一、发电机内部温度的产生
交流同步发电机工作时, 转子绕组通直流励磁电流, 会产生“铜损耗”;转子铁心通过的磁通虽然是直流的, 但分别与定子铁心存在相对移动, 定子铁心将产生“铁损耗”;定子绕组感应交流电动势后若带上负载, 定子绕组将有电流通过, 定子绕组也将产生“铜损耗”;转子的转轴及转动部件还存在转动摩擦, 并产生“摩擦损耗”。所有的损耗都将以热量的形式出现, 将使电机内部的温度升高, 尤其是转子部分, 散热条件较其它部件的散热条件差。通常发电机的定、转子绕组都是采用一定绝缘等级的绝缘铜材或铜线制成的。绝缘等级根据绝缘材料的不同, 其工作允许的最高温度值是有一定的限制的 (如B级绝缘, 为130度摄氏度) 。如果温度超过规定值, 绝缘材料的性能将变坏, 加速绝缘的老化, 最终还会使绝缘击穿而烧毁。
综上所述, 发电机工作时由于各种损耗会使内部温度升高, 尤其以转子的温度最为典型, 这将影响发电机绝缘材料的绝缘性能, 为了保证发电机的正常可靠工作, 就必须对发电机转子的温度进行测量。如果测量所得的温度值超过正常值, 监控设备将发出报警, 提醒管理人员注意进行检查, 排除可能出现的故障隐患, 或降低发电机的输出, 或增加对发电机的冷却。最终使发电机转子的温度降低下来, 回到正常数字的, 以保证发电机安全可靠运行。
二、#3、4机组发电机温度监视的现状
1. 发电机转子绕组监视
发电机的转子绕组运行中高速旋转, 绕组温度无法直接进行测量, 遇到发电机氢压下降、氢温过高等异常运行工况时, 运行人员无法监视转子绕组的温升情况, 存在较大的安全隐患。
09年12月30日, #3机组负荷207MW, 氢压0.26Mpa, 由于取氢样时误将排氢总门打开, 氢压到零。汇报值长, 并将#3发电机无功减至零, 降电负荷, 关排氢总门并打开补氢门联系氢站补氢。氢压补至0.08MPa, 停止补氢, 检查氢压下降速度, 并就地复查系统, 无问题, 汇报值长, 继续提氢压。氢压0.11MPa, 停止补氢, 测氢纯度正常后, 继续提氢压, 并逐步恢复电负荷和供热。11:10左右氢压提至0.25MPa。在此过程中个别定子铁芯温度测点达到74.5℃。由于转子温度无监视手段, 转子温度在事后用电阻法计算可得最高值大约为109℃, 马上就要达到转子绕组的温度限制值。
2. 定子绕组内部温度监视
在定子绕组内部温度监视画面中有60个定子线圈出水温度测点和60个定子层间温度测点, 当发生异常时运行人员不易发现, 存在较大的安全隐患。
三、发电机内部温度的要素分析
1. 发电机冷却方式
发电机的发热部件, 主要是定子绕组、定子铁芯 (磁滞与涡流损耗) 和转子绕组。必须采用高效的冷却措施, 使这些部件所发出的热量散发除去, 以使发电机各部分温度不超过允许值。#3, #4发电机采用水-氢-氢冷却方式, 即发电机定子绕组及引线是水内冷, 发电机的转子绕组是氢内冷, 转子本体及定子铁芯是氢冷。
定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。#3, #4发电机定子的铁芯损耗, 设计值为424.5KW, 实验值为420KW左右。
转子的发热主要是转子绕组的基本铜耗, 其大小与励磁电流的平方成正比, #3, #4发电机转子绕组铜耗的设计值为1102.9KW, 实验值为1012KW左右。
若热量不能及时排除会引起部件发热, 过高的温度会破坏线圈绝缘, 引起局部变形, 影响机组的安全运行。
2. 发电机转子过热原因
发电机在运行过程中发生转子过热的因素主要有以下方面:a.氢压下降;b.氢气纯度下降;c.氢气冷却器工作不正常, 冷却效果差;d.发电机定子绕组负序电流过大;e.转子绕组匝间短路, 造成转子绕组局部过热;f.励磁电流过负荷。
3. 发电机转子绕组温度计算
由于发电机转子绕组的电阻R随温度T呈线性变化, 即R1/ (T1+235) =R2/ (T2+235) 。-235℃时, 铜将成为超导体, 电阻值为0, 厂家会给出t1时的阻值R1, 通过电阻与温度的线性关系可算出电阻值为任何时的温度值。
4. 发电机定子线棒温度异常升高的因素
(1) 定子线棒水循环支路堵塞或结垢。
(2) 线棒与水系统连接的聚四氟乙烯管泄漏, 氢气进入定子线棒内造成水循环破坏。
(3) 发电机内有金属异物, 使局部发热, 引起线棒过热。
(4) 定子水流量偏离额定值过大, 使冷却水量或分支线棒水流分布不均匀。
(5) 定子水导电度过大, 会在聚四氟乙烯绝缘引水管内表面产生积层, 该积层与水垢组成泄漏导电层, 沿管表面的电气闪络可能引起水的沸腾并伴随有蒸汽与水混合物的压力升高, 破坏水循环。
(6) 定子电流过负荷或发电机不适当的进相运行。
四、发电机内部温度的优化办法
根据以上原因与分析, 我们提出以下解决办法:
由热控人员在DCS系统中, 利用上面得到的公式用逻辑计算出转子绕组温度, 同定子绕组出水温度差和定子层间温度差一并加入系统画面中, 并设定报警值, 供运行人员监视, 作为事故处理的依据。
1.#3、4机组转子绕组温度计算
实际工作中我们可先用转子电压除电流得当时电阻值R2, 依据R2/R1= (235+t2) / (235+t1) 可算出当时的温度t2。测转子电压时要注意扣除碳刷的接触电阻, 一般约为5V。
因此计算出:T=[K (U-a) /I-235]
T——转子温度;U——转子电压;I——转子电流;a——转子正负电刷压降及接线压降之和 (3或5) ;K——温度换算系数 (机组不同而不同)
3号机转子绕组温度=[1608× (U-5) ÷I-235]℃
4号机转子绕组温度=[1582× (U-5) ÷I-235]℃
以#3机组发生氢压下降时所得数据为例可算出当时转子绕组温度T
可以看出此时发电机转子温度较机组正常运行时转子温度升高35℃。
2. 发电机内冷水系统DCS画面优化
由热控人员在DCS系统发电机内冷水画面中加入计算得出的转子绕组温度、定子绕组出水温度差、定子层间温度差, 并设定报警值加入报警栏内。
总结
通过对机组发电机内部温度监视手段的优化, 改善3、4号发电机转子温度无监视手段和定子绕组温度监视效果差的被动局面, 使运行监盘人员能够更真实的了解发电机运行状况, 实现了设备安全本质化。
摘要:胜利电厂#3、4机组发电机内温度监视手段差, 当发生氢压下降等故障时无法监视其内部转子温度。
关键词:发电机,定子线圈,转子,温度,氢压
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