长河坝水电站转子磁轭热打键加温优化技术

徐林，梁帮泽

(中国水利水电七局机电安装分局，四川彭山，620860)

长河坝水电站转子磁轭热打键加温优化技术

徐林，梁帮泽

(中国水利水电七局机电安装分局，四川彭山，620860)

本文以长河坝4＃、3＃机发电机转子加温优化技术为例，详细介绍了发电机转子加温的优化技术，包括加温片的选择、数量、布置，磁轭加温的方法，加温设备布置，加温步骤和具体的要求。结果表明，采用该优化技术后，磁轭膨胀量在规定时间内达到要求，转子热加垫工作顺利完成。

长河坝水电站 发电机转子 磁轭加热 优化技术

1 概述

长河坝水电站共装设4台混流式水轮发电机组，单机容量650MW，额定水头为200m，额定转速为142.9r/min。转子支架分瓣运至施工现场组装，转子磁轭由2mm厚的扇形冲片叠成，全圆由14张冲片组成，磁轭总高3250mm，由462根M42螺杆把合而成。磁轭与转子支架圆周均匀分布21个磁轭凸键。转子磁轭叠装后直径为φ11852mm，挂装磁极后直径为φ12528mm。本体吊装重量为1120t，转子起吊总重量为1240t。

转子热打键是转子安装过程中的一个重要环节，依靠打紧后的磁轭键对磁轭与支架键槽的切向摩擦力来传递扭矩。机组在运行中由于受到强大的离心力作用，将会导致磁轭的径向变形，使磁轭与支架发生径向分离，转速越高，这种现象越严重。为了保证机组在这种情况下能安全可靠运行，必须使磁轭与转子支架间有一定的机械紧量。因此在转子装配过程中，应预先给磁轭与转子支架一个预紧力，用冷打磁轭键的方法无法满足，必须采用热打键方法。热打键是在冷打键的基础上，设法将磁轭加热，使之膨胀，在磁轭与转子支架之间产生一定的温差，根据热胀冷缩原理，将磁轭键打入规定的深度。依靠这种预紧量，借以抵消磁轭径向变形的影响，确保机组能长期安全可靠稳定的运行。

2 加热器功率计算

长河坝水电站发电机4＃机、3＃机转子磁轭基本参数:

单边设计胀量:δ＝2.5mm～3mm

计算时胀量:δ1＝3mm＋0.5mm

磁轭重量:Gco＝622229kg

磁轭半径:R＝5926mm

钢的线性膨胀系数:αt＝11×10－6/℃

设计胀量磁轭相对大立筋的温差:

4＃机转子磁轭相对大立筋的温差:

磁轭的实际胀量需达到3.0＋0.5＝3.5mm才能顺利加垫，由此推算磁轭相对大立筋的温差为△T1＝δ1/R × αt＝3.0/11×10－6×5926＝53.6925℃，比设计胀量3.0mm所需的温差要高出7.6925℃。

3 加温设备的比选

转子磁轭加温，需要做好加温和保温工作，快速获得加垫胀量，现场以设计给定的加温容量，在规定的时间内将磁轭加温至膨胀要求的温度，使磁轭与大立筋之间快速出现间隙，满足加垫胀量。

3.1 履带式加热板加温的缺点

3.1.1 履带式加热板加温铺设在磁轭冲片外部为外热式，磁轭受热不均匀，宜造成磁轭加温过程中不规则变形。

3.1.2 采用履带式加热板，整体加温功率大，线路多，且加温时间较长，对加热温度不易控制。

3.1.3 转子中心体由21根支臂及主力筋组成，由于加温时间长，在加温过程中易造成支臂主键、立筋受热膨胀，影响磁轭冲片与主键、立筋之间的膨胀间隙，给磁轭加热及热打键工作带来不利影响。

3.1.4 根据《长河坝转子磁轭叠装工艺守则》0615－414要求，保温过程中磁轭高低温差不大于10℃，降温过程中磁轭上下内外温差不大于10℃，采用履带式加热板外加热式不易控制。

根据其它水电站热打键发现的缺陷，磁轭在热胀阶段，出现磁轭上部和中部胀量已达到，下部胀量迟迟不能满足加垫需求，经现场测温发现，磁轭下部温度明显比上部要低。转子磁轭采用履带式加温片，履带式加温片在磁轭全圆周等距均匀布置，因热量是随空气往上传递的，故磁轭上半部温升比下半部要快。

3.2 超薄型硅晶片加热器加温

3.2.1 超薄型硅晶片加热片插入磁轭冲片通风沟内，磁轭冲片加温过程中受热由内向外，受热膨胀均匀。

3.2.2 采用超薄型硅晶片加热片加热，加温时间短，硅晶片加热温控仪对加热温度易控制。

3.2.3 由于加温时间缩短，在加温过程中支臂及主力筋受热影响区膨胀量较小，不会影响到磁轭冲片与主键、立筋之间的间隙，从而提高磁轭热打键的质量。

3.2.4 采用超薄型硅晶片加热片加温，温控仪对保温过程中磁轭冲片高低温差及降温过程中磁轭冲片上、下、内、外温差较易控制。

综上所述，长河坝水电站4＃机、3＃机转子磁轭热打键，放弃设备到货的履带式加热板进行加温，采用效果更好的超薄型硅晶片加热器进行转子加温。

4 加温器数量确定、加温设备布置及接线方式

4.1 加热器数量的确定和布置

长河坝水电站超薄型硅晶片加热片(700W/ 220V)尺寸为700mm×130mm，在磁轭铁芯的通风沟布置超薄型硅晶片加热器，根据加热片总功率、加热片单片功率及分布情况，转子磁轭整圆由42个极点组成，分为6个区域，每个区域布置266片，共均匀布置超薄硅晶片加热器1600片。在转子底部布置磁性工装陶瓷加热器21片(10000W/ 220V)，尺寸为 900mm×300mm，各加热器用φ16mm耐高温电线输入，加热总功率1350kW。

选用6台自动控温系统，每台功率360kW，控温精度±2℃，手动设定自动检测，数码显示。

4.2 配电柜电源和电缆的选择

由于转子磁轭加温配电柜功率较大，由长河坝水电站安装间115线(111线备用)10kV变压器引取电源(安装间安装的2000kVA)，采用6根YJV－3×150＋1×95电缆分别引入。

5 磁轭加温

5.1 搭设保温棚

为提高磁轭加热时的保温效果，需现场安装一套保温棚。保温棚由保温棚支架、防火阻燃毯、保温被和阻燃篷布等组成。在棚架外面沿磁轭表面铺设保温毯及篷布，注意在磁轭内侧的篷布尽量保证要敷严，以减少加温时热空气对转子支架的影响。保温棚架主撑采用50×5mm扁铁和φ20mm圆钢制作。保温棚示意见图1。

图1 保温棚示意

5.2 挂装加热片

清点加温设备，检查加热片无损坏、松动的现象。对转子磁轭进行全面清扫，记录转子支架和磁轭各位置的温度初始值。由电气人员布置加热片并进行接线。加热片引线向下，按照要求进行加热片布置。安装加热片、连接各加热片与温控柜之间的电线，检查连接是否正确。安装测温热偶，应确保输出回路与测温点在同一回路。

5.3 加温设备安装

将转子磁轭圆周方向按60°分为6个区域，分别布置6台温控仪，加热片与6台自动控温温控仪连接，每台温控仪功率为360kW，负责一个区的加热，加热总功率为1350kW。将区域分支电缆接入温控设备，温控设备的各分支电缆接入电源控制箱，最后将干线电缆分别接入电源控制箱及400V盘柜中。

5.4 通电试验

通电试验前，必须布置各区域电源控制箱内所有断路器全部处于断开状态，确定接线无误后，试通电源，温控柜指示灯及显示仪表正常。安装保温毯，所有连接线在接缝处引出。

5.5 使用安装间施工变压器

由于本次转子磁轭加温容量较大，故使用安装间施工变压器(2000kVA)，用于转子磁轭加温电源。由于负荷过大，须停止施工变压器其它施工面的所有负荷，以满足转子磁轭加温。

5.6 加热片投入工作

最初2h内，投入磁轭内部超薄硅晶片加热片，使铁芯中间能够逐步、均匀预热，2h后(时间可根据现场加热温升情况估计)，投入全部加热器，根据所测温度情况，依次投运其它部位加热磁轭温度。按照规定的温升曲线要求加热磁轭，确保各测点之间温差不大于10℃，并且保持升温均匀。定期检查电缆与磁轭接触部分是否有异常过热，对加温电流、电压全过程监控。

5.7 温度测量

测量热电偶布置均匀在磁轭铁芯中，用K型测温补偿导线连接到温控控制柜。在磁轭上下段均匀布置2圈共42个测温点，使用红外测温仪监测温度上升情况。

6 转子磁轭加温及热打键要求

磁轭加温需要满足如下要求:

6.1 用塞块分别测量21根副立筋与磁轭键之间的上、下间隙，做好记录；测量转子支架和磁轭各部位的温度，做好记录。

6.2 加温过程中，监测线路及接地装置，检查加热设备有无断线、短路、冒烟等异常现象，记录好加温开始时间。

6.3 根据实际加热磁轭到设计计算规定的温度46.02℃，定时检查每个立筋和磁轭键之间的间隙(设计膨胀值2.5mm～3.0mm)，最终膨胀间隙必须大于3.5mm。

6.4 待膨胀间隙达到预设值3.5mm时，将所有磁轭键和调整垫片在同一时间内迅速放入磁轭凸键槽内。

6.5 用卡块固定磁轭凸键，在个磁极凸键两侧对称穿入已经检查合格、接触面积大于70%，并且在工作面涂抹完成二硫化钼的切向键(副键)，并用10磅大锤打紧，确认无其它异常情况，切断加温电源，进行磁轭保温。磁轭冲片一定注意包裹严密，防止有风进入造成热量损失和受热不均匀。

6.6 转子磁轭冷却降温必须缓慢而均匀，降温冷却中应对温度进行监控，防止局部温度陡降(温差不超过10°C)。48h后，将磁轭下部和内圈保温毯打开，其余部分保持不变，72h后，转子磁轭自然冷却至接近室温后，小心拆除全部保温毯，加热器、热电偶、电线分类存放。

7 结语

本文详细介绍了长河坝水电站4＃机、3＃机转子磁轭加温技术，放弃履带式加热板，采用加温效果更好的超薄型硅晶片加热器。加温结果表明，加温温升速度和加温负荷的选择都按照要求进行，膨胀量也在规定时间内一次达到要求，加温完成后转子磁轭圆度、垂直度整体受控，顺利完成了热打键工作。

TK730.32∶TK730.6

B

2095－1809(2016)05－0114－03