关于#5~#8发电机线棒出水温度高于线棒温度的原因分析

2012-09-06 00:54王达宇
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:温升定子绕组

王达宇

摘要:我厂#5~#8发电机为哈尔滨电机厂生产的QFQS-200-2发电机,静子线棒采用水内冷,但运行中经常出现线棒出水温度高于线棒温度的现象,从逻辑角度看不应出现这种情况。本文就产生这种现象的原因进行了简要分析。

关键词:线棒温度线棒出水温度 绝缘温降

中图分类号: P184 文献标识码: A 文章编号:

1.引言

我厂#5~#8发电机为哈尔滨电机厂生产的200MW发电机组,其参数如下:

#5~#8发电机为定子水内冷机组,运行中经常出现定子线棒出水水温度高于定子线棒温度的现象,从逻辑上分析此种现象不应出现,现就产生这种现象的原因进行分析。

2.数据统计

以下两图为#8发电机分别在102MW和190MW负荷时定子线棒与线棒出水温度显示画面:

图1#8发电机102WM时温度画面图2#8发电机190MW时温度画面

从画面上显示的数据来看,在190MW负荷时线棒出水温度绝大部分高于线棒温度并且温差较大约2~3℃,在低负荷时,线棒出水温度接近或低于线棒温度。通过对比54个线棒及其出水的的温度变化曲线,可分为以下三类。下面#1、#20、#31线棒及其出水温度为例,查看其在2011-11-1 6:35:18—2011-11-2 6:35:18时间内温度变化的曲线,如图所示:

图3#1线棒及其出水温度曲线 图4#20线棒及其出水温度曲线

图5#31线棒及其出水温度曲线图6 功率变化曲线

从图中看出线棒及其出水的温度变化可分为三种情况:

(1)线棒出水温度有时高于线棒温度,有时低于线棒温度,如图3所示,高负荷时线棒出水温度高于线棒温度,且温差较大,随着负荷的降低,线棒与线棒出水的温度逐渐接近,当负荷低于140MW时,线棒温度高于线棒出水温度。

(2)线棒出水温度始终高于线棒温度,如图4所示,从曲线上可以看出负荷高时,线棒出水温度高于线棒温度且温差较大,负荷低时,线棒出水温度虽然仍高于线棒温度但温差减小。

(3)线棒出水温度始终低于线棒温度,如图5所示,高负荷时,线棒出水温度低于线棒温度,但温差较小,随着负荷降低,温差逐渐加大。

以上三种温度变化有一个共同点,随着负荷的变化线棒出水温度变化较大,线棒温度变化较小。

3.原因分析

3.1线棒测温元件的埋设位置

线棒测温元件采用埋入式测温元件,是目前测量发电机定子绕组温度的主要方法。但是,因为测量绕组铜导体温度的埋入式测温元件R,通常是埋设在定子槽中上、下层线棒绝缘之间,它测量的是铜导体绝缘外表面的温度约为铜导体温度的40%,所以它与铜导体之间有绝缘温降。此绝缘温降在未经试验测出之前,在额定负荷下,一般可用式(1)估算,即

Δθil=kθi (1)

式中Δθil-绝缘温降(k);k-系数,取0.5~0.6; θi-绝缘槽壁温降设计值(k)

绝缘温降的大小与电机形式、通风情况、电流密度、绝缘厚度、绝缘材料种类、绝缘老化程度、检温计尺寸以及埋设情况等因素有关。根据计算, 检温计周围的温度分布,在铜导体绝缘层之间,温度梯度呈非线性变化。愈接近铜导体,绝缘层温度越高;愈靠近槽壁,则愈低。

3.2线棒出水测温元件埋设位置

发电机线棒出水测温元件埋设在汽侧绝缘引水管与汇水管连接处,测温元件插在铜头上,实际测量的为铜接头温度,此温度与水温基本相同。

3.3发电机定子的温升

定子绕组的温升(θsc-θ0)和铁芯的温升(θsF-θ0)包括恒定和可变两部分。恒定部分包括额定转速下由机械损耗所引起的温升Δθm和额定电压下由铁芯损耗所引起的ΔθFn。Δθm和ΔθFn之和,一般约20K。可变部分是由定子电流所引起的温升,当电压恒定时,其温升与电流的平方成正比,通常将绕组温升与电流平方的关系曲线,称作基本温升曲线。比较式(2)和式(3)可见,定子绕组的温升要比定子铁芯的温升高,其差值即为绕组的绝缘温降。

(1)定子绕组铜的温度θsc为

θsc=θ0+Δθm+ΔθFn(US/Un)2+Δθcn(IS/In)2+Δθin(IS/In)2(2)

(2)定子铁芯温度θSf为

θsF=θ0+Δθm+ΔθFn(US/Un)2+Δθcn(IS/In)2 (3)

式中θ0 - 冷却介质的入口温度(℃);

Δθm - 额定转速下机械损耗引起的温升(K);

ΔθFn - 额定电压下,铁芯损耗在铁芯中引起的温升(K);

Δθcn - 额定电流下,铜损耗在定子绕组中引起的温升(K);

Δθin - 额定电流下,定子绕组的绝缘温降,即定子绕组铜温及其绝缘外表面温度之差(K);

US、IS - 分别为定子电压、电流的额定值;

Un、In - 分别为定子电压、电流的试验值。

3.4发电机定子绕组采用水冷的原因

水与其他液体和气体冷却介质的热性能参见表1:

表1 水与其它液体和气体冷却介质的热性能参数

表中数据说明:

(1)水的比热容、热导率均比气体的大的多,所以水冷却的散热能力较气体大为提高,如水的比热容(cv)是空气和氢气的3500倍,热导率(λ)是空气的23倍,是氢气的3倍多。

(2)水作为冷却介质所需要的流量比气体的流量小的多,所以维持冷却介质循环所消耗的功率也比气体小得多。如同一放热系数下的流速,水只是空气的1/3100。

(3)由于水的比热容大,因此水与发热体之间的温差小,水冷却时导体温升的绝大部分是冷却介质本身的温升。

由于水的热容量大,黏度小、流动性好,所以定子绕组采用水冷散热效果好。铜对水的温差一般为1℃左右。

3.5发电机内冷水的温度与流量

发电机内冷水的流量是通过出、入口阀门进行调节,机组启动前将内冷水流量调节在35t/h左右,运行中保持此流量不变,不再调节。运行中内冷水出入口温度9图所示:通过温度曲线可看出,在低负荷时,内冷水出入口温差较小,在高负荷时温差较大。

图9#8发电机内冷水出入口温度曲线图6 功率变化曲线

3.6通过以上几点分析可得出如下结论,

(1)在低负荷时,线棒电流小,发热量少,因为水的冷却特性,线棒铜线的温升不高且与内冷水的温度相差不大,线棒出水测温元件测量的温度较低。线棒测温元件埋设在上、下层线棒之间,除了受铜导线温度影响外还要受铁忒温度的影响。此时可不考虑绝缘温降的影响,所以,此时测量的线棒出水温度低于或等于线棒温度。

(2)随着负荷的升高,电流增加,发热量与电流的平方成正比,铜导线温度急剧升高,因内冷水的流量不变,内冷水温度也随着长高。因此时线棒温度比铁芯温度高出较多,测量的线棒温度要考虑绝缘温降的影响,所以此时测量的线棒出水温度高于线棒的温度。

4.小结

本文对发电机线棒出水温度高于线棒温度的原因进行分析,产生此现象的原因主要是由测温元件埋设位置影响的,并且运行中内冷水的流量不变,导致在高负荷时冷却效果变差。也是产生这种现象的主要原因。

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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