長(zhǎng)河壩水電站轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵加溫優(yōu)化技術(shù)

徐林，梁幫澤

(中國(guó)水利水電七局機(jī)電安裝分局，四川彭山，620860)

長(zhǎng)河壩水電站轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵加溫優(yōu)化技術(shù)

徐林，梁幫澤

(中國(guó)水利水電七局機(jī)電安裝分局，四川彭山，620860)

本文以長(zhǎng)河壩4＃、3＃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加溫優(yōu)化技術(shù)為例，詳細(xì)介紹了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加溫的優(yōu)化技術(shù)，包括加溫片的選擇、數(shù)量、布置，磁軛加溫的方法，加溫設(shè)備布置，加溫步驟和具體的要求。結(jié)果表明，采用該優(yōu)化技術(shù)后，磁軛膨脹量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求，轉(zhuǎn)子熱加墊工作順利完成。

長(zhǎng)河壩水電站 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 磁軛加熱 優(yōu)化技術(shù)

1 概述

長(zhǎng)河壩水電站共裝設(shè)4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量650MW，額定水頭為200m，額定轉(zhuǎn)速為142.9r/min。轉(zhuǎn)子支架分瓣運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)組裝，轉(zhuǎn)子磁軛由2mm厚的扇形沖片疊成，全圓由14張沖片組成，磁軛總高3250mm，由462根M42螺桿把合而成。磁軛與轉(zhuǎn)子支架圓周均勻分布21個(gè)磁軛凸鍵。轉(zhuǎn)子磁軛疊裝后直徑為φ11852mm，掛裝磁極后直徑為φ12528mm。本體吊裝重量為1120t，轉(zhuǎn)子起吊總重量為1240t。

轉(zhuǎn)子熱打鍵是轉(zhuǎn)子安裝過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，依靠打緊后的磁軛鍵對(duì)磁軛與支架鍵槽的切向摩擦力來傳遞扭矩。機(jī)組在運(yùn)行中由于受到強(qiáng)大的離心力作用，將會(huì)導(dǎo)致磁軛的徑向變形，使磁軛與支架發(fā)生徑向分離，轉(zhuǎn)速越高，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。為了保證機(jī)組在這種情況下能安全可靠運(yùn)行，必須使磁軛與轉(zhuǎn)子支架間有一定的機(jī)械緊量。因此在轉(zhuǎn)子裝配過程中，應(yīng)預(yù)先給磁軛與轉(zhuǎn)子支架一個(gè)預(yù)緊力，用冷打磁軛鍵的方法無法滿足，必須采用熱打鍵方法。熱打鍵是在冷打鍵的基礎(chǔ)上，設(shè)法將磁軛加熱，使之膨脹，在磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間產(chǎn)生一定的溫差，根據(jù)熱脹冷縮原理，將磁軛鍵打入規(guī)定的深度。依靠這種預(yù)緊量，借以抵消磁軛徑向變形的影響，確保機(jī)組能長(zhǎng)期安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 加熱器功率計(jì)算

長(zhǎng)河壩水電站發(fā)電機(jī)4＃機(jī)、3＃機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛基本參數(shù):

單邊設(shè)計(jì)脹量:δ＝2.5mm～3mm

計(jì)算時(shí)脹量:δ1＝3mm＋0.5mm

磁軛重量:Gco＝622229kg

磁軛半徑:R＝5926mm

鋼的線性膨脹系數(shù):αt＝11×10－6/℃

設(shè)計(jì)脹量磁軛相對(duì)大立筋的溫差:

4＃機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛相對(duì)大立筋的溫差:

磁軛的實(shí)際脹量需達(dá)到3.0＋0.5＝3.5mm才能順利加墊，由此推算磁軛相對(duì)大立筋的溫差為△T1＝δ1/R × αt＝3.0/11×10－6×5926＝53.6925℃，比設(shè)計(jì)脹量3.0mm所需的溫差要高出7.6925℃。

3 加溫設(shè)備的比選

轉(zhuǎn)子磁軛加溫，需要做好加溫和保溫工作，快速獲得加墊脹量，現(xiàn)場(chǎng)以設(shè)計(jì)給定的加溫容量，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將磁軛加溫至膨脹要求的溫度，使磁軛與大立筋之間快速出現(xiàn)間隙，滿足加墊脹量。

3.1 履帶式加熱板加溫的缺點(diǎn)

3.1.1 履帶式加熱板加溫鋪設(shè)在磁軛沖片外部為外熱式，磁軛受熱不均勻，宜造成磁軛加溫過程中不規(guī)則變形。

3.1.2 采用履帶式加熱板，整體加溫功率大，線路多，且加溫時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)加熱溫度不易控制。

3.1.3 轉(zhuǎn)子中心體由21根支臂及主力筋組成，由于加溫時(shí)間長(zhǎng)，在加溫過程中易造成支臂主鍵、立筋受熱膨脹，影響磁軛沖片與主鍵、立筋之間的膨脹間隙，給磁軛加熱及熱打鍵工作帶來不利影響。

3.1.4 根據(jù)《長(zhǎng)河壩轉(zhuǎn)子磁軛疊裝工藝守則》0615－414要求，保溫過程中磁軛高低溫差不大于10℃，降溫過程中磁軛上下內(nèi)外溫差不大于10℃，采用履帶式加熱板外加熱式不易控制。

根據(jù)其它水電站熱打鍵發(fā)現(xiàn)的缺陷，磁軛在熱脹階段，出現(xiàn)磁軛上部和中部脹量已達(dá)到，下部脹量遲遲不能滿足加墊需求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫發(fā)現(xiàn)，磁軛下部溫度明顯比上部要低。轉(zhuǎn)子磁軛采用履帶式加溫片，履帶式加溫片在磁軛全圓周等距均勻布置，因熱量是隨空氣往上傳遞的，故磁軛上半部溫升比下半部要快。

3.2 超薄型硅晶片加熱器加溫

3.2.1 超薄型硅晶片加熱片插入磁軛沖片通風(fēng)溝內(nèi)，磁軛沖片加溫過程中受熱由內(nèi)向外，受熱膨脹均勻。

3.2.2 采用超薄型硅晶片加熱片加熱，加溫時(shí)間短，硅晶片加熱溫控儀對(duì)加熱溫度易控制。

3.2.3 由于加溫時(shí)間縮短，在加溫過程中支臂及主力筋受熱影響區(qū)膨脹量較小，不會(huì)影響到磁軛沖片與主鍵、立筋之間的間隙，從而提高磁軛熱打鍵的質(zhì)量。

3.2.4 采用超薄型硅晶片加熱片加溫，溫控儀對(duì)保溫過程中磁軛沖片高低溫差及降溫過程中磁軛沖片上、下、內(nèi)、外溫差較易控制。

綜上所述，長(zhǎng)河壩水電站4＃機(jī)、3＃機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵，放棄設(shè)備到貨的履帶式加熱板進(jìn)行加溫，采用效果更好的超薄型硅晶片加熱器進(jìn)行轉(zhuǎn)子加溫。

4 加溫器數(shù)量確定、加溫設(shè)備布置及接線方式

4.1 加熱器數(shù)量的確定和布置

長(zhǎng)河壩水電站超薄型硅晶片加熱片(700W/ 220V)尺寸為700mm×130mm，在磁軛鐵芯的通風(fēng)溝布置超薄型硅晶片加熱器，根據(jù)加熱片總功率、加熱片單片功率及分布情況，轉(zhuǎn)子磁軛整圓由42個(gè)極點(diǎn)組成，分為6個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域布置266片，共均勻布置超薄硅晶片加熱器1600片。在轉(zhuǎn)子底部布置磁性工裝陶瓷加熱器21片(10000W/ 220V)，尺寸為 900mm×300mm，各加熱器用φ16mm耐高溫電線輸入，加熱總功率1350kW。

選用6臺(tái)自動(dòng)控溫系統(tǒng)，每臺(tái)功率360kW，控溫精度±2℃，手動(dòng)設(shè)定自動(dòng)檢測(cè)，數(shù)碼顯示。

4.2 配電柜電源和電纜的選擇

由于轉(zhuǎn)子磁軛加溫配電柜功率較大，由長(zhǎng)河壩水電站安裝間115線(111線備用)10kV變壓器引取電源(安裝間安裝的2000kVA)，采用6根YJV－3×150＋1×95電纜分別引入。

5 磁軛加溫

5.1 搭設(shè)保溫棚

為提高磁軛加熱時(shí)的保溫效果，需現(xiàn)場(chǎng)安裝一套保溫棚。保溫棚由保溫棚支架、防火阻燃毯、保溫被和阻燃篷布等組成。在棚架外面沿磁軛表面鋪設(shè)保溫毯及篷布，注意在磁軛內(nèi)側(cè)的篷布盡量保證要敷嚴(yán)，以減少加溫時(shí)熱空氣對(duì)轉(zhuǎn)子支架的影響。保溫棚架主撐采用50×5mm扁鐵和φ20mm圓鋼制作。保溫棚示意見圖1。

圖1 保溫棚示意

5.2 掛裝加熱片

清點(diǎn)加溫設(shè)備，檢查加熱片無損壞、松動(dòng)的現(xiàn)象。對(duì)轉(zhuǎn)子磁軛進(jìn)行全面清掃，記錄轉(zhuǎn)子支架和磁軛各位置的溫度初始值。由電氣人員布置加熱片并進(jìn)行接線。加熱片引線向下，按照要求進(jìn)行加熱片布置。安裝加熱片、連接各加熱片與溫控柜之間的電線，檢查連接是否正確。安裝測(cè)溫?zé)崤?，?yīng)確保輸出回路與測(cè)溫點(diǎn)在同一回路。

5.3 加溫設(shè)備安裝

將轉(zhuǎn)子磁軛圓周方向按60°分為6個(gè)區(qū)域，分別布置6臺(tái)溫控儀，加熱片與6臺(tái)自動(dòng)控溫溫控儀連接，每臺(tái)溫控儀功率為360kW，負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)的加熱，加熱總功率為1350kW。將區(qū)域分支電纜接入溫控設(shè)備，溫控設(shè)備的各分支電纜接入電源控制箱，最后將干線電纜分別接入電源控制箱及400V盤柜中。

5.4 通電試驗(yàn)

通電試驗(yàn)前，必須布置各區(qū)域電源控制箱內(nèi)所有斷路器全部處于斷開狀態(tài)，確定接線無誤后，試通電源，溫控柜指示燈及顯示儀表正常。安裝保溫毯，所有連接線在接縫處引出。

5.5 使用安裝間施工變壓器

由于本次轉(zhuǎn)子磁軛加溫容量較大，故使用安裝間施工變壓器(2000kVA)，用于轉(zhuǎn)子磁軛加溫電源。由于負(fù)荷過大，須停止施工變壓器其它施工面的所有負(fù)荷，以滿足轉(zhuǎn)子磁軛加溫。

5.6 加熱片投入工作

最初2h內(nèi)，投入磁軛內(nèi)部超薄硅晶片加熱片，使鐵芯中間能夠逐步、均勻預(yù)熱，2h后(時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加熱溫升情況估計(jì))，投入全部加熱器，根據(jù)所測(cè)溫度情況，依次投運(yùn)其它部位加熱磁軛溫度。按照規(guī)定的溫升曲線要求加熱磁軛，確保各測(cè)點(diǎn)之間溫差不大于10℃，并且保持升溫均勻。定期檢查電纜與磁軛接觸部分是否有異常過熱，對(duì)加溫電流、電壓全過程監(jiān)控。

5.7 溫度測(cè)量

測(cè)量熱電偶布置均勻在磁軛鐵芯中，用K型測(cè)溫補(bǔ)償導(dǎo)線連接到溫控控制柜。在磁軛上下段均勻布置2圈共42個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，使用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)溫度上升情況。

6 轉(zhuǎn)子磁軛加溫及熱打鍵要求

磁軛加溫需要滿足如下要求:

6.1 用塞塊分別測(cè)量21根副立筋與磁軛鍵之間的上、下間隙，做好記錄；測(cè)量轉(zhuǎn)子支架和磁軛各部位的溫度，做好記錄。

6.2 加溫過程中，監(jiān)測(cè)線路及接地裝置，檢查加熱設(shè)備有無斷線、短路、冒煙等異?，F(xiàn)象，記錄好加溫開始時(shí)間。

6.3 根據(jù)實(shí)際加熱磁軛到設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定的溫度46.02℃，定時(shí)檢查每個(gè)立筋和磁軛鍵之間的間隙(設(shè)計(jì)膨脹值2.5mm～3.0mm)，最終膨脹間隙必須大于3.5mm。

6.4 待膨脹間隙達(dá)到預(yù)設(shè)值3.5mm時(shí)，將所有磁軛鍵和調(diào)整墊片在同一時(shí)間內(nèi)迅速放入磁軛凸鍵槽內(nèi)。

6.5 用卡塊固定磁軛凸鍵，在個(gè)磁極凸鍵兩側(cè)對(duì)稱穿入已經(jīng)檢查合格、接觸面積大于70%，并且在工作面涂抹完成二硫化鉬的切向鍵(副鍵)，并用10磅大錘打緊，確認(rèn)無其它異常情況，切斷加溫電源，進(jìn)行磁軛保溫。磁軛沖片一定注意包裹嚴(yán)密，防止有風(fēng)進(jìn)入造成熱量損失和受熱不均勻。

6.6 轉(zhuǎn)子磁軛冷卻降溫必須緩慢而均勻，降溫冷卻中應(yīng)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止局部溫度陡降(溫差不超過10°C)。48h后，將磁軛下部和內(nèi)圈保溫毯打開，其余部分保持不變，72h后，轉(zhuǎn)子磁軛自然冷卻至接近室溫后，小心拆除全部保溫毯，加熱器、熱電偶、電線分類存放。

7 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了長(zhǎng)河壩水電站4＃機(jī)、3＃機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛加溫技術(shù)，放棄履帶式加熱板，采用加溫效果更好的超薄型硅晶片加熱器。加溫結(jié)果表明，加溫溫升速度和加溫負(fù)荷的選擇都按照要求進(jìn)行，膨脹量也在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一次達(dá)到要求，加溫完成后轉(zhuǎn)子磁軛圓度、垂直度整體受控，順利完成了熱打鍵工作。

TK730.32∶TK730.6

B

2095－1809(2016)05－0114－03