1000MW发电机定子线圈水冷结构简析及异常分析

1000MW发电机定子线圈水冷结构简析及异常分析

王昭

关键词：定子线棒水冷异常分析

1引言：

某厂1000MW机组采用上海电气集团引进德国西门子技术的THDF-125/67型隐极式、两极、三相同步发电机。机组配有一套氢水油控制系统，采用水氢氢冷却方式，即定子绕组水冷、转子绕组及定子主出线氢内冷，铁芯轴向氢气冷却。下面我们从发电机定子线圈的结构入手，了解其冷却方式。

2发电机定子线棒的布置：

1000MW发电机定子绕组是由条形线棒构成的分数节距、双层、双星形（YY）、叠绕组。

定子铁芯沿内圆周均匀分布着42个矩形槽，84根条形线棒分上、下层嵌装在其中。一根线棒分为直线部分和两个端接部分，直线部分放在槽内，它是切割转子旋转磁场磁力线、感应出电动势的有效边，端部按叠绕组接线形式连接，节距为17/21，即每两根相距17个槽的线棒在端部相连接。

定子线棒端部的所有股线均焊接到水电接头上，通过铜带将两根线棒水电接头焊接在一起形成电气连接。定子冷却水首先流入位于励磁机端部的一圈圆形汇流母管，并从汇流母管经过绝缘引水软管流入线棒端部的水电接头再进入线棒。每一根定子线棒通过一根独立的软管与汇流管相连。在流出定子线棒后，定冷水再经过汽端的绝缘软管流入汇流管，再从汇流管流回定冷器。定冷水仅能沿一个方向流过定子线棒，即从发电机励端流向汽端，从而在最大程度上减小了冷却介质的温升（进而减小了定子线棒的温升），因而将上下层定子线棒由于热膨胀不同而导致的相对移动减到最低。

3发电机定子线棒的内部结构工艺：

发电机定子线棒由一定比例的不锈钢空心股线和铜实心股线混编而成。分上、下层嵌装在定子铁芯的槽内，定子线棒就是通过不锈钢空心股线中的水介质来冷却的。

定子线棒采用可靠的VPI真空浸渍绝缘工艺，绝缘性能非常优异，大大降低了定子线圈匝间短路的可能性。

定子绕组嵌线时，相邻的两个串联线圈中，后一个线圈紧叠在前一个线圈上。由于定子绕组的节距为17，所以1号线圈的一条线圈边嵌放在1号槽的上层，另一条线圈边应在1+17=18号槽的下层。同理，2号线圈的一条线圈边嵌放在2号槽的上层，另一条线圈边则在19号槽的下层，以此类推。下面的线圈联接图中，上层线棒用实线表示，下层线棒用虚线表示，方框内填写为槽号。

4发电机定子线圈测点的布置及温度规定：

名称数量类型安装位置备注

定子线圈层间测温元件42RTD定子每槽上下线圈层间每槽1个单支

定子线圈出水测温元件84RTD每根线棒冷却水出口软管单支元件

发电机内部总水管测温元件3RTD进、出水环形母管单支元件

定子铁芯端部测温元件12RTD定子铁芯端部（齿板上下）单支元件

铁芯磁屏蔽测温元件6RTD铁芯磁屏蔽端部单支元件

发电机冷热氢测温元件8RTD冷却器冷氢和热氢部位双支元件

5温度异常分析：

定子线圈温度、出水温度发生异常变化时，可结合当时定冷水进水温度、氢气情况（氢压、冷氢温度、氢气纯度）、发电机定子电流参数分析，并调用DCS曲线分析。定子线圈、出水温度发生异常的可能原因如下：

5.1单个温度测点坏；此时的现象是温度的变化与机组负荷、定冷水温度、对应的线圈层间（或出水）温度没有关系，温度可能变化很快或者漂移，利用DCS中的曲线很容易判断出来。此时应联系热工和电气检修检查温度测点。

5.2定冷水系统故障，如进水温度高、进水流量低等；此时的现象应该是多个出水温度同时上升，且定子线圈层间温度也伴随上升。正常情况下定冷水进水温度不应大于50℃，如果定子进水管的水温超过50℃，我们应检查定冷水流量是否正常、定冷器是否工作正常，并尽快处理。若一时无法降低进水温度，且定子线圈温度继续上升至高限，可考虑降低冷氢温度或降低机组负荷，并尽快采取措施使定冷水系统恢复正常，必要时安排停机处理。

5.3氢气系统异常，如氢压降低、冷氢温度高、氢气纯度低等；此时的现象首先是发电机铁芯温度高，其次才是线圈温度伴随升高。此时应尽快处理氢冷器的故障或漏氢的问题，若一时无法处理应根据规定降低机组负荷。

5.4定子线棒水回路堵塞；这时发生堵塞的线棒的出水温度及层间温度都会上升，并明显高于其它测点，并可能会发“任两点定子线圈出水温差大于8℃”、“任两点定子线圈层间温差大于12℃”的报警。如果是定子冷却水水质差引起多根线棒堵塞，还会反映出发电机进出水差压高。此时若堵塞不严重，可降低发电机有、无功负荷，适当加大定冷水压力进行观察，密切注意该点温度不超过限值。若堵塞严重，线圈温差达14℃或线圈温度达100℃，采取的所有措施无效，应汇报值长要求解列发电机，停机后进行定子水回路反冲洗。

5.5定子电流大、定子三相电流不平衡；根据设计，只要定冷水、氢气系统正常，机组满负荷时的定子电流不会使线圈温度超限；若发电机定子在允许的范围内短时间过负荷运行，应密切注意定子线圈的温度不超限，否则立即降低机组负荷。若是定子三相电流不平衡引起线圈温差大，也应立即降低机组负荷并将不平衡电流控制在限额内，此时线圈温度的变化随负荷电流变化应该比较明显。

在上述处理过程中,若发电机有异常情况,应立即将发电机紧急解列。

6与300MW机组相比的异同和优越性：

6.1300MW机组的定子线棒内部采用空心扁铜管来通水，定冷水中铜离子数量容易超标而使导电率上升，为了解决此问题额外使用了定冷水除铜装置，效果还不理想。而1000MW发电机定子线圈采用不锈钢通水管，不锈钢不易腐蚀，且无铜离子，省去了很多麻烦。

事实证明，300MW发电机定冷水导电率的规定上限是1.5μs/cm，却经常超标至2.0μs/cm以上，定冷水系统经常需要换水；而1000MW发电机定冷水导电率规定上限为1.0μs/cm，运行中实际值只有0.3μs/cm。

6.21000MW定子线棒采用非常可靠的VPI真空浸渍绝缘工艺，大大降低了定子线圈匝间短路的可能性。所以我们看到，1000MW发电机没有装设横差保护，而300MW发电机有横差保护。

6.3300MW机组两根线棒在出水端共用一个温度测点，当发生线棒出水温度高报警时，不能第一时间判断出哪根线棒有问题，需要根据发电机节距找到这两根线棒的层间温度进行对比分析。（节距为22）

比如发电机定子#1出水温度偏高，需查看2个线棒温度：

(1)#1线圈温度（判断是否上层线棒温度高）

(2)#23线圈温度（1+22=23）（判断是否下层线棒温度高）

而1000MW发电机每根线棒都有一个出水温度测点，温度异常很容易就能判断。

参考文献：

[1]《1000MW超超临界机组运行培训教材（电气分册）》2010.01

[2]上海电气电站集团《百万千瓦级（1000MW级）发电机专题介绍》2005.11

[3]哈尔滨理工大学汤蕴璆、史乃《电机学》1999.04

[4]《七期电气规程》（调试版）2010.12.