新安江电厂6号机转子温升过高处理研究
摘 要：本文对新安江电厂6号机组增容改造后转子温升过高的原因进行了分析，并根据实际情况从改善通风系统和磁极线圈散热方面进行了重新设计安装。试验结果表明，新安江电厂6号机的转子温升过高得到了大幅降低。
关键词：6号机 转子温升过高 原因 效果验证
中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0033-02
新安江电站6号发电机于1962年由哈尔滨电机厂设计生产，额定功率72.5MW，额定功率因数0.85，定子铁心内径φ7960mm，定子铁心长度900mm，磁极铁心长度940mm。2004年，6号机组进行了增容改造，改造后，磁极线圈为F级绝缘，由29匝62×8mm矩形裸扁铜线绕成，磁极铁心未更换。发电机转子磁极普遍存在温升偏高的现象，比规范值高约11.4k，虽经多次通风结构完善，但仍得不到根本的解决。磁极分解检查发现，线圈内侧R处的绝缘有过热痕迹，且背风面更为严重。解剖后发现线圈R处有毛刺，绝缘层在加工时就已受到损害，后来其他机组也出现同样情况，分解检查的结果与6号机也一致。
1 温升过高原因分析
经分析，认为引起6号机组转子温升过高的主要原因有以下几个方面：（1）新安江电厂6号机磁极采用的是矩形铜排绕制的磁极线圈，在绕制过程中，线圈的4个角是圆弧绕出的，内圆凸起，外圆减薄，所以，线圈4个角的R处温升较高，是引起转子温升过高的主要原因。（2）线圈采用矩形铜排，散热面积小，不利于通风散热，引起磁极迎风面和背风面温差较大，是引起转子温升过高的关键原因。
2 改造技术要求
针对上述原因，为使得转子温升降至标准要求范围之内，设计人员决定重新设计磁极形式，改造要求如下：更换整个磁极，采用先进的制造工艺和可靠的绝缘措施，保证磁极绕组温升在标准要求范围之内。磁极绕组采用带散热翅的铜排，尽量有效增大磁极绕组的散热面积；磁极绕组采用四角焊接形式，降低绕制磁极线圈R处的温升，采用四角焊接结构的磁极绕组结构尺寸相对于绕制线圈尺寸更精确，使通风风路更顺畅。磁极极身和匝间绝缘采用“F”级 Nomex纸作为对地绝缘材料，此绝缘材料性能可靠，绝缘材料耐热温度不低于200℃，在磁极线圈和磁极铁心上、下端的拐角处采用“L”型附加绝缘，使磁极具用可靠和完整的绝缘结构。四角焊接结构的绕组外形尺寸比绕制绕组的外形尺寸更精确，使得通风风路更顺畅，更有利于降低转子绕组温升。原机组采用62×8mm的矩形铜排，改造后的磁极绕组采用带散热翅的铜排尺寸规格为8×60/66mm，转子绕组匝数为30匝。磁极绕组采用与原机组相同厚度的铜排，但铜排增加了散热翅，带散热翅的铜排能够有效增大散热面积，有利于磁极绕组的热量散发，采用此散热翅的铜排后，有效散热面积增加了1.78倍。
3 设计过程
（1）计算原理。应用ANSYS有限元分析软件，利用几何元素和布尔运算操作生成基本的几何形状，在建立实体模型同时划分网格来生成节点和单元。在生成节点和单元之后，再定义面与面的接触单元，自由度耦合及约束方程等。在温度场计算中，电磁方案确定后，对计算有重要影响的就是边界条件的确定，其中畲畔呷ρ∮玫谌类边界条件，即流体的温度和流体与边界面的对流换热系数。由于铁心叠片、线圈股线绝缘等因素的影响，计算中考虑了材料的三维各向异性。（2）转子三维温度场计算结果。转子的计算区域主要考虑转子的结构来确定，由于转子圆周方向对称，所以，取一个磁极半轴向为有限元分析计算区域，根据形成单元的需要给出所需的剖分点数，并完成自动剖分.
4 转子磁极改造后效果验证
检修人员结合6号机组大修，磁极进行了更新改造，对6号机再次进行了温升试验，数据显示，6号机磁极经过改造后，各工况下转子温度均在温度限额130℃以内，温升均在温升限额90K以内。第二个试验工况下（有功85MW，无功42MVar）转子最高温度为71.35℃，最高温升51.21K，对于限额值都有很大的裕量，其他3个工况的裕量则更大。大修改造前，转子温升趋势增长速率快，励磁电流一旦超过1050A，转子温升便可能超过90K限额，过热情况下长期运行会对转子绕组的绝缘性能造成危害，影响发电机安全运行。磁极经过改造后，转子绕组损耗减小，降低了发热量，磁极的结构变化使其进风量和散热条件更得到了极大提升，温升情况明显改善，温升趋势增长速率相对平缓，可长期安全运行。
5 结语
本文针对新安江电厂6号机转子温升过高的原因进行了分析，并根据结果提出了改造意见和相应的有限元计算，最终形成了降低温升改造方案并加以实施，结果表明，6号机转子温升相较于改造之前有了大幅降低，最高温升由原来的106.57K降低至54.03K，满足了标准要求。
参考文献
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