, China)

The non-salient pole synchronous generators of first-stage project of a Nuclear Power Station is type TBB-1000-2Y3 made by Russia. This type rotor winding occurs insulation defects many times from 2007. This paper gives an introduction about preparation, which is the method of removing and reinstalling the retaining ring, and selection and design for the power source. A brand new single phase insulated transformer is designed, which solves the problem of removing and reinstalling the rings on Nuclear Power Station site without non-standard power source. And then, experiences about induction heating are given that can be applied as references for relative engineers.

non-salient pole synchronous generator; rotor; retaining ring; induction heating method

TM303.3

A

1000-3983(2018)03-0020-04

2017-04-11

王聲學（1981-），2008年畢業于西南交通大學電力系統及其自動化專業，工學碩士，現從事核電廠電氣調試及檢修管理工作，高級工程師。