利用電站主變對農村小水電發電機定子繞組進行烘干

金永琪

（浙江同濟科技職業學院，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及以下的農村小水電站有3 000多座，大多為村集體或個人投資建造，電站的防洪能力較低，遇到臺風季節，容易引起低壓水輪發電機定子繞組遭到洪水浸泡，從而使發電機定子繞組絕緣電阻下降到0，為了減少洪水造成損失，急需對發電機定子繞組進行烘干處理。農村小型水輪發電機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:將發電機出線三相短路，啟動發電機組到額定轉速，逐步調節發電機勵磁電流（勵磁功率由廠用電提供），使發電機定子短路電流升至額定電流的80%～90%，利用旋轉勵磁與發電機定子繞組中產生短路電流而發熱進行干燥，主要用于暫停運行一段時間的發電機出現絕緣降低時，采用這種方法,該方法技術成熟，安全可靠。②自然空氣干燥法：啟動水輪機，使發電機轉動至額定轉速，用自然冷風將發電機內潮氣吹掉。這樣，干燥的時間必然很長。為縮短烘干時間，可在發電機的進風口裝設電爐或其他電熱設備，以增加發電機的進風溫度。③通以直流電干燥法：將發電機定子繞組接成開口三角形，將直流電焊機作為干燥電源，直接將電流通入定子繞組內，以電流通過繞組的發熱來進行烘干，烘干電流的大小，一般不超過發電機的額定勵磁電流。

2 應用案例

2.1 應用背景

大昆水電站位于嵊州市西部長樂江支流大昆江上，集雨面積25 km2,設計水頭73 m,流量0.55 m3/s,裝機容量285 kW(160 kW+125 kW)，1989年5月建成投產，發電機組運行30年之久，設備絕緣老化較嚴重，受到2019年8月10日第9號超強臺風“利奇馬”的影響，特大洪水襲擊了該電站，導致洪水進入廠房，造成2臺發電機受淹，使發電機定、轉子鐵心全部繞組浸入水中。洪水過后，發現發電機內有大量泥漿、雜草等，發電機不能運轉。為及早恢復電站生產，減少經濟損失，必須及時對發電機進行烘干處理(吊出轉子)。由于發電機浸泡水中的時間較長(約5 h)，在開展災后搶修工作中，如何解決發電機定子繞組干燥問題，有2種解決方案：1是將發電機運回廠家進行修理。據估算至少需要15 d左右的時間，由于正值汛期，不僅修理費用高而且還影響整個電站的搶修進度，錯過汛期發電的大好時機。2是采用現場烘干處理。經過對烘干處理方案充分論證后，認為目前的定子繞組已不能采用三相短路烘干方法來進行干燥。另外由于大昆電站處于山區，交通不便，烘干設備如大電流發生器等一時難以找到，采用發電機外部熱風吹干燥法效果不佳。為充分利用水電站自身設備，節約處理成本，提高工作效率。決定利用電站主變用作大電流發生器對發電機進行烘干處理。

2.2 烘干方法及步驟

2.2.1 清洗定子及鐵心

首先拆開發電機端蓋、通風口，把淤積在發電機定子、轉子間隙的泥沙、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、轉子間隙初步清洗干凈后，及時將轉子抽出，再用水龍頭仔細把機架、鐵心、通風口、繞組及端部清洗干凈，然后用干凈的白沙布擦干凈，再用2臺軸流風機從不同的角度對定子吹12 h以上，待其表面水分蒸發干燥后。用白沙布沾上工業酒精清洗鐵心及繞組表面的油污，搶修人員要注意個人防護，必要時戴防護用品，用這種方法反復清洗幾遍，吸附在鐵心、繞組表面的油污可清洗干凈。在清洗過程中一定要仔細、認真、耐心，注意不得使硬物和利器損傷發電機線圈繞組。

2.2.2 電站主變烘干發電機接線圖

自備TSGC2－6三相調壓器1臺，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；三相調壓器的容量可根據SN=KK3I2R（VA），KK為可靠系數取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為發電機定子繞組直流電阻。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。按以下順序進行接線：①拆下發電機出線電纜，將定子繞組接成開口三角形。②斷開發電機勵磁回路的電源線，將發電機勵磁三相橋式整流裝置的交流電源輸入端接于發電機出線電纜。③將三相橋式整流裝置直流輸出端接于發電機定子繞組開口三角形的兩端。④將調壓器輸出端接入主變高壓側(斷開主變高壓側跌落式熔斷器，并做好安全措施)，調壓器輸入端接380 V廠用電，用三相閘刀控制電源通斷，接線如圖1所示。原一次設備如：隔離開關、空氣開關等均保持電氣連接。同時，發電機控制盤內的三相電流表、勵磁電流表(可反映定子繞組烘干電流值)都能正確反映烘干全過程。如圖1所示。

圖1 電站主變壓器烘干發電機定子接線示意圖

2.2.3 接線原理分析(以125 kW發電機為例)

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

從圖1接線圖分析可知，加在主變高壓側的電壓為0～400 V，則低壓側電壓約為0～16 V,如低壓側電壓直接送入發電機定子繞組，由于發電機阻抗較大，產生的電流較小，達不到繞組烘干的要求。為此，將主變低壓側電源送給發電機勵磁整流器，然后將整流后的直流電流送入發電機定子繞組。因定子繞組的直流電阻很小(經實測為0.029 Ω/相)，從電力電子技術知識可知，勵磁整流橋輸出電壓Ud=1.35U2，U2為主變低壓側線電壓；勵磁整流橋輸出的輸出電壓：Ud=3IR=3×0.029×124=10.8 V，此時U2控制在8 V左右即可。在烘干過程中，通過三相調壓器嚴格控制發電機勵磁整流橋輸出電流不超過額定勵磁（124 A），此電流約占發電機定子額定電流的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 烘干過程

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

（2）在定子繞組上安裝酒精溫度計。在烘干過程中，為了能夠全面測量定子繞組的溫度，在定子圓周均勻設置6個溫度觀測點，安放位置從鐵心外圓通風槽直接插入，盡量貼近繞組，這樣所測得的溫度比實際繞組內部的溫度低10 ℃左右，以實測溫度加上10 ℃左右溫差作為發電機絕緣所允許的最高溫度。

（3）通電操作過程。合上三相電源刀閘，緩緩調節三相調壓器，并操作發電機勵磁調節器，觀察送入發電機定子繞組的烘干電流(發電機控制盤內勵磁電流表)，開始時，控制烘干電流為發電機額定電流的25%（56 A），烘干4 h左右。

（4）烘干溫度控制。經發電機額定電流的25%為烘干電流進行通電干燥后，無異常，電流升到接近最大安全電流（124 A），進行烘干。這時，由于定子電流加大，且發電機風道堵塞，發電機溫度將很快上升，因此應密切監視發電機的溫度變化，把發電機的溫度控制在75 ℃左右(用手觸摸定子鐵心感到熱而不燙，即酒精溫度計的溫度控制在65 ℃左右)。也可調節發電機通風道通氣孔的大小或調節供給主變電源的調壓器來實現發電機定子繞組烘干電流的大小，從而達到控制溫度的目的。

（5）定期測量發電機絕緣。在烘干過程中，每隔4 h測量絕緣電阻一次，當測得定子熱態狀態下的絕緣電阻為0.5 MΩ及以上時，說明絕緣已經滿足要求，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、風吹等共計4 d左右時間)；然后用同樣方法烘干160 kW發電機。最后恢復發電機組、主變壓器的接線，發電機組即可投入正常試運行。

3 結語

由于山區小水電站烘干裝備比較簡陋，可以將主變用作大電流發生器對發電機定子進行烘干處理, 通過對被洪水浸泡過的發電機定子進行現場干燥并取得成功，達到以下目的。①解決山區小水電站一般無大電流發生器配備的實際問題；②解決山區小水電站交通不便所帶來采辦搶修物資之困難；③充分利用電站自身設備進行烘干處理，節約檢修成本；④操作簡單、安全可靠。烘干全過程可參照正常發電時的操作步驟進行操作、全程監控發電機定子繞組烘干電流；⑤工作效率高?？s短電站停機時間，減少電站停機而造成的電量損失，尤其是徑流電站，其效果更為明顯。利用電站主變對發電子定子繞組烘干方法可以推廣使用。