水輪發電機組電動盤車裝置設計、調試與應用

范建立 林玉勝

（武漢泰普變壓器開關有限公司 武漢）

水輪發電機大修期間，為調整瓦間隙、測量控制導瓦各個方向的擺度，很多情況下需要進行盤車，目前常用的盤車方式是采用橋式起重機通過導鏈滑輪組進行，此法存在轉速不均，不能全范圍連續轉動，由于水輪發電機轉動部分重量達八百多噸安全風險大等不足。為此提出采用電動盤車裝置實現發電機盤車功能，同時為滿足發電機空載特性試驗、短路特性試驗和通流干燥等要求，增大電源部分容量，使本裝置具有一套裝置，多臺機組公用，功能全面的特點，適合現場安裝、檢修時使用。

一、電動盤車裝置原理及系統組成

1.裝置原理

根據電磁感應原理，載流導體在磁場中會受到力的作用。當在發電機轉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，當電流增大到足以克服轉動部分的摩擦力時，發電機的轉子就會朝一定方向轉動，此時的發電機實際上是一臺步進電機，水輪發電機電動盤車裝置就是給發電機定子部分、轉子部分提供能源的可調直流電源裝置。

2.組成和接線

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

圖1 電動盤車裝置接線原理方框圖

圖2 轉子電源系統原理圖

發電機轉子勵磁電源裝置由1臺隔離變壓器（勵磁變壓器）、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由1臺隔離變壓器（勵磁變壓器）、1面可控硅全橋整流柜（內含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。為可移動式，盤車時定子電源裝置運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。

發電機轉子和定子電源裝置均由400 V供電。轉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，定子電源部分采取移動供電方式，接于最近的400 A（或以上）備用開關上，圖1為電動盤車裝置接線原理方框圖。

二、盤車裝置技術性能、參數和主要功能

1.性能

（1）盤車速度。0.02～0.1 r/min，可調節。

（2）保護性能。具有可調節短路保護、過載保護、可控硅擊穿保護等功能。

2.參數

（1）發電機空載試驗和短路試驗的轉子電源。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連續可調；③額定輸出電流：直流1250 A。可在現地（柜上）和遠方（如中央控制室）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量交流電源側三相電流和直流側電壓、電流等。

（2）發電機盤車定子電源。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連續可調；③額定輸出電流：直流2000 A。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。

3.主要功能

（1）發電機定子繞組干燥功能。能對受潮發電機定、轉子繞組通直流電進行干燥，電流可調節。

（2）發電機電動盤車功能。當發電機轉子通入一定的直流電流，定子三相繞組分相依次通入適當的直流電，可控制發電機轉子按一定速度和方向轉動，實現電動盤車，其主要功能如下：①盤車裝置具有通用性，可以滿足多臺發電機盤車需要。盤車時發電機定子三相繞組采用三套獨立的三相全控橋式整流電路供電，轉子繞組采用一套獨立的三相全控整流電路供電；②轉子和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，通過輪流切換定子繞組三相通電順序從而控制發電機轉子快速啟動、平穩轉動；③盤車裝置能滿足在拆除數個磁極的情況下仍能進行一定范圍的盤車；④盤車裝置可通過調節定、轉子電流來調整發電機轉子運動速度；⑤轉子三相交流電源電流，直流電壓、直流電流等參數可遠程監測、控制。圖2、圖3分別為電動盤車裝置轉子和定子電源系統原理接線圖。

圖3 定子電源系統原理圖

三、電動盤車裝置的調試及應用

1.小電流負載調試

輸出端連接小電流負載，調節電流為10 A左右，試驗調節輸出電壓、電流穩定。

2.大電流負載試驗

現場一般難以找到大電流負載，可以用發電機定子和轉子繞組作負載進行調試。具體方法是：定子、轉子電源的直流輸出端與發電機的定子或轉子繞組連接，調節電流為100A左右，觀察輸出電壓、電流穩定正常，調節正常。然后調節電流至300A、500A，觀察輸出電壓、電流穩定，調節正常即可。

（1）定子電源柜額定通流能力試驗。在上述大電流負載試驗正常的情況下調節每相輸出電流達到2000 A，觀察輸出電壓、電流穩定，溫升正常，調節正常。

（2）轉子電源柜額定通流能力試驗。在上述大電流負載試驗正常的情況下調節輸出電流到1000 A以上，觀察輸出電壓、電流穩定，溫升正常，調節正常。

3.盤車功能調試試驗

在轉子回路通入500 A電流維持不變，定子回路三相均調節至600 A，手動操作盤車按鈕無法正常啟動，說明通入電流太小，不足以克服阻力。將轉子及定子回路三相電流均調至800 A，手動按順序切換盤車啟動按鈕，發電機轉子能夠按規定轉向均勻轉動。

4.在5#機組上的應用

（1）盤車前的準備。①盤車前頂起轉子，在推力瓦與鏡板間注入潔凈的透平油；②各導軸承注入潔凈的透平油；③檢查定、轉子和葉片、轉輪室之間的間隙，確認轉動部分與固定部分無接觸；④在上下導蓋板、水導罩殼、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點并做標號，且上下對應一致。

（2）盤車操作。轉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。在分別檢查轉子和定子電源柜內主回路及控制回路接線端子連接、主回路絕緣、盤內通電檢查、電源變壓器繞組及鐵芯絕緣正常后按盤車技術措施分別將電動盤車裝置的轉子和定子電源操作至盤車準備狀態。投入轉子電源裝置跳5#機滅磁開關回路壓板（轉子盤車電源柜保護出口能對盤車中的發電機組滅磁開關進行自動跳閘），在轉子盤車電源柜上，按“啟動”按鈕，“增磁”按鈕調節勵磁電流為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，調節輸出電流至800 A，分別使發電機開始轉動（如不能轉動，則增大電流，直至滿足要求，也可增大轉子電流）。用手持操作器操作，按A、B、C、A…循環進行切換，使發電機轉子按順時針方向轉動，當某測點正對Y點時，調整各百分表對零。再按A、B、C、A…循環進行切換，轉子每轉動1/8圈（10.5個磁極）對準所做標記后停止，記錄各百分表測量數值。

（3）盤車數據統計及分析。5#機組電動盤車時，開始轉子和定子通入電流為800 A時轉動較慢，增加定子電流至1200 A，轉動速度滿足現場盤車要求。表1～3為5#機盤車實測數據表。

從上述數據看，電動盤車所測得的數據準確可靠，能夠真實反映水輪發電機組的安裝情況。從機組投入運行后的實際振動擺度情況來看，盤車的結果與實際運行情況一致。

表1 5#機盤車實測數據統計表/0.01mm

表2 全擺度數據統計表/0.01mm

表3 擺度統計計算及分析比較/mm

四、結束語

電動盤車裝置實際上是由二套可調節大容量直流電源設備組成，裝置的定子電源電壓雖然較低，但電流都較大，一般在數千安培；轉子電源裝置實際與發電機勵磁裝置一樣，可達到250 V/1250 A，因此均采用可控硅調節。本裝置除可應用于大型水輪發電機組電動盤車外，還可廣泛應用于發電機短路特性試驗、空載特性試驗、零起升壓（流）試驗、短路干燥等，對發電機改造施工質量的提高和試驗的安全十分有利。

用電動盤車裝置轉子電源進行發電機零升試驗和發電機干燥、用定子電源進行發電機干燥，使用操作簡單可靠，可較快熟練掌握應用。但盤車操作時需要正確把握切換時間（切換時間與轉子轉動速度有關），否則，發電機轉子會倒轉。

用于電動盤車裝置的可控硅調壓裝置由于受成本因素的限制，其可靠性指標與發電機勵磁裝置不可比擬，且所用電子元器件如可控硅、勵磁調節器、PLC等由于長期不通電使用，其損壞概率反而較高；同時由于是非標產品，一旦發生故障，更換元器件麻煩，檢修維護比較困難，因此其維護成本也較高，使用壽命不長。