胜利电厂#3、4机组发电机内部温度监视优化的分析

2022-09-12

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。