發電機定子線棒溫度異常分析及診斷

呂偉 肖愛國

摘 要：水氫氫型汽輪發電機的水內冷定子繞組是由銅制空心導線和實心股線交叉組成的，槽內股線間進行540°羅貝爾換位，空心導線內部循環流通除鹽水以冷卻定子繞組，一旦出現冷卻效果不佳而引發定子線棒溫度增高的情況，很可能會導致定子繞組故障。本文介紹了發電機定子繞組局部溫度異常的分析和解決過程，闡述了采用熱水流試驗判斷線棒內部是否存在堵塞現象的診斷情況。

關鍵詞：水內冷發電機;定子線棒;溫度異常

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0051-03

Analysis and Diagnosis of Abnormal Temperature of Generator Stator Bar

LYU Wei XIAO Aiguo

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： The water-cooled stator winding of the water-hydrogen-hydrogen turbogenerator is composed of copper hollow wires and solid strands， 540°Robel transposition is performed between the strands in the slot， and the hollow wire circulates demineralized water to cool the stator winding， once the poor cooling effect causes the temperature of the stator bar to increase， it is likely to cause the stator winding failure. This paper introduced the analysis and solution process of the local temperature abnormality of the generator stator winding， and elaborated the diagnosis of whether there was blockage inside the wire rod by the hot water flow test.

Keywords： water-cooled generator;stator coil;abnormal temperature

某廠2號發電機為300 MW的水氫氫冷卻汽輪發電機，該機組投產3年，運行中發現34號定子線棒出水溫度異常，DCS系統顯示，該點溫度高于其他線棒出水溫度5～13 ℃，負荷越大，溫差越大，具體數據如表1和圖1所示。

1 34號定子線棒溫度增高原因

水氫氫冷卻方式的發電機定子線棒內部流通除鹽水對其進行冷卻，因此定子溫升較低，一旦出現溫度異常，應該及時進行分析和判斷。按照《汽輪發電機運行導則》（DL/T 1164—2012）的要求，對發電機定子冷卻水的流量壓力和定子三相電流進行檢查，結果無異常。定子線棒出水溫差超過12 ℃，表明定子繞組冷卻水系統或測溫系統存在缺陷，如機組繼續運行，可能會導致定子繞組絕緣破損甚至擊穿。通過分析，34號定子線棒出水溫度異常情況的原因有如下幾點。

1.1 測溫元件或測量回路故障

測溫元件預置在發電機內部，是監控發電機運行狀況的重要耳目之一，分為熱電阻和熱電偶兩類。34號定子線棒出水溫度測量元件屬于Pt100型鉑電阻，安裝在定子線棒每根出水絕緣連接管接頭上，該類測溫點沒有備用元件。對該測點外部至DCS機柜的電纜進行絕緣檢查，無異常。由發電機測溫元件端子處測量該點及其他幾點電阻值，如表2所示。

通過以上檢查，可以排除外部測量回路問題。但由于測溫元件本體處在機殼內部，機組運行期間無法徹底檢查。

1.2 鐵心故障導致局部過熱

由圖1可見，機組275 MW負荷運行時，只有34號定子線棒出水溫度一個點偏高，其余各點溫度比較一致，溫差在4 ℃以內。如果鐵心損耗致熱，34號定子線棒附近的其他線棒也會受到影響，且在DCS系統查看鐵心各點溫度均無異常，最高達到61 ℃，基本排除鐵心故障。

1.3 定子線棒存在堵塞現象

在水內冷定子繞組內，循環流通的除鹽水將銅線棒的基本銅損和附加損耗等所產生的熱量帶走，若出現水路堵塞或水流不通暢，則會造成定子線棒溫度升高、絕緣劣化甚至擊穿燒毀等后果，初始表象為線棒出水溫度高、線棒層間溫度高等[1-2]。該發動機鐵心共計54槽，每槽內部裝有上下兩層線棒，層間裝設有一用一備兩只Pt100型鉑電阻，用以測量線棒層間溫度，定子線棒出水溫度測點裝設在發電機汽側出水支路的連接管接頭處。根據發電機定子繞組水電連接圖分析，34號定子線棒出水溫度測點反映的是12槽下層線棒與34槽上層線棒并聯的出水溫度。這幾個測溫點的對應關系如表3所示。

由表3可見，12號槽和34號槽的層間溫度并沒有明顯增長，與34號線棒出水溫度不呈對應關系，若存在定子線棒水路堵塞現象，則層間溫度會相應升高。但鑒于34號定子線棒出水溫度與機組負荷的增長呈線性對應關系，故不能完全排除定子線棒水路堵塞的可能性。

2 故障排查及診斷

2.1 檢測方法

依據《汽輪發電機繞組內部水系統檢驗方法及評定》（JB/T 6228—2014）[3]，查找判斷水路是否存在堵塞現象，其間可以用以下幾種方法：測水流量法、測氣流量法、定子繞組發熱試驗法和熱水流試驗法。根據現場情況，首先選擇熱水流試驗法。

2.2 熱水流試驗

機組停運并自然冷卻后，發電機內部無發熱源，定冷水泵不工作，各個測點顯示溫度基本一致，34號定子線棒出水溫度為26.1 ℃，其他出水溫度平均值為26.3 ℃，無明顯差異。啟動定冷水泵，調節定子進出水壓差至正常運行值。投入輔助加熱設備，對定冷水進行緩慢加熱，確保加熱速度不超過10 ℃/h，每小時記錄一組數據，如表4和圖2所示。

2.3 試驗結果分析

由表4可以看出，在定冷水加熱3 h左右（即水溫50 ℃以下）時，34號線棒出水溫度與其他測點基本一致，但當水溫加熱至大于50 ℃時，該點呈非線性驟增。由于此時發電機內部并無發熱源，溫度完全是定冷水通過輔助加熱手段提高的。所有定子線棒內部流通的水源一致，溫度也應該是相同的，34號定子線棒反映出的異常溫升是完全不合理的，由此可以判斷，該測溫元件的基礎特性在50 ℃以上發生了改變。

3 故障處理

34號定子線棒出水溫度元件所處位置是發電機汽側端部，維修人員由汽側人孔進入即可進行更換處理。更換后，再次利用熱水流試驗進行驗證，情況如圖3所示。

本次故障最終診斷為測溫元件缺陷，通過更換元件處理完畢。但在機組運行期間，發電機內部某點溫度呈異常發展趨勢時，維修人員需要重點關注，因為線棒冷卻水回路發生堵塞后，定子線棒的溫升可能會急劇增長，對線棒造成的損傷是不可逆的。

4 結論

熱水流試驗是一種比較直觀判斷定子線棒冷卻水回路是否存在堵塞缺陷的方法。如果測溫元件存在故障，可以通過以上試驗分析進行診斷;如果水路存在堵塞，可以通過加熱定冷水后快速降溫的時間（t）-溫度（[θ]）曲線進行判斷。定冷水回路的通暢程度對于機組安全運行有著至關重要的作用，機組啟動前應認真做好定冷水路正反沖洗工作，必要時進行熱水流試驗，以確保水路通暢和機組安全。

參考文獻：

[1]夏裕宏.發電機定子冷卻水管路堵塞的原因分析及處理[J].寧夏電力，2013（1）：11-13.

[2]賀佳兵.QFSN型發電機定子冷卻水回路故障原因分析及防止對策[J].安裝，2015（6）：31-33.

[3]工業和信息化部.汽輪發電機繞組內部水系統檢驗方法及評定：JB/T 6228—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.