新安江電廠6號機轉子溫升過高處理研究

吳歆+楊慶業

摘 要：本文對新安江電廠6號機組增容改造后轉子溫升過高的原因進行了分析，并根據實際情況從改善通風系統和磁極線圈散熱方面進行了重新設計安裝。試驗結果表明，新安江電廠6號機的轉子溫升過高得到了大幅降低。

關鍵詞：6號機 轉子溫升過高 原因 效果驗證

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0033-02

新安江電站6號發電機于1962年由哈爾濱電機廠設計生產，額定功率72.5MW，額定功率因數0.85，定子鐵心內徑φ7960mm，定子鐵心長度900mm，磁極鐵心長度940mm。2004年，6號機組進行了增容改造，改造后，磁極線圈為F級絕緣，由29匝62×8mm矩形裸扁銅線繞成，磁極鐵心未更換。發電機轉子磁極普遍存在溫升偏高的現象，比規范值高約11.4k，雖經多次通風結構完善，但仍得不到根本的解決。磁極分解檢查發現，線圈內側R處的絕緣有過熱痕跡，且背風面更為嚴重。解剖后發現線圈R處有毛刺，絕緣層在加工時就已受到損害，后來其他機組也出現同樣情況，分解檢查的結果與6號機也一致。

1 溫升過高原因分析

經分析，認為引起6號機組轉子溫升過高的主要原因有以下幾個方面：（1）新安江電廠6號機磁極采用的是矩形銅排繞制的磁極線圈，在繞制過程中，線圈的4個角是圓弧繞出的，內圓凸起，外圓減薄，所以，線圈4個角的R處溫升較高，是引起轉子溫升過高的主要原因。（2）線圈采用矩形銅排，散熱面積小，不利于通風散熱，引起磁極迎風面和背風面溫差較大，是引起轉子溫升過高的關鍵原因。

2 改造技術要求

針對上述原因，為使得轉子溫升降至標準要求范圍之內，設計人員決定重新設計磁極形式，改造要求如下：更換整個磁極，采用先進的制造工藝和可靠的絕緣措施，保證磁極繞組溫升在標準要求范圍之內。磁極繞組采用帶散熱翅的銅排，盡量有效增大磁極繞組的散熱面積；磁極繞組采用四角焊接形式，降低繞制磁極線圈R處的溫升，采用四角焊接結構的磁極繞組結構尺寸相對于繞制線圈尺寸更精確，使通風風路更順暢。磁極極身和匝間絕緣采用“F”級 Nomex紙作為對地絕緣材料，此絕緣材料性能可靠，絕緣材料耐熱溫度不低于200℃，在磁極線圈和磁極鐵心上、下端的拐角處采用“L”型附加絕緣，使磁極具用可靠和完整的絕緣結構。四角焊接結構的繞組外形尺寸比繞制繞組的外形尺寸更精確，使得通風風路更順暢，更有利于降低轉子繞組溫升。原機組采用62×8mm的矩形銅排，改造后的磁極繞組采用帶散熱翅的銅排尺寸規格為8×60/66mm，轉子繞組匝數為30匝。磁極繞組采用與原機組相同厚度的銅排，但銅排增加了散熱翅，帶散熱翅的銅排能夠有效增大散熱面積，有利于磁極繞組的熱量散發，采用此散熱翅的銅排后，有效散熱面積增加了1.78倍。

3 設計過程

（1）計算原理。應用ANSYS有限元分析軟件，利用幾何元素和布爾運算操作生成基本的幾何形狀，在建立實體模型同時劃分網格來生成節點和單元。在生成節點和單元之后，再定義面與面的接觸單元，自由度耦合及約束方程等。在溫度場計算中，電磁方案確定后，對計算有重要影響的就是邊界條件的確定，其中勵磁線圈選用第三類邊界條件，即流體的溫度和流體與邊界面的對流換熱系數。由于鐵心疊片、線圈股線絕緣等因素的影響，計算中考慮了材料的三維各向異性。（2）轉子三維溫度場計算結果。轉子的計算區域主要考慮轉子的結構來確定，由于轉子圓周方向對稱，所以，取一個磁極半軸向為有限元分析計算區域，根據形成單元的需要給出所需的剖分點數，并完成自動剖分.

4 轉子磁極改造后效果驗證

檢修人員結合6號機組大修，磁極進行了更新改造，對6號機再次進行了溫升試驗，數據顯示，6號機磁極經過改造后，各工況下轉子溫度均在溫度限額130℃以內，溫升均在溫升限額90K以內。第二個試驗工況下（有功85MW，無功42MVar）轉子最高溫度為71.35℃，最高溫升51.21K，對于限額值都有很大的裕量，其他3個工況的裕量則更大。大修改造前，轉子溫升趨勢增長速率快，勵磁電流一旦超過1050A，轉子溫升便可能超過90K限額，過熱情況下長期運行會對轉子繞組的絕緣性能造成危害，影響發電機安全運行。磁極經過改造后，轉子繞組損耗減小，降低了發熱量，磁極的結構變化使其進風量和散熱條件更得到了極大提升，溫升情況明顯改善，溫升趨勢增長速率相對平緩，可長期安全運行。

5 結語

本文針對新安江電廠6號機轉子溫升過高的原因進行了分析，并根據結果提出了改造意見和相應的有限元計算，最終形成了降低溫升改造方案并加以實施，結果表明，6號機轉子溫升相較于改造之前有了大幅降低，最高溫升由原來的106.57K降低至54.03K，滿足了標準要求。

參考文獻

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